CN110380733A - 一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法 - Google Patents

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王咏涛
邱高峰
王朝海
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Japan Electric Kaiyu Automotive Electrical Appliances (jiangsu) Co Ltd
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • H—ELECTRICITY
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法，采用永磁同步电机提供动力，永磁同步电机安装有磁阻式旋转变压器，永磁同步电机和磁阻式旋转变压器的极对数相同，磁阻式旋转变压器励磁侧通入频率浮动的高频电压信号，高频电压信号的频率随电机转速的变化而变化，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值和余弦值的比值求反正切，反正切值为永磁同步电机的转子位置。本发明对旋变解码精度不会降低，保证了电机的高转速时也有稳定的性能。

Description

一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法
本发明是一种旋转变压器解码方法，特别涉及一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法。
背景技术
汽车刹车***是保证乘员安全的重要部件，也是整个汽车工程***中对安全性能要求是最高的，使用永磁同步电机为刹车动力来源的刹车***，磁阻式旋转变压器为检测转子位置元件，在天津大学冀睿琳发表的硕士学位论文《电动汽车用磁阻旋转变压器的设计研究》中记载励磁频率为10KHz时，输出输出感应电势与激励电压的幅值比处于峰值位置，且相位偏移量为0，这样能够有效保证在后期的解算过程中不引入新的误差，对减小误差，提高旋变测量精度具有重要意义。因此，10kHz最适宜作为磁阻式旋转变压器的激磁频率。市场上生产磁阻式旋转变压器的主流公司，如西安微电机研究所、日本多摩川等，都将额定激磁频率选为10kHz。但是在紧急刹车动作时，永磁同步电机瞬间处于很高的转速，如果磁阻式旋转变压器通入的高频电压信号的频率为固定值10KHz，磁阻旋变同一个电气周期内输出的包络线内的正余弦波形数就会成比例减小，旋变解码精度会随之降低，电机的震动噪声会明显升高，严重时永磁同步电机会出现停转或失速。给乘员的安全带来一定威胁。如申请号为201710010866.4发明专利申请“电动助力转向***中旋转变压器的角度解码方法”公开了利用FPGA的硬件资源对转换后的正余弦数字电压信号进行反正切运算，解码出转子的位置，但仍然使用了固定频率的励磁电压信号，电机的高速性能仍然会受影响。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法。
本发明的技术方案是：公开了一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法，汽车刹车***采用永磁同步电机提供动力，永磁同步电机安装有磁阻式旋转变压器，永磁同步电机和磁阻式旋转变压器的极对数相同，磁阻式旋转变压器励磁侧通入频率浮动的高频电压信号，高频电压信号的频率随电机转速的变化而变化，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值和余弦值的比值求反正切，反正切值为永磁同步电机的转子位置。即θ＝arc(sinθ/cosθ),θ为永磁同步电机的转子位置的计算值，arc为反正切函数。随着永磁同步电机的转速升高，通入的高频电压信号的频率也随之升高，磁阻旋变同一个电气周期内输出包络线内的正余弦波形数就不会成比例减小，旋变解码精度也不会降低，保证了电机的高转速时也有稳定的性能。同时本方法也适用采用软件来解码，解码步骤少，速度快、降低了解码成本。
所述磁阻式旋转变压器励磁侧通入频率为浮动的电压信号的规则为：永磁同步电机转子转速每秒为N，当N≤8，通入高频电压信号的频率为固定值10000Hz；当8＜N≤60，通入高频电压信号的频率为(10000+H*N*600)Hz,其中H为系数,0.8＜H＜1.2；当N＞60，通入高频电压信号的频率为(40000+H*N*100)Hz,其中H为系数,0.8＜H＜1.2。
所述永磁同步电机的转子位置的实际值θ1与计算值θ的关系为：在(0-1/4)波形周期内，θ1＝θ；在(1/4-3/4)波形周期内，θ1＝θ+180；在(3/4-4/4)波形周期内，θ1＝θ+360。
采用上述解码方法后，其解码精度高，保证了电机在高转速时也有稳定的性能。
附图说明
图1是解码方法流程示意图；
图2是旋变在50转每秒励磁输入10000Hz电压信号时直接输出的正余弦包络线；
图3是旋变50转每秒励磁输入40000Hz电压信号时直接输出的正余弦包络线；
图4是旋变在100转每秒励磁输入10000Hz电压信号时直接输出的正余弦包络线；
图5是旋变在100转每秒励磁输入50000Hz电压信号时直接输出的正余弦包络线；
