本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域，尤其涉及一種電機控制容錯處理裝置、電機及電動車。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)電機控制均為常規(guī)閉環(huán)控制，外界的干擾和振動等情況都對電機的運行有影響。電機運行狀態(tài)跟隨傳感器信號的變化而變化，電機傳感器信號受到干擾的時候電機運行狀態(tài)也會受到干擾，在正常運轉(zhuǎn)的時候的運行狀態(tài)如果受到干擾而發(fā)生突變，會對使用電機的設(shè)備帶來損傷，對電機本體也會損傷。

因此，有必要提供一種電機控制容錯處理裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是如何提供一種可以有效地防止電機的失控、具有容錯能力的電機控制容錯處理裝置。

本發(fā)明提供一種電機控制容錯處理裝置，包括：電機位置傳感器、解碼電路、電流傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器、計算電路、處理電路；其中，電機位置傳感器采集設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子的位置信號；解碼電路與所述電機位置傳感器電連接，根據(jù)電機位置傳感器采集的位置信號確定設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子位置，其中，所述電機轉(zhuǎn)子的位置包括電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn以及電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1；電流傳感器采集電機的負(fù)載信號并確定電機的當(dāng)前負(fù)載；電機轉(zhuǎn)速傳感器采集電機的轉(zhuǎn)速信號并確定電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速；計算電路與所述解碼電路、電流傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器電連接，判斷電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn是否位于根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定的設(shè)定位置范圍內(nèi)；處理電路與計算電路電連接，如果所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn不屬于所述設(shè)定位置范圍，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的校正位置θn′，以便采用所述電機轉(zhuǎn)子的校正位置θn′對電機進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，處理電路用于如果所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn屬于所述設(shè)定位置范圍，確定電機位置傳感器未發(fā)生突變，根據(jù)所述電機位置傳感器采集的電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn輸出PWM波形以便根據(jù)電機轉(zhuǎn)子位置調(diào)整電流控制電機。

進(jìn)一步地，該裝置還包括設(shè)定位置范圍確定電路，設(shè)定位置范圍確定電路與所述解碼電路、電流傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器電連接，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*；根據(jù)電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*以及設(shè)定閾值范圍Δθ確定設(shè)定位置范圍[θn*-Δθ，θn*+Δθ]，其中，所述設(shè)定閾值范圍Δθ與所述電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速成正相關(guān)關(guān)系。

進(jìn)一步地，所述設(shè)定閾值范圍包括[-10°，10°]或[-5°，5°]。

進(jìn)一步地，計算電路根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*；處理電路判斷所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值是否超過設(shè)定閾值范圍Δθ；如果設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值超過設(shè)定閾值范圍Δθ，采用所述電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*作為校正位置θn′對電機進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述計算電路包括加法電路、乘法電路、除法電路、減法電路；計算電路根據(jù)設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速通過上述電路計算確定校正的電機轉(zhuǎn)子合理位置θn*以及設(shè)定閾值范圍Δθ。

進(jìn)一步地，電機位置傳感器的設(shè)定采樣周期為1-20毫秒。

進(jìn)一步地，所述電機包括2對極電機、4對極的電機、6對極電機；其中，如果電機為4對極的電機，電機轉(zhuǎn)1圈，旋轉(zhuǎn)變壓器的電角度為4個360度的周期，電機的電角度為4個360度的周期，將所述360度的周期設(shè)定對應(yīng)數(shù)字信號為1~4096，解碼電路根據(jù)電機位置傳感器采集的上述電機轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的數(shù)字信號的取值確定電機轉(zhuǎn)子位置。

本發(fā)明還提供一種電機，包括如上所述的電機控制容錯處理裝置。

本發(fā)明還提供一種電動車，包括如上所述的電機。

本發(fā)明提供的電機控制容錯處理裝置、電機以及電動車，可以有效地防止電機的失控，防止信號干擾的時候電機發(fā)生控制故障報警，具有容錯能力，保持控制的連續(xù)性和穩(wěn)定性，對使用電機的設(shè)備和人員不會帶來沖擊，保護(hù)了設(shè)備和人員的安全。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明一個實施例的電機控制容錯處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2示出本發(fā)明一種基于電機控制容錯處理裝置的容錯處理方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實施例。

