CN112583307A - 一种永磁同步电机及其旋转变压器的软解码方法、*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机及其旋转变压器的软解码方法、***，该软解码方法包括：控制器以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；并对正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度；三阶角度观测器根据第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值；控制器根据第二转子角度控制永磁同步电机。本发明提供的技术方案，不仅满足ISO26262 ASIL D的安全等级，还可获得精确的转子位置信息，提高电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

Description

一种永磁同步电机及其旋转变压器的软解码方法、***

技术领域

本发明实施例涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机及其旋转变压器的软解码方法、***。

背景技术

当前，永磁同步电机获取转子位置时大多采用专用的旋***件解码芯片，该方法无法满足ISO26262标准中的汽车安全完整性等级D级(Automotive Safety IntegrationLevel D，ASIL D)的要求，存在安全隐患，仅仅通过相同的硬件冗余并不能提高安全等级；另外，现有的软解码算法即当前的角度观测器算法忽略了积分的滞后性，在***算法的第一个步长无法得到精确的初始转子位置，对永磁同步电机磁场定向产生影响，降低了电机起动时的稳定性。

发明内容

本发明提供一种永磁同步电机及其旋转变压器的软解码方法、***，不仅可满足ISO26262 ASIL D的安全等级，还可获得精确的转子位置信息，提高电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

第一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，包括以下步骤：

控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；

并对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度；

三阶角度观测器根据所述第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为所述三阶角度观测器最后一个积分器的初始值；

所述控制器根据所述第二转子角度控制所述永磁同步电机。

可选的，在控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线之前，还包括：

DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，所述第二周期大于所述第一周期。

可选的，在控制器获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度之后，还包括：

所述控制器获取所述第一转子角度的角度补偿量；

所述三阶角度观测器根据所述第一转子角度、所述角度补偿量以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度。

可选的，所述控制器获取所述第一转子角度的角度补偿量包括：

获取第N个第一周期结束的时刻与第N-1个第二周期结束的时刻之间的时间差值；

获取第N-1个第一周期结束的时刻，所述三阶角度观测器输出的角速度值；

根据所述时间差值与所述角速度值获取第N个第一周期结束的时刻对应的所述第一转子角度的角度补偿量，其中，所述时间差值大于或等于零且小于所述第一周期，N大于或等于3，N为正整数。

可选的，在控制器对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算之前，还包括：

判断正弦信号的平方与余弦信号的平方的和是否在1±δ的范围内；

若所述正弦信号的平方与余弦信号的平方的和在1±δ的范围内，则继续对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算的步骤；

若所述正弦信号的平方与余弦信号的平方的和不在1±δ的范围内，则返回以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线的步骤，其中，δ为预设常数。

可选的，所述DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线包括：

所述DSADC模块产生正负两路PWM信号，并发送至旋变励磁电路；

所述正负两路PWM信号经所述旋变励磁电路后变为正余弦励磁信号，并发送至旋转变压器；

所述正余弦励磁信号经所述旋转变压器后变为四路正交差分正余弦信号，并发送至旋变返回缓冲电路；

所述四路正交差分正余弦信号经所述旋变返回缓冲电路进行偏置调整和比例调整后发送至所述DSADC模块；

经过偏置调整和比例调整后的四路正交差分正余弦信号经过所述DSADC调制、滤波、整形和积分，所述DSADC模块采集到两路正交差分正余弦信号的离散的包络线。

可选的，

所述DSADC模块产生正负两路PWM信号的同时，还产生同步信号，并将所述同步信号发送至所述DSADC模块的整形单元；

所述DSADC模块的整形单元根据所述同步信号校正所述四路正交差分正余弦信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***，包括：

控制器，所述控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；并对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度；

三阶角度观测器，所述三阶角度观测器根据所述第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中，第一个第一转子角度作为所述三阶角度观测器最后一个积分器的初始值；

所述控制器还用于根据所述第二转子角度控制所述永磁同步电机。

可选的，所述永磁同步电机旋转变压器的软解码***，还包括：

DSADC模块，所述DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，所述第二周期大于所述第一周期。

第三方面，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机，包括如上所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码***。

