CN109600092B - 一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法、***及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法、***及电机，所述方法包括：确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度；获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码；根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常，本发明可实时检测霍尔元件的信号，根据霍尔信号来检测和修正电机转子的增量位置信息，有效避免了电机失控等危险。

Description

一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法、***及电机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域。更具体地，涉及一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法、***及电机。

背景技术

永磁同步电机安装有增量式编码器和产生U、V、W信号的霍尔元件。传统的位置检测方法中霍尔元件只用于电机驱动器上电后的初始位置估计，运行过程中，只使用增量式编码器来获取转子位置。由于增量式编码器每转一圈只有一个Z脉冲清零信号，在运行过程中遇到干扰等问题，会出现误差累积和位置数据错误的情况，这样可能导致电机失控等危险发生。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法，实时检测霍尔元件的信号，根据霍尔信号来检测和修正电机转子的增量位置信息，有效避免了电机失控等危险。本发明的另一个目的在于提供一种永磁同步电机转子位置监测和修正***，本发明的还一个目的在于提供一种永磁同步电机。

本发明公开了一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法，包括：

确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度；

获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码；

根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；

根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常。

优选地，所述霍尔元件的输出信号包括U信号、V信号和W信号。

优选地，所述霍尔元件根据二进制编码信号输出所述U信号、V信号和W信号；

所述信号编码包括根据U信号、V信号和W信号形成的6个二进制编码，每个编码的宽度为60度电角度。

优选地，所述方法还包括确定所述电机转子的标准角度的步骤：

确定所述霍尔元件的信号编码每次切换时所述电机转子的角度作为所述电机转子对应于所述信号编码每次切换时的标准角度。

优选地，所述方法还包括预设所述预设角度区间的步骤：

将所述霍尔元件的信号编码相邻两次切换时分别对应的所述电机转子的标准角度作为两个端点形成与当前信号编码对应的预设角度区间。

优选地，所述霍尔元件的信号编码的切换次数根据所述电机的电机极对数确定。

优选地，所述电机转子的实际角度为所述标准角度和所述增量编码对应的增量角度的和。

优选地，所述监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常具体包括：

监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的实际角度为对应的预设角度区间的中间值。

本发明还公开了一种永磁同步电机转子位置监测和修正***，包括

转子角度确定单元，用于确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度，获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码，根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；

转子转速监测和修正单元，用于根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常。

本发明还公开了一种永磁同步电机，包括如上所述的永磁同步电机转子位置监测和修正***。

本发明的有益效果如下：

本发明在电机转动过程中，实时监测霍尔元件信号和增量式编码器信号，并将二者进行对比校验，根据霍尔信号的绝对位置信息来修正增量编码信息，防止增量编码信息反馈错误，有效修正增量信号干扰和编码器故障导致的转子位置信息错误，避免电机失控危险发生。本发明可实现永磁同步电机转子位置的在线监测和修正，可以有效避免增量编码信息错误导致的电机失控等危险。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法一个具体实施例的流程图之一。

图2示出本发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法一个具体实施例的原理图。

图3示出本发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法一个具体实施例的流程图之二。

图4示出本发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法一个具体实施例的流程图之三。

图5示出本发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法一个具体实施例的流程图之四。

图6示出发明一种永磁同步电机转子位置监测和修正***一个具体实施例的结构图。

图7示出适于用来实现本发明实施例的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法，所述方法包括：

S100：确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度。

S200：获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码。其中，电机转子旋转一周，电机转子上的增量式编码器可输出过零脉冲，即可以通过增量式编码器的增量编码获得电机转子的角度。

S300：根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度。

S400：根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常。

本发明在电机转动过程中，实时监测霍尔元件信号和增量式编码器信号，并将二者进行对比校验，根据霍尔信号的绝对位置信息来修正增量编码信息，防止增量编码信息反馈错误，有效修正增量信号干扰和编码器故障导致的转子位置信息错误，避免电机失控危险发生。本发明可实现永磁同步电机转子位置的在线监测和修正，可以有效避免增量编码信息错误导致的电机失控等危险。

在优选的实施方式中，所述霍尔元件的信号可包括U信号、V信号和W信号。更优选的，所述霍尔元件可根据二进制信号编码输出所述U信号、V信号和W信号。

进一步地，如图2所示，对应于霍尔元件输出的U信号、V信号和W信号的不同电压状态，二进制信号编码可包括6个二进制信号编码，每个信号编码的宽度为60度电角度。例如，6个二进制信号编码的顺序依次可为101、100、110、010、011和001，其中每个信号编码的宽度为60度电角度。其中A和B为增量式编码器的增量编码信息。

在可选的实施方式中，根据霍尔元件的安装顺序不同，6个二进制信号编码的顺序包括以下两种：

顺序1：

101→100→110→010→011→001→101→100→110→010→011→001→101。

顺序2：

001→011→010→110→100→101→001→011→010→110→100→101→001。在电机转子旋转时，电机驱动器可记录霍尔元件当前的U、V、W信号编码，当采集到信号编码变化时，可根据信号编码的变化顺序判断编码顺序为顺序1还是顺序2。

在优选的实施方式中，如图3所示，所述方法还包括确定所述电机转子的标准角度的步骤：

S000：确定所述霍尔元件的信号编码每次切换时所述电机转子的角度作为所述电机转子对应于所述信号编码每次切换时的标准角度。其中，所述霍尔元件的信号编码的切换次数根据所述电机的电机极对数确定。