圖1示出本發(fā)明一個實施例的電機控制容錯處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，該電機控制容錯處理裝置100主要包括：電機位置傳感器101、解碼電路102、電流傳感器103、電機轉(zhuǎn)速傳感器104、計算電路105、處理電路106。

電機位置傳感器101可以采集設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子的位置信號。解碼電路102與所述電機位置傳感器電連接，根據(jù)電機位置傳感器采集的位置信號確定設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子位置，其中，所述電機轉(zhuǎn)子的位置包括當(dāng)前位置θn以及電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1。

電流傳感器103采集電機的負(fù)載信號并確定電機的當(dāng)前負(fù)載，電流傳感器也可以稱之為電機負(fù)載傳感器，主要是用來確定電機的負(fù)載變化情況以及確定各個時刻的電機負(fù)載值。

電機轉(zhuǎn)速傳感器104采集電機的轉(zhuǎn)速信號并確定電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速還可以為電機的角速度，通過角速度確定電機單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)。

計算電路105與所述解碼電路102、電流傳感器103、電機轉(zhuǎn)速傳感器104電連接，判斷電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn是否位于根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定的設(shè)定位置范圍內(nèi)；處理電路106與計算電路105電連接，如果所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn不屬于所述設(shè)定位置范圍，則可以確定電機位置傳感器發(fā)生突變，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的校正位置θn′，以便采用所述電機轉(zhuǎn)子的校正位置θn′對電機進(jìn)行控制。

具體地，可以根據(jù)電機當(dāng)前負(fù)載、轉(zhuǎn)速計算以及上一次的電機轉(zhuǎn)子位置計算電機轉(zhuǎn)子校正位置θn′，根據(jù)該校正位置θn′結(jié)算控制電流進(jìn)行控制。

本發(fā)明提供的電機控制容錯處理裝置，可以有效地防止電機的失控，保持控制的連續(xù)性和穩(wěn)定性，對使用電機的設(shè)備和人員不會帶來沖擊，保護(hù)了設(shè)備和人員的安全。

在一個實施例中，處理電路106用于如果所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn屬于所述設(shè)定位置范圍，確定電機位置傳感器未發(fā)生突變，根據(jù)所述電機位置傳感器采集的電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn輸出PWM波形以便根據(jù)轉(zhuǎn)子位置調(diào)整電流控制電機。

在一個實施例中，該裝置還可以包括設(shè)定位置范圍確定電路107，設(shè)定位置范圍確定電路107與所述解碼電路102、電流傳感器103、電機轉(zhuǎn)速傳感器104電連接，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*；根據(jù)電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*以及設(shè)定閾值范圍Δθ確定設(shè)定位置范圍[θn*-Δθ，θn*+Δθ]。

在一個實施例中，所述設(shè)定閾值范圍Δθ與所述電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速成正相關(guān)關(guān)系，例如，Δθ=k*V，其中轉(zhuǎn)速表示電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。在確定該設(shè)定閾值范圍時可以不必考慮負(fù)載的影響，因為本申請采用的是毫秒級別的采集時間，在如此短的時間內(nèi)，電機轉(zhuǎn)子位置一般不會發(fā)生突變，因此可以忽略由于負(fù)載變化引起的影響。同時可以該設(shè)定閾值范圍最大范圍可以為[-10°，10°]、[-5°，5°]或[-10°，20°]，具體地閾值最大范圍可以根據(jù)實際情況確定。

在一個實施例中，計算電路105根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*；處理電路106判斷所述設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值是否超過設(shè)定閾值范圍Δθ；如果設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值超過設(shè)定閾值范圍Δθ，采用所述電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*作為校正位置θn′對電機進(jìn)行控制。

在一個實施例中，設(shè)定采樣周期為1-20毫秒。具體的設(shè)定采樣周期可以為5毫秒、10毫秒、15毫秒。本發(fā)明中的電機可以為2對極電機、4對極的電機、6對極電機；如果電機為4對極的電機，電機轉(zhuǎn)1圈，旋轉(zhuǎn)變壓器的電角度為4個360度的周期，電機電角度就是4個360度的周期，將360度的周期設(shè)定對應(yīng)數(shù)字信號為1~4096，解碼電路102模塊根據(jù)電機位置傳感器101采集的數(shù)字信號的取值確定電機轉(zhuǎn)子位置。