本发明实施例通过控制器每隔第一周期就获取一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，并对每次获取的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取对应的第一转子角度；三阶角度观测器采用三阶角度观测算法根据第一转子角度计算获得第二转子角度，其中将第一个第一转子角度确定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了现有的软解码算法中忽略积分环节的滞后性问题，实现了获得精确的初始转子位置的问题，在满足ISO26262 ASIL D的安全等级的同时，还提高了电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的该正交差分正余弦信号与转子位置的关系示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法的流程图；

图4是本发明实施例二提供的DSADC模块以第二周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线的流程图；

图5是本发明实施例二提供的控制器获取第一转子角度的角度补偿量的流程图；

图6是本发明实施例提供二的第一周期和第二周期的时间轴；

图7a是本发明实施例二提供的软解码算法程序的一部分软件流程图；

图7b是本发明实施例二提供的软解码算法程序的另一部分软件流程图；

图8是本发明实施例三提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***的结构示意图；

图9是本发明实施例三提供的另一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***的结构示意图；

图10是本发明实施例四提供的一种永磁同步电机的方框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法的流程图。如图1所示，该永磁同步电机旋转变压器的软解码方法包括以下步骤：

S110、控制器以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线。

永磁同步电机旋转变压器在工作时，其正弦绕组会输出一正弦信号，其余弦绕组会输出一余弦信号，该正弦信号与该余弦信号正交差分，图2是本发明实施例一提供的该正交差分正余弦信号与转子位置的关系示意图，如图2所示，通过获取该正交差分正余弦信号的离散的包络线，再结合反正切函数就可获得转子的位置信息。该永磁同步电机旋转变压器的软解码方法首先通过控制器每隔第一周期获取一次该正交差分正余弦信号的离散的包络线。可以理解的是，第一周期即一个时间间隔，对应一定的频率，示例性的，第一周期对应的频率可以为10Khz。

S120、并对正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度。

在每次获取正交差分正余弦信号的离散的包络线之后，控制器采用四象限反正切函数ATAN2对正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获得的角度即为第一转子角度。

S130、三阶角度观测器根据第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值。

控制器初始采用四象限反正切函数ATAN2对正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获得的角度即为第一个第一转子角度。

通过三阶角度观测器的第一积分器对第一转子角度进行积分运算，计算出角加速度，然后第二积分器根据角加速度计算出角速度，最后经过最后一个积分器计算出第二转子角度。本发明实施例将第一个第一转子角度限定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了积分存在的滞后性问题，使得该软解码***在第一个步长即可得到转子的初始绝对位置，保证了永磁同步电机在启动时磁场定向控制***的稳定性，具有较强的鲁棒性。

S140、控制器根据第二转子角度控制永磁同步电机。

根据三阶角度观测器获得的第二转子角度，控制器可以精确稳定地控制永磁同步电机的运行。

本发明实施例一通过控制器每隔第一周期就获取一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，并对每次获取的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取对应的第一转子角度；三阶角度观测器采用三阶角度观测算法根据第一转子角度计算获得第二转子角度，其中将第一个第一转子角度确定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了现有的软解码算法中忽略积分环节的滞后性问题，实现了获得精确的初始转子位置的问题，在满足ISO26262 ASIL D的安全等级的同时，还提高了电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本发明实施例二还提供了另一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，图3是本发明实施例二提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法的流程图。参考图3所示，该永磁同步电机旋转变压器的软解码方法包括如下步骤：

S210、DSADC(Delta-Sigma Analog Digital Converter)模块以第二周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，第二周期大于第一周期。

DSADC模块可以是模拟数字转换器(Delta-Sigma Analog Digital Converter)。DSADC模块每隔第二周期获取一次正交差分正余弦信号的离散的包络线。可以理解的是，第二周期即一个时间间隔，对应一定的频率，第二周期大于第一周期，示例性的，第二周期对应的频率可以为9.7Khz。

图4是本发明实施例二提供的DSADC模块以第二周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线的流程图。可选的，参考图4所示，S210包括，即DSADC模块以第二周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线可以包括：