具体实施方式
实施例1.刹车***采用5对极的永磁同步电机和5对极的旋转变压器，永磁同步电机转子转速为8转每秒时励磁侧通入高频电压信号的频率为固定值10000Hz，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，采用如下程序提取，
i＝2；
m＝1；
x＝zeros(提取后的数据个数,1)；
t＝zeros(提取后的数据个数,1)
while i<提取前的数据个数
a1＝data(i-1,1)；
a2＝data(i,1)；
a3＝data(i+1,1)；
b1＝a1-a2；
b2＝a3-a2；
c1＝b1*b2；
if c1>0
x(m)＝a2；
t(m)＝data(i,3)；
m＝m+1；
if m>1&abs(x(m)-x(m-1))<0.025
m＝m-1；
end
end
i＝i+1；
end
X＝x(2:2:end)；
T＝t(2:2:end)；
n＝data(:,3)；
j＝data(:,1)；
plot(n,j,T,X)
新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值和余弦值的比值求反正切，在(0-1/4)波形周期内，反正切值与0相加，在(1/4-3/4)波形周期内，反正切值与180相加，在(3/4-4/4)波形周期内，反正切值与360相加，计算结果为永磁同步电机的转子实际位置。经过与基准角度信号对比，永磁同步电机转子转速为8转每秒时磁阻式旋转变压器的机械误差为(-6.28′至11.72′)，永磁同步电机转子转速为50转每秒时励磁侧通入高频电压信号的频率为(10000+H*N*600)Hz，H取1，为40000Hz，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值和余弦值的比值求反正切，在(0-1/4)波形周期内，反正切值与0相加，在(1/4-3/4)波形周期内，反正切值与180相加，在(3/4-4/4)波形周期内，反正切值与360相加，计算结果为永磁同步电机的转子的实际位置。经过与基准角度信号对比，永磁同步电机转子转速为50转每秒时磁阻式旋转变压器的机械误差为(-19.22′至10.96′)，1个电周期内包络线包括的波形数为162个，见图3。但如果仍通入高频电压信号的频率为固定值10000Hz，经过与基准角度信号对比，永磁同步电机转子转速为50转每秒时磁阻式旋转变压器的机械误差为(-73.20′至55.10′)，1个电周期内包络线包括的波形数仅为43个，见图2。
永磁同步电机转子转速为100转每秒时励磁侧通入高频电压信号的频率为(40000+H*N*100)Hz，H取1，为50000Hz，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值和余弦值的比值求反正切，在(0-1/4)波形周期内，反正切值与0相加，在(1/4-3/4)波形周期内，反正切值与180相加，在(3/4-4/4)波形周期内，反正切值与360相加，计算结果为永磁同步电机的转子的实际位置。经过与基准角度信号对比，永磁同步电机转子转速为100转每秒时磁阻式旋转变压器的机械误差为(-20.52′至30.26′)，1个电周期内包络线包括的波形数为100个，见图5。但如果仍通入高频电压信号的频率为固定值10000Hz，经过与基准角度信号对比，永磁同步电机转子转速为100转每秒时磁阻式旋转变压器的机械误差为(-175.76′至93.49′)，1个电周期内包络线包括的波形数仅为20个，见图4。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法，汽车刹车***采用永磁同步电机提供动力，永磁同步电机安装有磁阻式旋转变压器，永磁同步电机和磁阻式旋转变压器的极对数相同，其特征在于：磁阻式旋转变压器励磁侧通入频率为浮动的电压信号，正弦侧和余弦侧输出电压包络信号，提取正弦侧和余弦侧输出电压信号的各个极大值、过零点和极小值组成一个新的余弦波形和一个新的正弦波形，新的余弦波形超前新的正弦波形90°，对同一个时刻的的正弦值sinθ和余弦值cosθ的比值求反正切，反正切值为永磁同步电机的转子位置。即θ＝arc(sinθ/cosθ),θ为永磁同步电机的转子位置的计算值，θ1为永磁同步电机的转子位置的实际值，arc为反正切函数。
2.根据权利1所述的一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法，其特征在于：磁阻式旋转变压器励磁侧通入频率为浮动的电压信号的规则为：永磁同步电机转子转速每秒为N，当N≤8，通入高频电压信号的频率为固定值10000Hz；当8＜N≤60，通入高频电压信号的频率为(10000+H*N*600)Hz,其中H为系数,0.8＜H＜1.2；当N＞60，通入高频电压信号的频率为(40000+H*N*100)Hz,其中H为系数,0.8＜H＜1.2。
3.根据权利1所述的一种汽车刹车***控制器用旋转变压器解码方法，其特征在于：永磁同步电机的转子位置的实际值θ1与计算值θ的关系为：在(0-1/4)波形周期内，θ1＝θ；在(1/4-3/4)波形周期内，θ1＝θ+180；在(3/4-4/4)波形周期内，θ1＝θ+360。
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