專利名稱：一種永磁同步電機速度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機轉(zhuǎn)速檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步電機速度檢測方法。
背景技術(shù)：
在永磁同步電機控制系統(tǒng)中，一般需要在轉(zhuǎn)軸上安裝機械傳感器來測量電機的轉(zhuǎn)速，但機械傳感器的引入會加大電機體積、增加系統(tǒng)成本以及降低系統(tǒng)的適用范圍。因此無傳感器控制技術(shù)在永磁同步電機控制系統(tǒng)中應(yīng)用具有重要意義。目前無傳感器控制策略主要是通過測量電機定子電壓和電流，并通過特定的算法 估算轉(zhuǎn)速，主要有直接計算法、觀測器法、高頻信號注入法、反電動勢法以及人工智能法等。直接計算法對電機參數(shù)變化較敏感，抗干擾能力較差；觀測器法計算量大，導致系統(tǒng)開銷增大；高頻信號注入法依賴于電機凸極效應(yīng)，適用性不強；人工智能法實現(xiàn)復雜，在工業(yè)應(yīng)用上還有一定距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機速度檢測方法，解決現(xiàn)有基于反電動勢法的轉(zhuǎn)速檢測方法實時性不高、容易產(chǎn)生錯誤檢測值以及在較低速時無法精準檢測轉(zhuǎn)速的問題，保證了無速度傳感器矢量控制策略正確實施。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種永磁同步電機速度檢測方法，其特征在于，具體步驟如下步驟I、首先在連接電機的三相線上通過電阻分壓得到一定電壓幅值的三相定子電壓信號U1、VI、W1，并由此三路信號分別經(jīng)過電壓跟隨器構(gòu)造相應(yīng)的隔離電壓信號U2、V2.W2 ；步驟2、由隔離電壓信號U2、V2、W2兩兩比較后得到三路線電壓信號VW、UV、UW ；步驟3、三路線電壓信號VW、UV、Uff經(jīng)過濾波后分別與零點電位相比較，得到三路相位角互相相差120°且包含當前運行頻率信息的電壓信號UA、UB、UC ；步驟4、將電壓信號UA、UB、UC任意兩路異或后再與第三路異或，得到3倍頻電壓信號UT 步驟5、此3倍頻電壓信號UT輸入DSP捕獲通道，通過檢測相鄰兩兩脈沖沿相隔計數(shù)值，得到兩脈沖沿間隔時間，計算6倍頻信號頻率fk，計算6倍頻信號頻率fk的六分之一
為電機運行頻率f；，繼而由公式^H十算電機的轉(zhuǎn)速，其中，P為電機的極對數(shù)。本發(fā)明永磁同步電機速度檢測方法的有益效果是無需安裝速度傳感器即可實現(xiàn)速度精確檢測，并且適用于較低轉(zhuǎn)速，可廣泛應(yīng)用于永磁同步電機控制系統(tǒng)。


圖I是實現(xiàn)本發(fā)明的檢測裝置中的電壓信號采樣電路圖2是實現(xiàn)本發(fā)明的檢測裝置中的電壓隔離電路圖；圖3是實現(xiàn)本發(fā)明的檢測裝置中的3倍頻電壓信號UT產(chǎn)生電路圖；圖4是圖3的局部放大圖之一；圖5是圖3的局部放大圖之二 ；圖6是圖3的局部放大圖之三；圖7是本發(fā)明中各電壓信號的倍頻關(guān)系示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種永磁同步電機速度檢測方法，具體步驟如下 步驟I、首先在連接電機的三相線上通過電阻分壓得到一定電壓幅值的三相定子電壓信號U1、VI、W1，并由此三路信號分別經(jīng)過電壓跟隨器構(gòu)造相應(yīng)的隔離電壓信號U2、V2、W2。步驟2、由隔離電壓信號U2、V2、W2兩兩比較后得到三路線電壓信號VW、UV、UW。步驟3、三路線電壓信號VW、UV、Uff經(jīng)過濾波后分別與零點電位相比較，得到三路相位角互相相差120°且包含當前運行頻率信息的電壓信號UA、UB、UC。步驟4、將電壓信號UA、UB、UC任意兩路異或后再與第三路異或，得到3倍頻電壓信號UT。步驟5、此3倍頻電壓信號UT輸入DSP捕獲通道，通過檢測相鄰兩兩脈沖沿相隔計數(shù)值，得到兩脈沖沿間隔時間，計算6倍頻信號頻率fk，計算6倍頻信號頻率fk的六分之一
