一種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種磁極位置檢測裝置，特別是一種基于鎖相環的永磁同步電機轉子 磁極位置檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機具有功率密度高、轉子轉動慣量小、電樞電感小、運行效率高W及轉 軸上無滑環和電刷等優點，廣泛應用在中小功率范圍內的高性能運動控制領域，如機器人、 CNC數控機床等應用場合。隨著電力電子技術和電機控制理論的發展，W矢量控制為代表的 高性能永磁同步電機閉環控制方法得到快速發展和廣泛應用，而永磁同步電機控制方法的 好壞，關鍵取決于轉子磁極位置檢測的準確性。
[0003] 現有的永磁同步電機轉子位置檢測裝置分為基于有位置傳感器的轉子位置檢測 裝置和基于無位置傳感器的轉子位置檢測裝置兩大類。基于有位置傳感器的轉子位置檢測 裝置又分為兩種，第一種包括：光電碼盤、差動電路接收器和控制器，第二種包括：旋轉變 壓器、旋變數字轉換器和控制器。運兩種裝置的優點都是檢測精度比較高，缺點都是會大大 增加電機的體積和成本，而且需要增加電纜引出線，降低系統抗干擾能力，影響系統的可靠 性。基于無位置傳感器的轉子位置檢測裝置包括：電壓采集電路、電流采集電路、濾波調理 電路和控制器。運種裝置的優點是擬棄掉機械式傳感器，通過測量電機的電壓、電流等電參 量，并結合電機的參數和數學模型進行一系列復雜的算法來檢測電機轉子的位置，可W降 低電機的體積和成本，缺點是由于電機參數的變化和數學模型的不確定性，導致轉子位置 檢測結果不準確，而且算法比較復雜，實時性差，不易實現。

【發明內容】

[0004] 本發明目的在于提供一種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置，解 決永磁同步電機閉環控制中的轉子磁極位置檢測的問題。
[0005] -種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置，包括：電壓提取與信號 濾波電路、過零點檢測電路、信號隔離電路、信號整形電路、鎖相環電路、DSP控制器和可變 線程選擇電路。電壓提取與信號濾波電路有=個相同的支路，每一個支路均包括：電阻R。、 電阻Rb、電阻R2、電阻Rs、電容Cl、電容C2、電容Cs和運算放大器Ul;過零點檢測電路包括： 電壓比較器U2和電壓比較器U3 ;信號隔離電路包括：光禪UA和光禪UB;信號整形電路包 括：施密特觸發器UC和施密特觸發器UD;鎖相環電路包括：鎖相環忍片A和鎖相環忍片B; 可變線程選擇電路包括：串行計數器A、串行計數器B、數據選擇器A、數據選擇器B、數據選 擇器C、數據選擇器D、反相器A、反相器B、或口A和或口B。
[0006] 電機輸入端子A、電機輸入端子B、電機輸入端子C分別與S個支路的電阻R。的一 端連接。每個支路中：電阻R。的另一端分別與電阻Rb的一端、電容Cl的一端和電阻R2的 一端連接，電阻Rb的另一端和電容C1的另一端分別與中性點N連接，電阻R2的另一端分別 與電容Cz的一端和電阻R3的一端連接，電容C2的另一端和運算放大器Ul的輸出端連接， 電阻Rs的另一端分別與電容C3的一端和運算放大器Ul的正向輸入端連接，電容C3的另一 端與中性點N連接，運算放大器Ul的負向輸入端與運算放大器Ul的輸出端連接。第一支 路的運算放大器Ul輸出端與電壓比較器U2的正向輸入端連接，第二支路的運算放大器Ul 輸出端與電壓比較器U2的負向輸入端連接，第=支路的運算放大器Ul輸出端與電壓比較 器U3的負向輸入端連接，電壓比較器U3的正向輸入端與中性點N連接。
[0007] 電壓比較器U2的輸出端與電阻Ra的一端連接，電阻Ra的另一端與光禪UA的正輸 入端連接，光禪UA的負輸入端與中性點N連接，光禪UA的輸出端與施密特觸發器UC的輸 入端連接，施密特觸發器UC的輸出端分別與鎖相環忍片A的輸入端和DSP控制器的輸入端 連接。電壓比較器U3的輸出端與電阻Rs的一端連接，電阻R5的另一端與光禪UB的正輸入 端連接，光禪UB的負輸入端與中性點N連接，光禪UB的輸出端與施密特觸發器UD的輸入 端連接，施密特觸發器UD的輸出端分別與鎖相環忍片B的輸入端和DSP控制器的輸入端連 接。