舉例而言，如果上一次電機轉(zhuǎn)子的位置信號是50度，電機轉(zhuǎn)速1000rpm，負(fù)載時200Nm，因為采樣周期是毫秒級別，所以一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)速不會突變，本次的位置信號基本可以是按照上一次轉(zhuǎn)速推算出來的，推算出來的應(yīng)該是一個數(shù)字范圍。例如，可以推算當(dāng)前電機轉(zhuǎn)子的位置信號的預(yù)估的合理范圍可以是[45度，55度]，如果電機位置傳感器101采集的數(shù)字信號不屬于該[45度，55度]的范圍，則確定電機發(fā)生突變。

采用另一種計算電路，通過精確計算可以先確定電機的合理位置是48度，可以判斷電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置與48度的差值是否超過[-5度,5度]的設(shè)定閾值范圍，如果超過該設(shè)定閾值范圍，則確定電機發(fā)生突變，采用該精確計算得到的電機轉(zhuǎn)子的合理位置作為校正位置對電機進(jìn)行控制。

在一個實施例中，如果設(shè)置電機位置傳感器101的設(shè)定采樣周期可以是10毫秒，此時如果電機為4對極的電機，在10000rpm轉(zhuǎn)速的電機轉(zhuǎn)速變化率在1轉(zhuǎn)/毫秒。

在一個實施例中，所述計算電路105包括加法電路、乘法電路、除法電路或減法電路；具體地可以通過PLC電路實現(xiàn)上述計算電路。在得到設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速后，根據(jù)計算電路中的上述計算電路計算確定校正的電機轉(zhuǎn)子合理位置θn*以及設(shè)定閾值范圍Δθ。

舉例而言，θn*=θn-1+k（轉(zhuǎn)速*Δt +負(fù)載*（Δt）^2 /m）、Δθ=k’*轉(zhuǎn)速, Δt表示電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1的時間到當(dāng)前時間的過經(jīng)歷的時間，m代表電機專利的有效質(zhì)量，通過計算電路中的加法電路、乘法電路、除法電路即可實現(xiàn)上述計算過程，其中+代表加法電路的運算，*代表乘法電路運算，/代表除法電路的運算。

具體地，處理電路106還可以包括比較電路以及減法電路，電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*做減法運算確定差值Δθ，并通過比較電路判斷該Δθ是否屬于[-k’*轉(zhuǎn)速,+k’*轉(zhuǎn)速]的閾值范圍，如果Δθ屬于該閾值范圍。則確定該電機位置傳感器的采樣信號未發(fā)生突變；如果Δθ不屬于[-k’*轉(zhuǎn)速,+k’*轉(zhuǎn)速]，則確定該電機位置傳感器的采樣信號發(fā)生突變。處理電路可以使用計算得到的電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn′輸出控制信號進(jìn)行電機控制。

在一個實施例中，可以規(guī)定Δθ的閾值范圍為[-10°,10°]，如果Δθ是否屬于[-10°,10°]，則確定該電機位置傳感器的采樣信號未發(fā)生突變，處理電路根據(jù)該電機位置傳感器的采樣信號控制電機，如果Δθ不屬于[-10°,10°]，則確定該電機位置傳感器的采樣信號發(fā)生突變。

在一個實施例中，在采樣周期T1 內(nèi)對電機轉(zhuǎn)子的位置加以檢測，得到轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置角度θ1，通過當(dāng)前電機的負(fù)載和轉(zhuǎn)速的計算再加上系統(tǒng)采集到的位置信號與上次得到的轉(zhuǎn)子位置θ0相比較，當(dāng)產(chǎn)生突變時，則舍棄本次采集的位置信號，轉(zhuǎn)而使用出錯時的容錯處理策略，以上次得到的轉(zhuǎn)子位置θ0為基礎(chǔ)，并核對當(dāng)前的負(fù)載及轉(zhuǎn)速情況，得出校正的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角度θ1′，最后采用校正值θ1′對電動機進(jìn)行控制。

