[发明专利]一种永磁同步电动机转子位置的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测永磁同步电机驱动系统转子位置的方法。

背景技术

对永磁同步电动机的控制必须要有转子位置信号的反馈，以便进行坐标变换控制电枢中的交变磁场。尤其在永磁同步电机启动时刻需要准确获知转子的绝对位置。因此，在永磁同步电机控制系统中一般采用既能检测磁极位置又能检测位置增量的混合式编码器。

混合式光电编码器则兼具增量式和绝对式编码器的优点，混合式光电编码器输出2组信号：一组用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则用于检测速度及位置，具有增量式功能。增量式信号由组码道提供。码道能够产生与位置增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位置增量离散化的传感方法。其分辨率由编码器光栅的透光缝隙数量决定。通过对光电转换信号进行逻辑处理可以得到2倍频或4倍频的脉冲信号。由于带宽的限制，4倍频是目前硬件系统中采用的最高倍频数值。

混合式光电编码器输出的三路脉冲信号彼此相差120度，每转的脉冲个数与电机的极对数一致。根据和的高低电平关系可以计算电机转子的绝对位置，电机启动后，增量式部分可以精确的检测出位置值。

在使用光电编码器测速的系统中，电机若工作于较低转速，通常使用T法测速，转速越低单位测量周期T越长，对编码器脉冲进行计数的单位时间T过长则会引起转速控制性能下降。因此，混合编码器的传统使用方法已无法满足高性能伺服系统对转子位置测量分辨率的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术位置信号检测分辨率受限于硬件电路带宽的缺点，提出一种永磁同步电动机转子位置的检测方法。

本发明基于数字信号处理芯片对转子位置脉冲信号的高频细化，采用电机控制系统的控制芯片对位置信号进行细化处理，提高混合式光电编码器的分辨率及其检测精度，节约系统的硬件成本，实现永磁同步电机在高速和低速工况的高精度控制。

本发明利用CPU高频时钟，对既有混合式光电编码器输出的频率较低的位置信号进行细分，通过倍频细分的方法使位置检测系统获得比混合式编码器原始信号周期更为细密的位置信号。本发明将混合式编码器与电机同轴连接，并采用粗精结合的转子磁极位置检测方法，即采用混合式编码器的绝对式信号进行粗定位，再用增量式光电脉冲信号进行精定位，利用高频时钟脉冲细化编码器输出脉冲。

本发明的实现方式有两种：若主控芯片具备中断触发功能，可采用中断的方式，则可以采用中断触发的方式进行定时器的计数，并以此为基础计算转子位置，若主控芯片不具备中断触发功能，则可以采用多级计数的方式实现脉冲计数，解决高频计数下计数器的溢出问题。

以一对极电机轴向顺时针旋转为例，电机每旋转一周，3路脉冲信号U、V、W周期变化1次，生成6个绝对位置信息，用三位格雷码表示，为：010、110、100、101、001、011。6个绝对位置信息将转子一周空间角度6等分，每两个相邻位置之间相差60°，位置检测误差最大可达60°。在电机初始上电时，由3路脉冲信号U、V、W的状态便可判定电机转子所处空间位置的相应区间。确定转子位置的区间后，利用增量式位置信号和高频时钟细化方案进一步确定转子的精确位置，具体检测步骤如下：

1、确定转子所在的区间

通过混合式编码器的I/O口读取绝对式编码器产生的3位格雷码信号，查表可获得转子磁极的绝对位置。但这样只能确定转子所在的区间，并不能确定转子的准确位置，因此还需要增量式编码器的精确定位。

2、获取转子磁极位置

在采用混合式编码器的绝对式信号进行粗定位的基础上，采用混合式编码器的增量式信号，通过DSP芯片的集成专用电路-正交编码单元获得位置信号脉冲信息，据此信息和M法测速原理计算出实际转子的位置。所述的增量式信号共有和三个脉冲信号，其中信号和信号正交。所述的M法测速是记录在规定时间t1内编码器所产生的脉冲个数m1，m1/t1即可得电机转速。转速的积分即为转子的相对位置高速计数累加值，即为正交编码单元脉冲计数器的值。M法测量转速在极端情况下会产生±1个转速脉冲的计数误差。只有在被测转速或编码器分辨率较高时，有较高的测量精度。信号是计数清零触发信号，电机每转一周，发出一次信号，此时脉冲计数累加器清零。综合以上方法可以得到转子磁极在每两个绝对位置间的相对位置。