[0008] 鎖相環電路的輸出端分別與可變線程電路的輸入端和DSP控制器的輸入端連接， DSP控制器的輸出端與可變線程電路的輸入端連接。鎖相環忍片A的輸出端與串行計數器 A的輸入端連接，串行計數器A的輸出端分別與數據選擇器A的輸入端和數據選擇器B的輸 入端連接，數據選擇器A的輸出端和數據選擇器B的輸出端均與或口A的輸入端連接，或口 A的輸出端與鎖相環忍片A的輸入端連接，DSP控制器的輸出端分別與數據選擇器A的數據 選擇端與數據選擇器B的數據選擇端連接，DSP控制器的輸出端分別與數據選擇器A的片 選信號端和反相器A的輸入端連接，反相器A的輸出端與數據選擇器B的片選信號端連接。
[0009] 鎖相環忍片B的輸出端與串行計數器B的輸入端連接，串行計數器B的輸出端分 別與數據選擇器C的輸入端和數據選擇器D的輸入端連接，數據選擇器C的輸出端和數據 選擇器D的輸出端均與或口B的輸入端連接，或口B的輸出端與鎖相環忍片B的輸入端連 接，DSP控制器的輸出端分別與數據選擇器C的數據選擇端與數據選擇器D的數據選擇端 連接，DSP控制器的輸出端分別與數據選擇器C的片選信號端和反相器B的輸入端連接，反 相器B的輸出端與數據選擇器D的片選信號端連接。
[0010] 永磁同步電機運行時，電壓提取與信號濾波電路將電機的=個相電壓信號 u?、分別在=個支路中進行分壓和濾波，得到=個經過濾波之后的相電壓信號％W、％W、 咕W，過零點檢測電路中的電壓比較器U2將濾波后的相電壓信號W、％渡成過零點方波 信號Hab,電壓比較器U3將濾波后的相電壓信號W變成過零點方波信號H信號隔離電路 中的光禪UA將過零點方波信號Hab變成隔離方波信號Hab'，光禪UB將過零點方波信號H。變 成隔離方波信號H。'，隔離方波信號Hab'與隔離方波信號H。'相互正交。信號整形電路中 的施密特觸發器UC將隔離方波信號Hab'變成虛擬霍爾信號Hab",施密特觸發器UD將隔離 方波信號H。'變成虛擬霍爾信號H。"，虛擬霍爾信號Hab"與虛擬霍爾信號H。"相互正交。 鎖相環電路接收可變線程選擇電路輸出的兩路正交反饋信號Hab"'、H。"'和信號整形電路輸 出的兩路正交虛擬霍爾信號Hab"、He"生成兩路正交虛擬光電碼盤信號：犯IV、犯Pc;DSP控 制器根據預先設定的十進制線程值M，其中，M為2的P次方，且P為正整數，輸出P值對應 的四位二進制開關信號DD3孤2DD1孤0至可變線程選擇電路的輸入端；可變線程選擇電路 根據鎖相環電路輸出的兩路正交虛擬光電碼盤信號：犯Pab、犯Pc和DSP控制器輸出的四位 二進制開關信號孤3孤2孤1孤0生成正交反饋信號信號Hab"'、H。"'，DSP控制器根據正交虛 擬霍爾信號Hab"、&"和正交虛擬光電碼盤信號犯Pab、犯Pt得到轉子磁極位置。
[0011] 本發明無需在電機端安裝專口的轉子位置傳感器，只需從電機端子引入=根線即 可，減少引線數量，降低了系統體積和系統成本，提高了檢測精度和可靠性；采用電壓提取 與信號濾波電路對電壓信號進行提取和濾波，無需電機提供中性點，省掉了電壓傳感器，降 低了電磁干擾；可W通過軟件補償轉子位置的檢測偏差，無需反復拆裝轉子檢測裝置，簡單 靈活，實時性好，易于實現。采用鎖相環電路和可變線程選擇電路，可根據需要，改變正交虛 擬光電碼盤信號犯Pab和犯Pe的頻率，簡單靈活，易于實現。
【附圖說明】
[0012] 圖1 一種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置的結構示意圖； 圖2 -種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置的鎖相環電路和可變線 程選擇電路示意圖。
[0013] 1.電壓提取與信號濾波電路2.過零點檢測電路3.信號隔離電路4.信號整 形電路5.鎖相環電路6.DSP控制器7.可變線程選擇電路8.鎖相環忍片A9.串 行計數器A10.數據選擇器A11.反相器A12.或口A13.數據選擇器B14.鎖相 環忍片B15.串行計數器B16.數據選擇器C17.反相器B18.和或口B19.數據 選擇器D。
【具體實施方式】
[0014] 一種基于鎖相環的永磁同步電機轉子磁極位置檢測裝置，包括：電壓提取與信號 濾波電路1、過零點檢測電路2、信號隔離電路3、信號整形電路4、鎖相環電路5、DSP控制器 6和可變線程選擇電路7。電壓提取與信號濾波電路1有=個相同的支路，每一個支路均包 括：電阻R。