CN105915127A - 一种电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机转子位置冗余测量方法，***及电子设备，测量方法包括：采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息，同时利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。本发明保证了解码结果稳定可靠，无需传统的解码芯片，只需很少量的***电路就可以实现***的冗余功能，不但节省硬件成本，而且取得抗干扰能力好的效果。

Description

一种电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备

技术领域

本发明属于电机转子位置测量技术领域，涉及一种测量方法及***，特别是涉及一种电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备。

背景技术

随着新能源汽车的推广与发展，永磁同步电机也在电动汽车的驱动***领域也得到了同步的发展。众所周知，永磁同步电机的运行稳定可靠，但作为无刷电动机它没有换向机构，因此需要位置传感器来确定电机转子的位置、旋转速度等参数。在电机控制环节中，电机转子位置是重要的反馈部分，它直接影响着电机的工作表现。目前作为永磁同步交流电机转子位置和速度信号测量元件主要是光电编码器和旋转变压器。相对于光电编码器，旋转变压器除了具有误差小，精度高等特点外，还具有结构简单、坚固耐用，抗干扰能力强等突出优点，因此旋转变压器得到了广泛地应用。然而对于旋转变压器应用的最大缺点就是其输出信号处理相对复杂，其输出为一个正弦信号和一个余弦信号，均包含有转子的位置信息，因此从两路幅值随其位置变化的正余弦模拟信号中解码电机转子位置是比较困难的。针对这一问题，很多公司都研发推出了一系列专用旋转变压器位置解码芯片如美国AD公司开发的AD系列和日本多摩川公司的Au系列等。专用芯片解码技术比较成熟，但这种芯片一般价格比较昂贵，将会大大增加***成本。

所以目前会采用软件解码算法，但是旋转变压器软件解码算法大多数都采用的是计算反正切函数这一途径，这就不可避免的带来了抗干扰性较差的问题。且现有的解码算法都是基于硬件传感器上的冗余设计，没有很好的解决***完全依赖硬件而造成的可靠性下降的问题。

因此，如何提供一种电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备，以解决现有技术在电机解码上依赖硬件而造成可靠性下降，或单独采用软件解码又不可避免的带来了抗干扰性较差的问题，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备，用于解决现有技术中在电机解码上依赖硬件而造成可靠性下降，或单独采用软件解码又不可避免的带来了抗干扰性较差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种电机转子位置冗余测量方法，所述电机转子位置的测量方法包括以下步骤：采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息，同时利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

于本发明的一实施例中，所述将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确度的步骤是指判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，输出所述第二位置信息以获取所述电机转子位置。

于本发明的一实施例中，所述第一预设处理方式为：接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号进行采集，并进行模数转换，解调转换的数字信号，并进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息。

于本发明的一实施例中，所述第二预设处理方式为采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。

于本发明的一实施例中，所述预存的位置估计法为基于假定旋转坐标系的位置估计法。

本发明另一方面提供一种电机转子位置冗余测量***，所述电机转子位置的测量***包括：采集模块，用于采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；第一处理模块，与所述采集模块连接，用于利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息；第二处理模块，与所述采集模块连接，用于在所述第一处理模块运行的同时，利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；分析模块，与所述第一处理模块和第二处理模块连接，用于将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

于本发明的一实施例中，所述分析模块还用于判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，调用与分析模块连接的输出模块以输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，调用所述输出模块以输出所述第二位置信息以获取所述电子转子位置。

于本发明的一实施例中，所述第一处理模块还用于接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号进行采集，并进行模数转换，解调转换的数字信号，并进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息。

于本发明的一实施例中，所述第二处理模块还用于采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。

本发明又一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：电机；及所述电机连接的，所述的电机转子位置冗余测量***。

如上所述，本发明的机转子位置冗余测量方法、***及电子设备，具有以下有益效果：

本发明所述的电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备保证了解码结果稳定可靠，只需很少量的***电路就可以实现***的冗余功能，同时取得抗干扰能力好的效果。

