CN103023399A - 旋转变压器转子零位角度标定*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转变压器转子零位角度标定***，其包括电机输出采样电路、电机输出比较电路、旋转变压器处理电路、微处理器；电机输出采样电路，对永磁同步电机的三相感应电动势分别进行采样得到三相采样；电机输出比较电路通过比较器将三相采样转换为三相数字信号；旋转变压器处理电路解析出转子角度信号；微处理器将三相数字信号的上升沿和下降沿时刻所对应的角度，分别同转子角度信号在相同时刻的所对应的角度相减，得到多个上升沿和下降沿时刻所对应的多个角度偏差值，对所述多个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值。本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，成本低，结构简单，标定速度快。

Description

旋转变压器转子零位角度标定***

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及一种旋转变压器转子零位角度标定***。

背景技术

旋转变压器（resolver/transformer）是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。

旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化,转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测***。除此之外，还有多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测***。

旋转变压器是一种精密角度、位置、速度检测装置，适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合。由于旋转变压器以上特点，可完全替代光电编码器，被广泛应用在伺服控制***、机器人***、机械工具、汽车、电力、冶金、纺织、印刷、航空航天、船舶、兵器、电子、冶金、矿山、油田、水利、化工、轻工、建筑等领域的角度、位置检测***中。

永磁同步电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对永磁同步电机进行控制、监视、调速，有必要对永磁同步电机的转速进行测量，从而提高自动化程度。

目前，在电动汽车中，对永磁同步电机转速进行检测的方法有使用光电解码器和旋转变压器(Resolver)。

使用旋转变压器检测永磁同步电机转速时，旋转变压器的副边（转子绕组）安装于电机传动轴上，当电机转动时，旋转变压器副边（转子绕组）与电机传动轴同步转动，并通过原边（定子绕组）输入电信号和副边（转子绕组）输出电信号，解析得到转子角度信号，从而得到电机转速信号。

在解析得到转子角度信号之前，首先必需确定旋转变压器的零位角度，零位角度与安装位置有关。在永磁同步电机和旋转变压器生产安装过程中，可以通过生产安装工艺保证旋转变压器零位角度，然而这会增加生产成本、减慢生产节拍。因此，通常的做法是在电机与旋转变压器安装完成以后对其进行一次旋转变压器转子零位角度标定，并将标定得到的零位角度偏差保存，用于电机控制器进行零位角度补偿。使用旋转变压器转子零位角度标定方法不仅成本低，而且可靠性高。

现有的旋转变压器转子零位角度标定***，一般使用一种绝对位置传感***（如光电解码器）检测转子角度，将其检测的转子角度与旋转变压器检测的转子角度进行实时对比得到相对误差，从而得到零位角度偏差。现有的该种旋转变压器转子零位角度标定***，成本高，结构复杂，标定速度慢，无法满足汽车产业等的快速生产需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种旋转变压器转子零位角度标定***，成本低，结构简单，标定速度快。

为解决上述技术问题，本发明提供的旋转变压器转子零位角度标定***，其包括电机输出采样电路、电机输出比较电路、旋转变压器处理电路、微处理器；

所述电机输出采样电路，用于在永磁同步电机的U、V、W三相输出开路，并被拖动进行转动时，对永磁同步电机产生的U、V、W三相感应电动势分别进行采样，得到U、V、W三相采样并输出到所述电机输出比较电路；

所述电机输出比较电路，用于通过比较器将所述U、V、W三相采样转换为U、V、W三相数字信号；

所述旋转变压器处理电路，用于发送激励信号到所述旋转变压器的定子绕组，并接收旋转变压器的转子绕组的返回信号，通过返回信号和激励信号比较，解析出转子角度信号，并将转子角度信号传给所述微处理器；

所述微处理器，用于将U、V、W三相数字信号的上升沿和下降沿时刻所对应的角度，分别同转子角度信号在相同时刻的所对应的角度相减，得到多个上升沿和下降沿时刻所对应的多个角度偏差值，对所述多个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值。

较佳的，所述微处理器，用于将在N个周期内的U、V、W三相数字信号的上升沿和下降沿共6N个时刻所对应的6N个角度，分别同转子角度信号在相同时刻所对应的6N个角度相减，得到6N个上升沿和下降沿时刻所对应的6N个角度偏差值，对所述6N个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值，N为正整数。

较佳的，若连续的6N个角度偏差值中的最大值和最小值，与所述旋转变压器标定零位角度偏差值的偏差小于1°C，即标定成功，否则重新计算输出旋转变压器标定零位角度偏差值。