在電機運行的過程中，當(dāng)檢測位置信號的旋轉(zhuǎn)變壓器等傳感器在外界的電磁、震動等干擾的情況下對電機轉(zhuǎn)子位置檢測出現(xiàn)錯誤時，或者是其他相關(guān)的硬件部分或傳輸線路出現(xiàn)故障時，通過本發(fā)明的具有容錯處理功能的控制裝置，能有效地防止電機的失控，保持控制的連續(xù)性和穩(wěn)定性；對使用電機的設(shè)備和人員不會帶來沖擊，保護(hù)了設(shè)備和人員的安全。

本發(fā)明提供的電機控制容錯處理裝置是一種自我修復(fù)調(diào)節(jié)的功能裝置，防止信號干擾的時候電機發(fā)生控制故障報警，具有容錯能力，也就是說在幾個采樣周期內(nèi)，如果電機位置信號丟失或突變，是可以正常工作的，但是，如果連續(xù)長時間丟失信號就會觸發(fā)故障，車輛要報警并停車。

圖2示出本發(fā)明一種基于電機控制容錯處理裝置的容錯處理方法的流程示意圖，如圖2所示，該過程包括：

步驟201，電機位置傳感器對電機轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行采集。

步驟202，解碼單元計算出電機轉(zhuǎn)子位置。

其中，所述電機轉(zhuǎn)子的位置包括當(dāng)前位置θn以及電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1。

步驟203，電機控制器根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上次的位置、電機的當(dāng)前負(fù)載及轉(zhuǎn)速判斷轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置是否在設(shè)定合理的范圍內(nèi)。

具體地，如果電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn位于該設(shè)定的合理的范圍內(nèi)，則確定電機位置傳感器未發(fā)生突變，執(zhí)行步驟204，如果電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn不位于該設(shè)定的合理的范圍內(nèi)，則確定電機位置傳感器發(fā)生突變，執(zhí)行步驟205。

具體地，還可以是判斷電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值是否超過設(shè)定閾值范圍；如果設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值超過設(shè)定閾值范圍Δθ，則確定電機位置傳感器發(fā)生突變，則執(zhí)行步驟204，需要對電機位置傳感器的信號進(jìn)行調(diào)整；否則如果設(shè)定采樣周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置θn與電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*的差值不超過設(shè)定閾值范圍Δθ，則確定電機位置傳感器未發(fā)生突變，則執(zhí)行步驟205。

步驟204，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上次的位置、電機的當(dāng)前負(fù)載及轉(zhuǎn)速確定電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前的校正位置，計算出調(diào)整電流進(jìn)行調(diào)整。

因為，即使位置傳感器信號發(fā)生突變，也可以根據(jù)當(dāng)前電流和轉(zhuǎn)速的變化可以推算出下一個周期的電機位置應(yīng)該在一個合理范圍內(nèi)。例如可以采用根據(jù)電機轉(zhuǎn)子上一次位置θn-1、電機的當(dāng)前負(fù)載、電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速確定的電機轉(zhuǎn)子的合理位置θn*作為校正位置θn′對電機進(jìn)行控制。具體地，也可以根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)載、以及上一次的轉(zhuǎn)子位置重新計算確定校正后電機轉(zhuǎn)子位置。

如果電機系統(tǒng)電流、轉(zhuǎn)速、位置信號采樣周期基本為10ms，所以根據(jù)上一次電流采樣結(jié)果及整車的轉(zhuǎn)矩需求推算出下一個周期工作電流的大小，例如，電流最大變化率是2A/ms。

步驟205，根據(jù)電機轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行調(diào)整電流進(jìn)行控制。

具體地，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置及當(dāng)前轉(zhuǎn)矩需求，來推算出交軸和至直軸的電流及功率角，也是目前比較熱門的最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，就是用最小的電流輸出同樣的轉(zhuǎn)矩。

步驟206，輸出正確的PWM波形。

本發(fā)明提供的基于電機控制容錯處理裝置的容錯處理策略，能有效地防止電機的失控，保持控制的連續(xù)性和穩(wěn)定性，對使用電機的設(shè)備和人員不會帶來沖擊，保護(hù)了設(shè)備和人員的安全。

本發(fā)明還可以提供一種電機，該電機可以包括如上述的電機控制容錯處理裝置。

本發(fā)明還提供一種電動車，該電動車安裝有電機，其中該電機通過如上所述的電機控制容錯處理裝置實現(xiàn)電機控制。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。