附图说明

图1显示为本发明的电机转子位置冗余测量方法于一实施例中的流程示意图。

图2显示为本发明第一处理模块的角度跟踪观测器示意图。

图3显示为本发明的假定旋转坐标系示意图。

图4显示为本发明的反电动势观测器示意图。

图5显示为本发明的锁相环框图。

图6显示为本发明的步骤S2’具体流程框图。

图7显示为本发明的基于假定旋转坐标系的位置估计法的计算时序示意图。

图8显示为本发明的电机转子位置冗余测量***于一实施例中的原理结构示意图。

图9显示为本发明的电子设备于一实施例中的原理结构示意图。

元件标号说明

1 电机转子位置冗余测量***

11 采集模块

12 第一处理模块

13 第二处理模块

14 分析模块

15 输出模块

111 第一采集单元

112 第二采集单元

2 电机

3 电子设备

S1～S5 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所描述的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种电机转子位置冗余测量方法，所述电机转子位置冗余测量方法包括以下步骤：

采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；

利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息，同时利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；

将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

以下将结合图示对本实施例所述的电机转子位置冗余测量方法进行详细阐述。在本实例中，电机转子位置，即电机转子角度的获取有两种途径，第一种途径是通过软件位置解码，第二种途径是通过角度位置估计。请参阅图1，显示为电机转子位置冗余测量方法于一实施例中的流程示意图。如图1所示，所述电机转子位置冗余测量方法具体包括以下几个步骤：

S1，采集第一位置数据信号。所述第一位置数据信号是所述电机，即旋转变压器的转子在接收到原始的激励信号后所述电机直接机械连接的旋转变压器产生的两路正交正弦信号。

在执行步骤S1的同时执行步骤S1’，采集第二位置数据信号。所述第二位置数据信号为从所述电机的三相电流信号。

S2，利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息。在本实施例中，所述第一预设处理方式包括接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号以10MHz的过采样频率进行采集，并进行模数转换，对转换的数字信号中的载波信号通过反向整形和积分运算进行解调，从而得到对应于电机转子的实际机械角度的正余弦值，即sin和cos，对得到的正余弦值进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息，所述第一位置信息包括电机转子的角度θ、角速度为ω、角加速度α。在本实施例中，通过如图2所示的角度跟踪观测器对正余弦值进行跟踪计算以获取第一位置信息。其中，所述观测器估计角度为K_a、K_b和K_c为观测器的增益系数。当观测器和输入角度误差极小时，电机转子的角度θ、角速度为ω、角加速度α在j时刻的的计算公式如下：

其中，Ts为采样周期，sinθ_e表示误差角度e的正弦值，sin_ej为t＝jT_s时刻的角度误差正弦值，分别为t＝jT_s时刻的角度估计值，角速度估计值，角加速度估计值，即电机转子的第一位置信息。

在执行步骤S2的同时执行步骤S2’，利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息。在本实施例中，所述第二预设处理方式为采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。所述预存的位置估计法为基于假定旋转坐标系的位置估计法。以下将具体介绍所述基于假定旋转坐标系的位置估计法。

首先介绍假定旋转坐标系。在本实施例中，所述第二位置数据信号(在本实施例中，所述第二位置数据信号包括静止坐标系的电压指令值以及电流采样值i_α、i_β通过假定旋转坐标系推知所述电机的扩展反电动势。请参阅图3，显示为假定旋转坐标系示意图。如图3所示，dq为实际的同步旋转坐标系，γδ则为假定旋转坐标系，θ_γe为实际的转子位置，为估计的转子位置值，Δθ_γe为角度误差，其计算公式如下：