较佳的，所述微处理器，还用于将计算得到的旋转变压器标定零位角度偏差值发送到永磁同步电机的电机控制器。

较佳的，所述电机输出采样电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

第一电阻、第二电阻用于串接在永磁同步电机U相同地之间，第一电阻与第二电阻的连接点输出永磁同步电机的U相采样；

第三电阻、第四电阻用于串接在永磁同步电机V相同地之间，第三电阻与第四电阻的连接点输出永磁同步电机的V相采样；

第五电阻、第六电阻用于串接在永磁同步电机W相同地之间，第五电阻与第六电阻的连接点输出永磁同步电机的W相采样；

第一电阻与第二电阻的比值、第三电阻与第四电阻的比值及第五电阻与第六电阻的比值相等。

较佳的，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻大于500千欧姆。

较佳的，所述电机输出比较电路，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器；

所述第一比较器，正端接所述U相采样，负端接地，输出U相数字信号；

所述第二比较器，正端接所述V相采样，负端接地，输出V相数字信号；

所述第三比较器，正端接所述W相采样，负端接地，输出W相数字信号。

本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，使用电阻分压电路采集永磁同步电机的UVW三相电压，并对UVW三相电压分别通过比较器得到三相数字信号Uc,Vc,Wc，三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻则表征旋转变压器转子的特定角度，在三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻，将旋转变压器采集的转子角度信号与三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻对应的特定角度相减即可得到旋转变压器零位角度偏差。本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，在一个周期内可以取六次零位角度偏差值，并可以计算多个周期进行平均和验证，能快速、精确的得到旋转变压器标定零位角度偏差值；本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，可以在独立于电机控制器的设备上实现，降低了电机控制器硬件成本和释放了软件资源，成本低；本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，不需要连接高压电源，对电机转速的稳定性没有要求，结构简单，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的旋转变压器转子零位角度标定***一实施例示意图；

图2是本发明的旋转变压器转子零位角度标定***一实施例采样得到的三相采样示意图；

图3是本发明的旋转变压器转子零位角度标定***一实施例转换得到的三相数字信号采样示意图；

图4是本发明的旋转变压器转子零位角度标定***一实施例旋转变压器处理电路解析出的转子角度信号示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，旋转变压器的转子绕组固定在永磁同步电机的传动轴上，旋转变压器转子零位角度标定***，包括电机输出采样电路、电机输出比较电路、旋转变压器处理电路、微处理器MCU；

所述电机输出采样电路，用于在永磁同步电机的U、V、W三相输出开路，并且永磁同步电机被拖动进行转动时，对永磁同步电机产生的U、V、W三相感应电动势进行采样得到U、V、W三相采样Us，Vs，Ws，如图2所示，输出U、V、W三相采样Us，Vs，Ws到所述电机输出比较电路；

所述电机输出比较电路，用于通过比较器将所述U、V、W三相采样Us，Vs，Ws转换为U、V、W三相数字信号Uc,Vc,Wc，如图3所示；

所述旋转变压器处理电路，用于发送激励信号到所述旋转变压器的定子绕组，并接收旋转变压器的转子绕组的返回信号，通过返回信号和激励信号比较，解析出转子角度信号，如图4虚线所示，并将转子角度信号传给微处理器；

所述微处理器，用于将U、V、W三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻所对应的角度，分别同转子角度信号在相同时刻的角度相减，得到多个上升沿和下降沿时刻所对应的多个角度偏差值，对所述多个角度偏差值进行算数平均，输出旋转变压器标定零位角度偏差值。

可以通过CAN通讯，将旋转变压器标定零位角度偏差值传输至电机控制器，也可以将该旋转变压器标定零位角度偏差值标识于永磁同步电机，在安装电机控制器时再输入至电机控制器。

实施例二

基于实施例一，所述微处理器，用于将在N个周期内的U、V、W三相数字信号的上升沿和下降沿共6N个时刻所对应的6N个角度，分别同转子角度信号在相同时刻所对应的6N个角度相减，得到6N个上升沿和下降沿时刻所对应的6N个角度偏差值，对所述6N个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值，N为正整数。

图3中，一个周期内，U、V、W三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻所对应的角度如下表所示。

Uc上升沿	Uc下降沿	Vc上升沿	Vc下降沿	Wc上升沿	Wc下降沿
						0	180	120	300	240	60

较佳的，若连续的6N个角度偏差值中的最大值与最小值，与所述旋转变压器标定零位角度偏差值的偏差小于1°C，即可认为标定成功，否则重新计算输出旋转变压器标定零位角度偏差值，若三次标定失败则认为标定失败。