在一个具体例子中，在电机转子旋转时，记录霍尔元件的信号编码每次切换变化时的增量式编码器的绝对位置信息θ₁～θ_n分别作为电机转子的标准角度，其中，标准角度个数n与电机极对数p有关，本实施例中n＝6*p。至此,完成电机驱动器所需的位置参数初始化，此过程只需在电机驱动器第一次匹配电机时进行，参数初始化完成后，后续使用中不再需要进行此过程。

在优选的实施方式中，如图4所示，所述方法还包括预设所述预设角度区间的步骤：

S010：将所述霍尔元件的信号编码相邻两次切换时分别对应的所述电机转子的标准角度作为两个端点形成与当前信号编码对应的预设角度区间。例如电机转子的标准角度为θ₁～θ_n，预设角度区间为(θ_i,θ_i+1)，其中，1<＝i<＝n。编码信号第i次切换和第i+1次切换时对应的电机转子的角度区间为(θ_i,θ_i+1)。

具体的，如图5所示，根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度具体可包括：

S310：根据所述增量编码得到所述电机转子的增量角度。

S320：根据所述标准角度和所述增量角度的和得到所述电机转子的实际角度。

本实施例中，首先确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度，然后获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器的增量编码以监测电机转子的位置。在具体例子中，电机驱动器驱动电机转动过程中，当检测到霍尔编码信号第i次切换时，立即更新转子位置信息，使电机转子的标准角度为θ_i，同时将增量式编码器的增量编码对应的增量角度Δθ清零。在编码切换后电机转子继续转动时，电机转子的角度θ为切换点位置的标准角度θi与增量角度Δθ之和，即θ＝θ_i+Δθ。霍尔信号编码每次切换时均执行以上操作，从而可在一个霍尔信号编码区间内，即两次信号编码切换中间即可消除累积误差。

在霍尔编码相邻两次切换的区间内，根据当前的霍尔信号编码可得到对应的当前电机转子的预设角度区间为(θ_i,θ_i+1)。判断电机转子的角度θ是否在(θ_i,θ_i+1)区间之内。如果角度θ在(θ_i,θ_i+1)范围内，则认为电机转子的位置正常，无需修正。如果角度θ不在(θ_i,θ_i+1)范围内，则强制将θ置为区间(θ_i,θ_i+1)的中心角，这样电机转子的位置角度误差最多为30度电角度，仍可以保证电机输出力矩在额定的86.6％以上，避免了转子位置错误导致的电机失控现象发生。

所述监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常具体包括：监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的实际角度为对应的预设角度区间的中间值。即电机驱动器滤除错误的角度信息，使用预设角度区间的中间值作为角度反馈信息进行闭环控制，调节电机驱动器输出使电机正常转动，避免由于转子位置错误导致的电机失控现象发生。

基于相同原理，如图6所示，本实施例还公开了一种永磁同步电机转子位置监测和修正***，所述***包括转子角度确定单元11和转子转速监测和修正单元12。

转子角度确定单元11可确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度，获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码，根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；

转子转速监测和修正单元12可根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常。

由于该***解决问题的原理与以上方法类似，因此本***的实施可以参见方法的实施，在此不再赘述。

基于相同原理，本实施例还公开了一种永磁同步电机，该永磁同步电机包括如本实施例的永磁同步电机转子位置监测和修正***。永磁同步电机还可包括电机驱动器，电机驱动器可根据所述永磁同步电机转子位置监测和修正***的反馈信号调整输出的角度信息以调节电机转子的转速。本永磁同步电机的其他实施可以参见所述***的实施，在此不再赘述。

上述实施例阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机设备，具体的，计算机设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

在一个典型的实例中计算机设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由客户端执行的方法，或者，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由服务器执行的方法。

下面参考图7，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备600的结构示意图。

如图7所示，计算机设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有***600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶反馈器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口606。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机转子位置监测和修正方法，其特征在于，包括：

确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度；

获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码；

根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；

根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常；

所述监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的转速正常具体包括：

监测和修正所述电机转子的角度信息以使所述电机转子的实际角度为对应的预设角度区间的中间值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍尔元件的输出信号包括U信号、V信号和W信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述霍尔元件根据二进制编码信号输出所述U信号、V信号和W信号；

所述信号编码包括根据U信号、V信号和W信号形成的6个二进制编码，每个编码的宽度为60度电角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定所述电机转子的标准角度的步骤：

确定所述霍尔元件的信号编码每次切换时所述电机转子的角度作为所述电机转子对应于所述信号编码每次切换时的标准角度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括预设所述预设角度区间的步骤：

将所述霍尔元件的信号编码相邻两次切换时分别对应的所述电机转子的标准角度作为两个端点形成与当前信号编码对应的预设角度区间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述霍尔元件的信号编码的切换次数根据所述电机的电机极对数确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机转子的实际角度为所述标准角度和所述增量编码对应的增量角度的和。

8.一种永磁同步电机转子位置监测和修正***，其特征在于，包括转子角度确定单元，用于确定所述永磁同步电机的霍尔元件的信号编码切换时的电机转子理论上的标准角度，获取所述霍尔元件的信号编码再次切换时电机转子的增量式编码器在信号编码两次切换间的增量编码，根据所述标准角度和所述增量编码确定所述电机转子的实际角度；

转子转速监测和修正单元，用于根据所述电机转子的实际角度及对应的预设角度区间确定所述电机的转速是否正常，若为否，则监测和修正所述电机转子的角度信息使所述电机转子的实际角度为对应的预设角度区间的中间值以使所述电机转子的转速正常。

9.一种永磁同步电机，其特征在于，包括如权利要求8所述的永磁同步电机转子位置监测和修正***。

Images