S2101、DSADC模块产生正负两路PWM信号，并发送至旋变励磁电路。

DSADC模块中的载波发生单元可以产生正负两路高频的PWM信号，并传输给旋变励磁电路。

S2102、正负两路PWM信号经旋变励磁电路后变为正余弦励磁信号，并发送至旋转变压器。

旋变励磁电路将正负两路PWM信号转换为正弦励磁信号和余弦励磁信号，并传输给旋转变压器。

S2103、正余弦励磁信号经旋转变压器后变为四路正交差分正余弦信号，并发送至旋变返回缓冲电路。

旋转变压器将正弦励磁信号和余弦励磁信号转换为四路正交差分的正余弦信号，并传输至旋变返回缓冲电路。

S2104、四路正交差分正余弦信号经旋变返回缓冲电路进行偏置调整和比例调整后发送至DSADC模块。

旋变返回缓冲电路对四路正交差分正余弦信号进行偏置调整和比例调整，经过DSADC模块的通道传输至DSADC模块的调制单元。

S2105、经过偏置调整和比例调整后的四路正交差分正余弦信号经过DSADC调制、滤波、整形和积分，DSADC模块采集到两路正交差分正余弦信号的离散的包络线。

DSADC模块的调制单元将经过偏置调整和比例调整后的四路正交差分正余弦信号转换为高频、1位的数据流信号后传输至DSADC模块的滤波单元。DSADC模块的滤波单元将该信号转换为低频、多位的数字结果后传输至DSADC模块的整形单元。

可选的，DSADC模块产生正负两路PWM信号的同时，还可以产生同步信号，并将同步信号发送至DSADC模块的整形单元；DSADC模块的整形单元根据同步信号校正四路正交差分正余弦信号。

DSADC模块的整形单元根据同步信号，将滤波单元输出的低频、多位的数字结果进行负半周翻转，即校正该四路正交差分正余弦信号，然后传输至DSADC模块的积分单元。最后DSADC模块的积分单元通过积分获得两路正交差分正余弦信号的离散的包络线。

S220、控制器以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线。

S230、并对正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度。

可选的，S230之前，即在控制器对正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算之前，还可以包括：

S2301、判断正弦信号的平方与余弦信号的平方的和是否在1±δ的范围内，其中，δ为预设常数；若是，执行S230；若否，执行S220。

控制器以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，在进行反正切运算之前，需要先对获得的正交差分正余弦信号进行检验运算，判断该正余弦信号是否正确，具体的，首先对正弦信号和余弦信号做平方和运算，判断正弦信号的平方与余弦信号的平方的和是否等于1，或在1±δ的范围内，δ为一评估误差的预设常数，示例性的，δ的取值可以为0.1、0.01或0.001等；若是，则对该正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算；若否，则返回，重新以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线。

S240、控制器获取第一转子角度的角度补偿量。

DSADC模块在获取正余弦信号的离散的包络线时会存在一定程序的延迟，角度补偿量是对***采样与计算消耗时间进行计算，用以补偿或计算丢失的转子位置，此步骤的硬件基础是Aurix单片机中的GTM TIM模块。

图5是本发明实施例二提供的控制器获取第一转子角度的角度补偿量的流程图。可选的，参考图5所示，S240包括，即控制器获取第一转子角度的角度补偿量可以包括：

S2401、获取第N个第一周期结束的时刻与第N-1个第二周期结束的时刻之间的时间差值。

为更加方便清晰地说明控制器获取第一转子角度的角度补偿量的具体步骤，下面以举例的方式进行解释说明。第二周期大于第一周期，示例性的，第一周期可以为100us，第二周期可以为102us，图6是本发明实施例二提供的第一周期和第二周期的时间轴，如图6所示，在永磁同步电机旋转变压器启动后，DSADC模块以第一周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，控制器以第二周期对前述的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切计算，由于第一周期小于第二周期，因此，在永磁同步电机旋转变压器启动后，采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线的时刻落后于反正切计算的时刻，进而，在反正切计算的时刻，永磁同步电机的转子已经转过一定的角度，需要将该段时间差对应的转子转过的角度进行补偿。在第1个第一周期结束的时刻，控制器要获取第1个正交差分正余弦信号进行运算时，因为第1个第二周期结束的时刻还未结束，所以第1个正交差分正余弦信号还未采集到，所以控制器只有在第2个第一周期结束的时刻，才能获得第1个第二周期结束的时刻时的正余弦信号，如图6所示，获取的第2个第一周期结束的时刻与第1个第二周期结束的时刻之间的时间差值为100-(102-100)＝98us，而且随时间的增加，该差值逐渐减小。