对具有内插式结构的永磁同步电机，其αβ轴数学模型如下：

由右侧第二项的反电动势项可以得到转子的角度位置信息。其中E_ex为扩展反电动势。基于假定旋转坐标系下的电机动态方程如下：

其中，

用电压指令值代替实际值后上式可改写为：

上式为以扩展反电动势为待估计量的可调模型，其中，在稳态时Δθ_re不变，此时有变换为：

电流的估计误差取决于 与的大小成正比，因此可以根据电流误差来确定扩展反电动势的大小：

接着，通过上述的假定旋转坐标系可推知电机的扩展反电动势，将通过假定旋转坐标系推知的电机的扩展电动势输入图4所示的反电动势观测器中可将电机的扩展反电动势离散化。将反电动势观测器动态矢量方程进行离散化，得到基于假定旋转坐标系反电动势观测器的离散化模型：

最后，通过如图5所示的锁相环跟踪离散化的电机的扩展反电动势中的相位(电机转子的位置信息)，并将其锁定。继续参阅图4，所述锁相环由PI控制器和积分环节组成。由于现有技术所采用的反正切算法计算的转子位置值受高频谐波和***噪声的影响较大不精确。在本实施例中，采用公式(11)计算：

其中，很小时，有电子转子角度估计值以及角速度的离散化公式如下：

因此，请参阅图6，显示为步骤S2’具体流程框图：如图6所示，输入的为静止坐标系的电压指令值和以及电流采样值和经过假定旋转坐标变换后，估计出电机的扩展反电动势，再通过PI环节计算得到转子位置误差，最后通过锁相环得到转子角度估计值角速度估计值角加速度估计值即表示电机转子的第二位置信息。

在本实施例中，还涉及基于假定旋转坐标系的位置估计法的计算时序，请参阅图7，显示为基于假定旋转坐标系的位置估计法的计算时序示意图。基于假定旋转坐标系的反电动势观测器采用中点触发电流采样，边缘触发电压指令值更新的PWM触发方式。要得到当前时刻的电流估计值和需要上一时刻的电压指令值、上一时刻的估计电流以及反电动势的返回值，随后将电流估计值与通过电流传感器得到的电流值作差，再利用PI控制器估算出和单片机采样得到的三相电流数据需要经过一定的变换，然后成为假定旋转坐标系上的电流值和在估计k时刻的反电动势时，还需要结合该时刻的位置信息然而，此时的***只能得到(k-1)时刻的位置信息，即估计值由于在相邻两个周期内转速的变化可以忽略不计，并且位置正比于转速，由此可以得到k时刻的转子位置：

S3，将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。具体地，将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性是指判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，执行步骤S4，即输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，执行步骤S5，即输出所述第二位置信息以获取所述电子转子位置。

本实施例所述的电机转子位置冗余测量方法即保证了解码结果稳定可靠，同时取得抗干扰性较好效果。

实施例二

本实例提供一种电机转子位置冗余测量***，所述电机转子位置冗余测量***包括：

采集模块，用于采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；

第一处理模块，与所述采集模块连接，用于利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息；

第二处理模块，与所述采集模块连接，用于在所述第一处理模块运行的同时，利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；

分析模块，与所述第一处理模块和第二处理模块连接，用于将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

以下将结合图示对本实施例所提供的电机转子位置冗余测量***进行详细阐述。请参阅图8，显示为电机转子位置冗余测量***于一实施例中的原理结构示意图。如图8所示，所述电机转子位置的测量***1包括：采集模块11、第一处理模块12、第二处理模块、分析模块、输出模块15。