实施例三

基于实施例一，如图1所示，所述电机输出采样电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6；

第一电阻R1、第二电阻R2用于串接在永磁同步电机U相同地之间，第一电阻R1与第二电阻R2的连接点输出永磁同步电机的U相采样Us；

第三电阻R3、第四电阻R4用于串接在永磁同步电机V相同地之间，第三电阻R3与第四电阻R4的连接点输出永磁同步电机的V相采样Vs；

第五电阻R5、第六电阻R6用于串接在永磁同步电机W相同地之间，第五电阻R5与第六电阻R6的连接点输出永磁同步电机的W相采样Ws；

第一电阻R1与第二电阻R2的比值、第三电阻R3与第四电阻R4的比值及第五电阻R5与第六电阻R6的比值相等。

较佳的，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6的阻值都大于500千欧姆。

实施例四

基于实施例三，所述电机输出比较电路，包括第一比较器C1、第二比较器C2、第三比较器C3；

所述第一比较器C1，正端接所述U相采样Us，负端接地，输出U相数字信号Uc；

所述第二比较器C2，正端接所述V相采样Vs，负端接地，输出V相数字信号Vc；

所述第三比较器C3，正端接所述W相采样Ws，负端接地，输出W相数字信号Wc。

当进行旋转变压器转子零位角度标定时，保持永磁同步电机的三相输出开路，并拖动永磁同步电机进行转动，若转速稳定，则在永磁同步电机的三相输出会产生三相正弦的感应电动势。

旋转变压器处理电路发送激励信号到旋转变压器的定子绕组，并接收到旋转变压器的转子绕组的返回信号，通过返回信号和激励信号比较，解析出转子角度信号。

若设U相零位为旋转变压器转子零位，则当永磁同步电机输出如图2所示三相感应电动势时，理论上转子角度信号应如图4实线所示，然而由于旋转变压器转子零位偏差，实际上转子角度信号将如图4虚线所示。

本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，使用电阻分压电路采集永磁同步电机的UVW三相电压，并对UVW三相电压分别通过比较器得到三相数字信号Uc,Vc,Wc，三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻则表征旋转变压器转子的特定角度，在三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻，将旋转变压器采集的转子角度信号与三相数字信号Uc,Vc,Wc的上升沿和下降沿时刻对应的特定角度相减即可得到旋转变压器零位角度偏差。本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，在一个周期内可以取六次零位角度偏差值，并可以计算多个周期进行平均和验证，能快速、精确的得到旋转变压器标定零位角度偏差值；本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，可以在独立于电机控制器的设备上实现，降低了电机控制器硬件成本和释放了软件资源，成本低；本发明的旋转变压器转子零位角度标定***，不需要连接高压电源，对电机转速的稳定性没有要求，结构简单，操作方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，包括电机输出采样电路、电机输出比较电路、旋转变压器处理电路、微处理器；

所述电机输出采样电路，用于在永磁同步电机的U、V、W三相输出开路，并被拖动进行转动时，对永磁同步电机产生的U、V、W三相感应电动势分别进行采样，得到U、V、W三相采样并输出到所述电机输出比较电路；

所述电机输出比较电路，用于通过比较器将所述U、V、W三相采样转换为U、V、W三相数字信号；

所述旋转变压器处理电路，用于发送激励信号到所述旋转变压器的定子绕组，并接收旋转变压器的转子绕组的返回信号，通过返回信号和激励信号比较，解析出转子角度信号，并将转子角度信号传给所述微处理器；

所述微处理器，用于将U、V、W三相数字信号的上升沿和下降沿时刻所对应的角度，分别同转子角度信号在相同时刻的所对应的角度相减，得到多个上升沿和下降沿时刻所对应的多个角度偏差值，对所述多个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

所述微处理器，用于将在N个周期内的U、V、W三相数字信号的上升沿和下降沿共6N个时刻所对应的6N个角度，分别同转子角度信号在相同时刻所对应的6N个角度相减，得到6N个上升沿和下降沿时刻所对应的6N个角度偏差值，对所述6N个角度偏差值进行算数平均得到旋转变压器标定零位角度偏差值，N为正整数。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

若连续的6N个角度偏差值中的最大值和最小值，与所述旋转变压器标定零位角度偏差值的偏差小于1°C，即标定成功，否则重新计算输出旋转变压器标定零位角度偏差值。

4.根据权利要求3所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

所述微处理器，还用于将计算得到的旋转变压器标定零位角度偏差值发送到永磁同步电机的电机控制器。

5.根据权利要求1所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

所述电机输出采样电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；

第一电阻、第二电阻用于串接在永磁同步电机U相同地之间，第一电阻与第二电阻的连接点输出永磁同步电机的U相采样；

第三电阻、第四电阻用于串接在永磁同步电机V相同地之间，第三电阻与第四电阻的连接点输出永磁同步电机的V相采样；

第五电阻、第六电阻用于串接在永磁同步电机W相同地之间，第五电阻与第六电阻的连接点输出永磁同步电机的W相采样；

第一电阻与第二电阻的比值、第三电阻与第四电阻的比值及第五电阻与第六电阻的比值相等。

6.根据权利要求5所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻大于500千欧姆。

7.根据权利要求5所述的旋转变压器转子零位角度标定***，其特征在于，

所述电机输出比较电路，包括第一比较器、第二比较器、第三比较器；

所述第一比较器，正端接所述U相采样，负端接地，输出U相数字信号；

所述第二比较器，正端接所述V相采样，负端接地，输出V相数字信号；

所述第三比较器，正端接所述W相采样，负端接地，输出W相数字信号。

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