S2402、获取第N-1个第一周期结束的时刻，三阶角度观测器输出的角速度值。

S2403、根据时间差值与角速度值获取第N个第一周期结束的时刻对应的第一转子角度的角度补偿量，其中，时间差值大于或等于零且小于第一周期，N大于或等于3，N为正整数。

需要说明的是，N大于或等于3，由于在第二个第一周期结束的时刻，三阶角度观测器才输出角速度值，因此，在第二个第一周期结束的时刻与第一个第二周期结束的时刻之间，永磁同步电机的转子转过一定的角度无法计算，只有在第三个第一周期结束的时刻，计算出与第二个第二周期结束的时刻之间时间差值，再获取第二个第一周期结束的时刻三阶角度观测器输出的角速度值，两者相乘，获取第三个第一周期，三阶角度观测器的输入角度补偿量。

可以理解的是，随着计算，第N个第一周期与第N-1个第二周期之间的差值越来越小，直到两者差值为零时，即第N个第一周期结束的时刻与第N-1个第二周期结束的时刻为同一时刻，则第N+1个第一周期结束的时刻，第N个第二周期结束的时刻还未到来，由此，第N+1个第一周期结束的时刻无法获取到第N个第二周期结束的时刻采集的离散的包络线，进而，在第N+2个第一周期结束的时刻才可以获取第N个第二周期结束的时刻采集的离散的包络线并进行计算，开启新一轮的循环。

S250、三阶角度观测器根据第一转子角度、角度补偿量以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值。

三阶角度观测器首先将第一转子角度与角度补偿量叠加，得到准确的转子角度，再通过三阶角度观测器的第一积分器对该准确的转子角度进行积分运算，计算出角加速度，然后第二积分器根据角加速度计算出角速度，最后经过最后一个积分器计算出第二转子角度，将第一个第一转子角度限定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了积分存在的滞后性问题，使得该软解码***在第一个步长即可得到转子的初始绝对位置，保证了永磁同步电机在启动时磁场定向控制***的稳定性，具有较强的鲁棒性。

S260、控制器根据第二转子角度控制永磁同步电机。

软解码算法程序包括DSADC初始化函数、DSADC中断函数、模型自动生成的软解码初始化函数和转子角度观测函数，其软件流程如图7a和图7b所示。图7a是本发明实施例二提供的软解码算法程序的一部分软件流程图，图7b是本发明实施例二提供的软解码算法程序的另一部分软件流程图。参考图7a和图7b所示，DSADC初始化函数和软解码初始化函数在主函数中执行，其中，DSADC初始化包括：DSADC初始化开始，载波发生单元配置、旋变返回信号通道配置、调制单元配置、滤波单元配置、整形单元配置、积分单元配置，DSADC初始化结束。DSADC初始化结束后，模型函数初始化，使能总中断(与时间有关的函数开始计时)，主循环(DSADC各个单元开始工作)，旋***解码故障处理(即判断采集的离散的包络线是否合理)，如果采集的离散的包络线是合理的，则返回主循环；如果采集的离散的包络线是不合理的，则结束，进行检查DASDC的各个模块。

如图7b所示，DSADC初始化完成后，载波发生单元输出高频载波和同步信号，调制单元接收旋变返回信号，触发DSADC中断(中断频率为9.7Khz)，DSADC中断开始，获取旋变返回缓冲信号的离散的包络线信息，DSADC中断结束，滤波单元对获取的离散的包络线信息进行滤波、整形单元对滤波后的离散的包络线信息进行整形，积分单元对整形后的离散的包络线信息进行积分，采集到离散的旋变信号的包络线。其中，载波发生单元产生的同步信号输入至整形单元中，对滤波后的离散的包络线信息进行同步校正。

当DSADC模块的调制单元接收到旋变返回信号后触发DSADC中断(9.7Khz)，在DSADC中断中获取正交差分信号的包络线信息；转子角度观测函数在FOC主中断中执行，该中断由PWM触发(10KHz)，在转子角度观测函数中，先读取由DSADC中断中输出的包络线信息，然后通过四象限反正切函数ATAN2得到初始的转子角度信息，经过转子角度补偿得到组合的转子角度参考信息，之后通过三阶角度观测器得到转子角度，最后对观测到的转子角度进行滤波，将滤波后的转子角度传送至FOC函数实现永磁同步电机转子磁场定向控制。