所述采集模块11用于采集第一位置数据信号和第二位置数据信号。在本实施例中，所述采集模块11包括第一采集单元111和第二采集单元112。

所述第一采集单元111用于采集第一位置数据信号。所述第一位置数据信号是所述电机，即旋转变压器的转子在接收到原始的激励信号后所述旋转变压器产生的两路正交正弦信号。

同时所述第二采集单元112用于采集第二位置数据信号。所述第二位置数据信号为从所述电机的三相电流信号。

与所述第一采集单元111连接的第一处理模块12用于利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息。在本实施例中，所述第一处理模块12具体用于发送激励信号，接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，在接收到所述激励信号后生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号以10MHz的过采样频率进行采集，并进行模数转换，对转换的数字信号中的载波信号通过反向整形和积分运算进行解调，从而得到对应于电机转子的实际机械角度的正余弦值，即sin和cos，对得到的正余弦值进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息，所述第一位置信息包括电机转子的角度θ、角速度为ω、角加速度α。在本实施例中，所述第一处理模块12采用单片机TC275。单片机TC275正常工作频率可达200MHz，其片上集成了先进的Σ-Δ型ADC采样模块(Delta Sigma ADC)，其过采样频率可高达10～20MHz，完全可以满足对旋转变压器输出的高频信号进行采样的要求。此外，该模块片上集成了多种滤波器以及积分器，并且特别支持旋转变压器接口的应用。Delta Sigma ADC模块的输入接口支持差分信号输入，从而可以直接从采样结果中得到原始响应信号的值，并且避免了由于直流偏置电压标定不准或者产生波动导致的真实响应信号与采样得到的响应信号之间的误差。同时，TC275也是一款理想的电机控制芯片，因此本发明可以很方便地集成到电机控制***中，从而提高整个***的可靠性。在本实施例中，所述第一处理模块12中还集成有角度跟踪观测器。通过角度跟踪观测器对正余弦值进行跟踪计算以获取第一位置信息。

其中，所述观测器估计角度为K_a、K_b和K_c为观测器的增益系数。当观测器和输入角度误差极小时，电机转子的角度θ、角速度为ω、角加速度α在j时刻的的计算公式如下：

${\mathrm{sin\θ}}_{ej}=V_{bj}cos(\widehat{{\mathrm{\θ}}_{j-1}}+T_s\widehat{{\mathrm{\ω}}_{j-1}})+V_{aj}sin(\widehat{{\mathrm{\θ}}_{j-1}}+T_s\widehat{{\mathrm{\ω}}_{j-1}})$

其中，Ts为采样周期，sinθ_e表示误差角度e的正弦值，sin_ej为t＝jT_s时刻的角度误差正弦值，分别为t＝jT_s时刻的角度估计值，角速度估计值，角加速度估计值，即电机转子的第一位置信息。

与所述第二采集单元112连接的第二处理模块13用于利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息。在本实施例中，所述第二预设处理方式为采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。在本实施例中，所述第二处理模块13上集成有反电动势观测器和锁相环。

所述第二处理模块13具体执行以下几个功能：

第一，所述第二位置数据信号(在本实施例中，所述第二位置数据信号包括静止坐标系的电压指令值以及电流采样值和通过假定旋转坐标系推知所述电机的扩展反电动势。请参阅图2，显示为假定旋转坐标系示意图。如图2所示，dq为实际的同步旋转坐标

系，γδ则为假定旋转坐标系，θ_γe为实际的转子位置，为估计的转子位置值，Δθ_γe为角度误差，其计算公式如下：

${\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{\γ}e}={\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\γ}e}-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{\mathrm{\γ}e}$

对具有内插式结构的永磁同步电机，其αβ轴数学模型如下：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{R}_s+{\mathrm{pL}}_d& {\mathrm{\ω}}_{re}(L_d-L_q)\\ -{\mathrm{\ω}}_{re}(L_d-L_q)& R_s+{\mathrm{pL}}_d\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)+E_{ex}\left(\begin{array}{c}-{\mathrm{sin\θ}}_{re}\\ {\mathrm{cos\θ}}_{re}\end{array}\right)$

由右侧第二项的反电动势项可以得到转子的角度位置信息。其中E_ex为扩展反电动势。

基于假定旋转坐标系下的电机动态方程如下：

$u_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}=R_s{i}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+L_d\frac{{\mathrm{di}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}}{dt}-{\mathrm{jL}}_d\frac{{\mathrm{d\Δ\θ}}_{re}}{dt}{i}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+{\mathrm{j\ω}}_{re}{L}_q{i}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+E_{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}$