為電機運行頻率fm，繼而由公式十算電機的轉(zhuǎn)速，其中，P為電機的極對數(shù)。用于實現(xiàn)上述永磁同步電機速度檢測方法的檢測裝置，包括用于得到三相定子電壓信號U1、V1、W1的電壓信號采樣電路，用于得到隔離電壓信號U2、V2、W2的電壓隔離電路，以及3倍頻電壓信號UT產(chǎn)生電路。如圖I所示，電壓信號采樣電路為電機三相定子電壓U信號經(jīng)第一功率電阻RU和第一電阻Rl分壓后得到電壓信號U1，第一電阻Rl的另一端接地，電壓信號Ul上并聯(lián)連接第五二極管D5陽極和第六二極管D6陰極，第五二極管D5陰極接+15V電壓，所述第六二極管D6陽極接-15V電壓。電機三相定子電壓V信號經(jīng)第二功率電阻RV和第二電阻R2分壓后得到電壓信號VI，第二電阻R2的另一端接地，電壓信號Vl上并聯(lián)連接第三二極管D3陽極和第四二極管D4陰極，第三二極管D3陰極接+15V電壓，第四二極管D4陽極接-15V電壓。電機三相定子電壓W信號經(jīng)第三功率電阻RW和第三電阻R3分壓后得到電壓信號W1，第三電阻R3的另一端接地，電壓信號Wl上并聯(lián)連接第一二極管Dl陽極和第二二極管D2陰極，第一二極管Dl陰極接+15V電壓，第二二極管D2陽極接-15V電壓。如圖2所示，電壓隔離電路包括電壓信號Ul接入第三運算放大器U3A的同相輸入端，第三運算放大器U3A的輸出端連接其反相輸入端，并輸出隔離電壓信號U2，第三運算放大器U3A的工作電壓輸入端連接+5V電壓且接地端接地。電壓信號Vl接入第二運算放大器U2A的同相輸入端，第二運算放大器U2A的輸出端連接其反相輸入端，并輸出隔離電壓信號V2，第二運算放大器U2A的工作電壓輸入端連接+5V電壓且接地端接地。電壓信號Wl接入第一運算放大器UlA的同相輸入端，第一運算放大器UlA的輸出端連接其反相輸入端，并輸出隔離電壓信號W2，第一運算放大器UlA的工作電壓輸入端連接+5V電壓且接地端接地。如圖3所示，3倍頻電壓信號UT產(chǎn)生電路包括三路相同的分支，首先由隔離電壓信號U2、V2、W2兩兩比較后，得到三路線電壓信號VW、UV、UW。三路線電壓信號VW、UV、Uff經(jīng)過濾波后分別與零點電位相比較，得到三路相位角互相相差120°且包含當前運行頻率信息的電壓信號UA、UB、UC。將電壓信號UA、UB、UC任意兩路異或后再與第三路異或，得到3倍頻電壓信號UT。結(jié)合圖4和圖5所示，以電壓信號UA的產(chǎn)生為例說明。隔離電壓信號W2連接第四運算放大器UlB的同相輸入端，隔離電壓信號V2連接第四運算放大器UlB的反相輸入端， 第四運算放大器UlB的反相輸入端和輸出端之間連接第四電阻R4，第四運算放大器UlB的輸出端輸出三路線電壓信號VW ;第五電阻R5的一端連接第四運算放大器UlB輸出端,第五電阻R5的另一端與第一電容Cl、第七二極管D7陰極、第八二極管D8陽極以及第六電阻R6的一端相連，第七二極管D7陽極和第一電容Cl的另一端接地，第八二極管D8陰極連接+5V電壓，第六電阻R6的另一端連接第九二極管D9陰極、第十二極管DlO陽極、第二電容C2的一端和第五運算放大器U4A的反相輸入端；第五運算放大器U4A的同相輸入端連接第九二極管D9陽極、第十二極管DlO陰極、第二電容C2的另一端、第七電阻R7的一端以及第八電阻R8的一端，第七電阻R7的另一端接地，第八電阻R8的另一端接第五運算放大器U4A的輸出端，第五運算放大器U4A的工作電壓輸入端連接+5V電壓且接地端接地，第五運算放大器U4A的輸出端連接第九電阻R9和第十電阻RlO的一端，第九電阻R9的另一端接+5V電壓，第十電阻RlO的另一端接第三電容C3和第一緩沖器芯片U6A的輸入端，第三電容C3的另一端接地，第一緩沖器芯片U6A選用74HC07芯片，第一緩沖器芯片U6A的工作電壓輸入端連接+5V電壓且接地端接地，第一緩沖器芯片U6A的輸出端輸出電壓信號UA，電壓信號UA與第^ 電阻Rll的一端相連，第^ 電阻Rll的另一端接+5V電壓。如圖6所示，電壓信號UA、UB分別接入第一異或芯片U7A的兩個輸入端進行異或，其輸出信號UAB接第二異或芯片U7B的輸入端，與接入第二異或芯片U7B的另一個輸入端的電壓信號UC再進行異或操作，第二異或芯片U7B的輸出端信號UT為3倍頻電壓信號輸入到DSP捕獲通道。如圖7所示，3倍頻電壓信號UT的頻率是電壓信號UA、UB、UC頻率的3倍。本發(fā)明步驟5的實現(xiàn)是通過軟件系統(tǒng)得到的，具體實現(xiàn)過程為首先配置DSP相關(guān)寄存器，需要配置定時器和捕獲單元。