本发明实施例二通过DSADC模块每个第二周期采集一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散包络线；控制器每隔第一周期就获取一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中控制第二周期大于第一周期，并对每次获取的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取对应的第一转子角度；通过获取角度补偿量，结合第一庄子角度和三阶角度观测算法计算获得第二转子角度，其中将第一个第一转子角度确定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了现有的软解码算法中忽略积分环节的滞后性问题，实现了获得精确的初始转子位置的问题，在满足ISO26262 ASIL D的安全等级的同时，还提高了电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

实施例三

在上述实施例的基础上，本发明实施例三还提供了一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***。图8是本发明实施例三提供的一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***的结构示意图，如图8所示，该永磁同步电机旋转变压器的软解码***10包括：

控制器100，控制器100以第一周期获取永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；并对正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度。

具体的，该永磁同步电机旋转变压器的软解码***10中的控制器100每隔第一周期获取一次该正交差分正余弦信号的离散的包络线。可以理解的是，第一周期即一个时间间隔，对应一定的频率，示例性的，第一周期对应的频率可以为10Khz。控制器100在每次获取正交差分正余弦信号的离散的包络线之后，采用四象限反正切函数ATAN2对正余弦信号进行反正切运算，获得的角度即为第一转子角度。

三阶角度观测器200，三阶角度观测器200根据第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中，第一个第一转子角度作为三阶角度观测器200中第三积分器230的初始值。

具体的，该永磁同步电机旋转变压器的软解码***10中的三阶角度观测器200的第一积分器210对第一转子角度进行积分运算，计算出角加速度，然后第二积分器220根据角加速度计算出角速度，最后经过最后一个积分器即第三积分器230计算出第二转子角度，将第一个第一转子角度限定为三阶角度观测器230最后一个积分器即第三积分器230的初始值，解决了积分存在的滞后性问题，使得该软解码系10在第一个步长即可得到转子的初始绝对位置，保证了永磁同步电机在启动时磁场定向控制***的稳定性，具有较强的鲁棒性。

控制器100还用于根据第二转子角度控制永磁同步电机。

在上述实施例的基础上，本发明实施例三还提供了一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***。图9是本发明实施例三提供的另一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***的结构示意图。可选的，如图9所示，该永磁同步电机旋转变压器的软解码***10还可以包括：DSADC模块300，DSADC模块300以第二周期采集永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，第二周期大于第一周期。

DSADC模块300可以包括载波发生单元310、调制单元320、滤波单元330、整形单元340和积分单元350。载波发生单元310可以产生正负两路高频的PWM信号，并传输给旋变励磁电路400。载波发生单元310产生正负两路PWM信号的同时，还可以产生同步信号，并将同步信号发送至整形单元340，整形单元340根据同步信号校正四路正交差分正余弦信号。旋变励磁电路400将正负两路PWM信号转换为正弦励磁信号和余弦励磁信号，并传输给旋转变压器500。旋转变压器500将正弦励磁信号和余弦励磁信号转换为四路正交差分的正余弦信号，并传输至旋变返回缓冲电路600。旋变返回缓冲电路600对四路正交差分正余弦信号进行偏置调整和比例调整，经过DSADC模块300的通道传输至调制单元320。调制单元320将经过偏置调整和比例调整后的四路正交差分正余弦信号转换为高频、1位的数据流信号后传输至滤波单元330。滤波单元330将该信号转换为低频、多位的数字结果后传输至整形单元340。整形单元340根据同步信号，将滤波单元330输出的低频、多位的数字结果进行负半周翻转，即校正该四路正交差分正余弦信号，然后传输至积分单元350。最后积分单元350通过积分获得两路正交差分正余弦信号的离散的包络线。

控制器100还用于获取第一转子角度的角度补偿量。三阶角度观测器200根据第一转子角度、角度补偿量以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为三阶角度观测器最后一个积分器即第三积分器230的初始值。控制器100根据第二转子角度控制永磁同步电机。

本发明实施例三通过DSADC模块每个第二周期采集一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散包络线；控制器每隔第一周期就获取一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中控制第二周期大于第一周期，并对每次获取的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取对应的第一转子角度；通过获取角度补偿量，结合第一庄子角度和三阶角度观测算法计算获得第二转子角度，其中将第一个第一转子角度确定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了现有的软解码算法中忽略积分环节的滞后性问题，实现了获得精确的初始转子位置的问题，在满足ISO26262 ASIL D的安全等级的同时，还提高了电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性；满足汽车厂商对电机转子位置获取所提出的ASIL D需求，并且不再使用额外的旋***件解码芯片，降低了成本。