其中，

用电压指令值代替实际值后上式可改写为：

$u_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}*}=R_s{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+{\hat{L}}_d\frac{d{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}}{dt}-j{\hat{L}}_d\frac{d\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}}{dt}{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+j{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}{\hat{L}}_q{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}+{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}$

上式为以扩展反电动势为待估计量的可调模型，其中，在稳态时Δθ_re不变，此时有变换为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}}{dt}=\frac{1}{L_d}(u_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-R_s{i}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-{\mathrm{j\ω}}_{re}{L}_q{i}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-E_{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}})\\ \frac{d{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}}{dt}=\frac{1}{{\hat{L}}_d}(u_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}*}-{\hat{R}}_s{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-j{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}{\hat{L}}_q{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}})\end{array}\right.$

电流的估计误差取决于 与的大小成正比，因此可以根据电流误差来确定扩展反电动势的大小：

$-{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}=(K_p+\frac{K_i}{s})(i_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}}-{\hat{i}}_s^{\mathrm{\γ}\mathrm{\δ}})$

第二，通过上述的假定旋转坐标系可推知电机的扩展反电动势，将通过假定旋转坐标系推知的电机的扩展电动势输入图3所示的反电动势观测器中可将电机的扩展反电动势离散化。将反电动势观测器动态矢量方程进行离散化，得到基于假定旋转坐标系反电动势观测器的离散化模型：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{i}}_{\mathrm{\γ}}\left(k\right)\\ {\hat{i}}_{\mathrm{\δ}}\left(k\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}1-\frac{R_s{T}_s}{L_d}& \frac{{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}(k-1)L_q{T}_s}{L_d}\\ -\frac{{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}(k-1)L_q{T}_s}{L_d}& 1-\frac{R_s{T}_s}{L_d}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\hat{i}}_{\mathrm{\γ}}(k-1)\\ {\hat{i}}_{\mathrm{\δ}}(k-1)\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\frac{{u_{\mathrm{\γ}}}^{*}(k-1)T_s}{L_d}\\ \frac{{u_{\mathrm{\δ}}}^{*}(k-1)T_s}{L_d}\end{array}\right)-\left(\begin{array}{c}\frac{{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}}(k-1)T_s}{L_d}\\ \frac{{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}}(k-1)T_s}{L_d}\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{\hat{E}}_{\mathrm{\γ}}\left(k\right)\\ {\hat{E}}_{\mathrm{\δ}}\left(k\right)\end{array}\right)=E\left(\begin{array}{c}-\sin \mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_r\left(k\right)\\ \cos \mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_r\left(k\right)\end{array}\right)=-(K_p+\frac{K_i}{s})\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\γ}}\left(k\right)-{\hat{i}}_{\mathrm{\γ}}\left(k\right)\\ i_{\mathrm{\δ}}\left(k\right)-{\hat{i}}_{\mathrm{\δ}}\left(k\right)\end{array}\right)$

第三，通过如图4所示的锁相环跟踪离散化的电机的扩展反电动势中的相位(电机转子的位置信息)，并将其锁定。继续参阅图4，所述锁相环由PI控制器和积分环节组成。由于现有技术所采用的反正切算法计算的转子位置值受高频谐波和***噪声的影响较大不精确。在本实施例中，采用公式(11)计算：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\≈-\frac{E_{\mathrm{\γ}}}{\sqrt{{E_{\mathrm{\γ}}}^2+{E_{\mathrm{\δ}}}^2}}$

其中，很小时，有电子转子角度估计值以及角速度的离散化公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}\left(k\right)=(K_p+\frac{K_i}{s})\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\left(k\right)\\ {\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}(i-1)\·T_s\end{array}\right.$

具体地，所述第二处理模块13将输入的为静止坐标系的电压指令值和以及电流采样值和经过假定旋转坐标变换后，估计出电机的扩展反电动势，再通过PI环节计算得到转子位置误差，最后通过锁相环得到转子角度估计值角速度估计值角加速度估计值即表示电机转子的第二位置信息。