對于定時器，使能定時器計數(shù)操作，計數(shù)模式為連續(xù)遞增計數(shù)，并配置周期值為FFFHL對于捕獲單元，使能捕獲單元1，并配置捕獲單元I檢測上升和下降沿，清捕獲單元FIFO堆棧，清捕獲FIFO狀態(tài)寄存器。首先判斷定時器是否發(fā)生上溢中斷，若發(fā)生中斷，則清上溢中斷標志，并置上溢標志，上溢計數(shù)值累加，若未發(fā)生中斷，則清上溢標志。其次，讀取當前捕獲值，程序中采用查詢方式，即2ms查詢一次捕獲狀態(tài)寄存器。若讀到捕獲值，則求取當前捕獲值與上次捕獲值的差值，若在兩次捕獲值之間發(fā)生上溢，則應(yīng)將上溢計數(shù)值與周期值(FFFFH)的乘積與兩次捕獲值之差作和，結(jié)果作為時間間隔計數(shù)，如下式時間間隔計數(shù)=當前捕獲值-上次捕獲值+上溢計數(shù)值*FFFHL由時間間隔計數(shù)即可計算當前電機運行頻率。捕獲單元時鐘為DSP時鐘與捕獲單元分頻的乘積。捕獲單元時鐘的倒數(shù)為計數(shù)周期，計數(shù)周期與時間間隔計數(shù)的乘積為計數(shù)時間，對計數(shù)時間求倒數(shù)即為當前6倍頻信號頻率fk，將此6倍頻信號頻率fk數(shù)值除以6即為電機運行頻率fm。測速值計算公式為電機運行頻率=捕獲單元時鐘/(時間間隔計數(shù)*6)。其中，電機運行頻率的單位為Hz。電機運行轉(zhuǎn)速=60*電機運行頻率/P·其中，電機運行轉(zhuǎn)速的單位為r/min，P為電機的極對數(shù)。本發(fā)明方法通過軟件和硬件相結(jié)合的方法實現(xiàn)永磁同步電機速度檢測。通過硬件電路得到3倍頻電壓信號UT，軟件處理得到電機運行轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)6倍頻信號可以滿足永磁同步電機控制系統(tǒng)對速度實時性的要求以及對不同轉(zhuǎn)速范圍的要求，具有廣泛的適用性。
權(quán)利要求
1.一種永磁同步電機速度檢測方法，其特征在于，具體步驟如下步驟I、首先在連接電機的三相線上通過電阻分壓得到一定電壓幅值的三相定子電壓信號U1、V1、W1，并由此三路信號分別經(jīng)過電壓跟隨器構(gòu)造相應(yīng)的隔離電壓信號U2、V2、W2 ；步驟2、由隔離電壓信號U2、V2、W2兩兩比較后得到三路線電壓信號VW、UV、Uff ； 步驟3、三路線電壓信號VW、UV、Uff經(jīng)過濾波后分別與零點電位相比較，得到三路相位角互相相差120°且包含當前運行頻率信息的電壓信號UA、UB、UC ； 步驟4、將電壓信號UA、UB、UC任意兩路異或后再與第三路異或，得到3倍頻電壓信號UT 步驟5、此3倍頻電壓信號UT輸入DSP捕獲通道，通過檢測相鄰兩兩脈沖沿相隔計數(shù)值，得到兩脈沖沿間隔時間，計算6倍頻信號頻率fk，計算6倍頻信號頻率fk的六分之一為電機運行頻率fm，繼而由公式十算電機的轉(zhuǎn)速，其中，P為電機的極對數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁同步電機速度檢測方法，首先在連接電機的三相線上通過電阻分壓得到一定電壓幅值的三相定子電壓信號U1、V1、W1，構(gòu)造相應(yīng)的隔離電壓信號U2、V2、W2；再兩兩比較后得到三路線電壓信號VW、UV、UW；得到三路相位角互相相差120°且包含當前運行頻率信息的電壓信號UA、UB、UC；將電壓信號UA、UB、UC任意兩路異或后再與第三路異或，得到3倍頻電壓信號UT此3倍頻電壓信號UT輸入DSP捕獲通道，通過檢測相鄰兩兩脈沖沿相隔計數(shù)值，得到兩脈沖沿間隔時間，最終計算電機的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明解決現(xiàn)有基于反電動勢法的轉(zhuǎn)速檢測方法實時性不高、容易產(chǎn)生錯誤檢測值以及在較低速時無法精準檢測轉(zhuǎn)速的問題。
文檔編號G01P3/481GK102778580SQ20121025539
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者劉靜, 尹忠剛, 張瑞峰, 曹鈺, 鐘彥儒 申請人:西安理工大學