实施例四

在上述实施例的基础上，本发明实施例四还提供了一种永磁同步电机。图10是本发明实施例四提供的一种永磁同步电机的方框图，如图10所示，该永磁同步电机1包括上述实施例三所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码***10。

本发明实施例四提供的永磁同步电机，通过控制器每隔第一周期就获取一次永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，并对每次获取的正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取对应的第一转子角度；三阶角度观测器采用三阶角度观测算法根据第一转子角度计算获得第二转子角度，其中将第一个第一转子角度确定为三阶角度观测器最后一个积分器的初始值，解决了现有的软解码算法中忽略积分环节的滞后性问题，实现了获得精确的初始转子位置的问题，在满足ISO26262 ASIL D的安全等级的同时，还提高了电机启动时的平顺性，具有更好的动态响应特性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；

并对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度；

三阶角度观测器根据所述第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中第一个第一转子角度作为所述三阶角度观测器最后一个积分器的初始值；

所述控制器根据所述第二转子角度控制所述永磁同步电机。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，在控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线之前，还包括：

DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，所述第二周期大于所述第一周期。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，在控制器获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度之后，还包括：

所述控制器获取所述第一转子角度的角度补偿量；

所述三阶角度观测器根据所述第一转子角度、所述角度补偿量以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，所述控制器获取所述第一转子角度的角度补偿量包括：

获取第N个第一周期结束的时刻与第N-1个第二周期结束的时刻之间的时间差值；

获取第N-1个第一周期结束的时刻，所述三阶角度观测器输出的角速度值；

根据所述时间差值与所述角速度值获取第N个第一周期结束的时刻对应的所述第一转子角度的角度补偿量，其中，所述时间差值大于或等于零且小于所述第一周期，N大于或等于3，N为正整数。

5.根据权利要求1或3所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，在控制器对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算之前，还包括：

判断正弦信号的平方与余弦信号的平方的和是否在1±δ的范围内；

若所述正弦信号的平方与余弦信号的平方的和在1±δ的范围内，则继续对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算的步骤；

若所述正弦信号的平方与余弦信号的平方的和不在1±δ的范围内，则返回以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线的步骤，其中，δ为预设常数。

6.根据权利要求2所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，所述DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线包括：

所述DSADC模块产生正负两路PWM信号，并发送至旋变励磁电路；

所述正负两路PWM信号经所述旋变励磁电路后变为正余弦励磁信号，并发送至旋转变压器；

所述正余弦励磁信号经所述旋转变压器后变为四路正交差分正余弦信号，并发送至旋变返回缓冲电路；

所述四路正交差分正余弦信号经所述旋变返回缓冲电路进行偏置调整和比例调整后发送至所述DSADC模块；

经过偏置调整和比例调整后的四路正交差分正余弦信号经过所述DSADC调制、滤波、整形和积分，所述DSADC模块采集到两路正交差分正余弦信号的离散的包络线。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码方法，其特征在于，

所述DSADC模块产生正负两路PWM信号的同时，还产生同步信号，并将所述同步信号发送至所述DSADC模块的整形单元；

所述DSADC模块的整形单元根据所述同步信号校正所述四路正交差分正余弦信号。

8.一种永磁同步电机旋转变压器的软解码***，其特征在于，包括：

控制器，所述控制器以第一周期获取所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线；并对所述正交差分正余弦信号的离散的包络线进行反正切运算，获取与所述正交差分正余弦信号的离散的包络线对应的第一转子角度；

三阶角度观测器，所述三阶角度观测器根据所述第一转子角度以及三阶角度观测算法计算出第二转子角度，其中，第一个第一转子角度作为所述三阶角度观测器最后一个积分器的初始值；

所述控制器还用于根据所述第二转子角度控制所述永磁同步电机。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码***，其特征在于，还包括：

DSADC模块，所述DSADC模块以第二周期采集所述永磁同步电机旋转变压器的正交差分正余弦信号的离散的包络线，其中，所述第二周期大于所述第一周期。

10.一种永磁同步电机，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的永磁同步电机旋转变压器的软解码***。

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