与所述第一处理模块12和第二处理模块13连接的分析模块14用于将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。具体地，所述分析模块14判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，调用与分析模块14连接的输出模块15以输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，调用所述输出模块15以输出所述第二位置信息以获取所述电子转子位置。

在本实施例中，所述第一处理模块12、第二处理模块13、分析模块14、输出模块15都集成在单片机TC275以执行从旋转变压器上采集到的第一位置数据信号和从电机上采集到的第二位置数据信号，以及对第一位置数据信号和第二位置数据信号的处理分析以获取所述转子的位置信息。

本实施例还提供一种电子设备2，请参阅图9，显示为电子设备于一实施例中的原理结构示意图。如图9所示，所述电子设备2包括：电机3(自带旋转变压器)及所述电机3连接的，实施例二所述的电机转子位置冗余测量***1。

综上所述，本发明电机转子位置冗余测量方法、***及电子设备保证了解码结果稳定可靠，只需很少量的***电路就可以实现***的冗余功能，同时取得抗干扰能力好的效果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电机转子位置冗余测量方法，其特征在于，所述电机转子位置冗余测量方法包括以下步骤：

采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；

利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息，同时利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；

将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

2.根据权利要求1所述的电机转子位置冗余测量方法，其特征在于：所述将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确度的步骤是指判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，输出所述第二位置信息以获取所述电机转子位置。

3.根据权利要求1所述的电机转子位置冗余测量方法，其特征在于：所述第一预设处理方式为：接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号进行采集，并进行模数转换，解调转换的数字信号，并进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息。

4.根据权利要求1所述的电机转子位置冗余测量方法，其特征在于：所述第二预设处理方式为采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。

5.根据权利要求1所述的电机转子位置冗余测量方法，其特征在于：所述预存的位置估计法为基于假定旋转坐标系的位置估计法。

6.一种电机转子位置冗余测量***，其特征在于，所述电机转子位置冗余测量***包括：

采集模块，用于采集第一位置数据信号和第二位置数据信号；所述第一位置数据信号是与电机直接机械连接的旋转变压器在接收到激励信号后所感应产生的；所述第二位置数据信号为电机的三相电流信号；

第一处理模块，与所述采集模块连接，用于利用与所述第一位置数据信号对应的第一预设处理方式处理所述第一位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第一位置信息；

第二处理模块，与所述采集模块连接，用于在所述第一处理模块运行的同时，利用与所述第二位置数据信号对应的第二预设处理方式处理所述第二位置数据信号以解析出用以表示电机转子的第二位置信息；

分析模块，与所述第一处理模块和第二处理模块连接，用于将所述第一位置信息与所述第二位置信息进行分析比对以校验所述第一位置信息的准确性。

7.根据权利要求6所述的电机转子位置冗余测量***，其特征在于：所述分析模块还用于判断所述第一位置信息与所述第二位置信息之间的误差是否小于预设值，若是，则表示所述第一位置信息准确，调用与分析模块连接的输出模块以输出所述第一位置信息以获取所述电机转子位置；若否，则表示所述第一位置信息错误，调用所述输出模块以输出所述第二位置信息以获取所述电子转子位置。

8.根据权利要求6所述的电机转子位置冗余测量***，其特征在于：所述第一处理模块还用于接收与电机直接机械连接的旋转变压器感应生成的两路正交正弦信号，对所述两路正交正弦信号进行滤波，并对滤波后的两路正交正弦信号进行直流偏置，对直流偏置后的信号进行采集，并进行模数转换，解调转换的数字信号，并进行跟踪计算以解析出所述第一位置信息。

9.根据权利要求6所述的电机转子位置冗余测量***，其特征在于：所述第二处理模块还用于采用预存的位置估计法估算电机的扩展反电动势，通过锁相环跟踪所述电机的扩展反电动势的相位，并将其锁定以解析出所述第二位置信息。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

电机；及所述电机连接的，如权利要求6-9中任一项所述的电机转子位置冗余测量***。