利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法与流程

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法。

背景技术：

旋转变压器是一种稳定而且高效的电磁式传感器，能够测量旋转物体的转轴角位移和角速度。它由定子和转子组成，其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压；而转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压，对感应电压解码后就可以获取转速与位置信息。旋转变压器具有结构简单、坚固耐用、维护方便、非接触式结构、定子和转子分开安装、抗干扰能力强、输出绝对位置和高速性能好的优点，已经广泛应用于永磁电机三相六状态方波控制和高性能矢量控制等需要检测转子位置的控制过程中。

按照极对数的多少，旋转变压器可以分为单对极和多对极两种。旋转变压器转子安装在电机轴上，与电机转子同步旋转，从功能上看：当电机转子(旋转变压器转子)转到不同的空间位置时，经过解码处理后，旋转变压器会输出一个对应的位置值，这是实现永磁电机控制的基础。工程上，经常使用多对极旋转变压器提高电机转子位置测量的精度，但是一般要求被测电机的极对数p是旋转变压器极对数m的整数倍，即x＝p/m，x＝1,2,3,4……。当x是整数时，电机控制所需要的位置与旋转变压器输出关系明确，即控制电机所需要的位置与旋转变压器解码后的位置输出值是一一对应的；但是当x不是整数时，每一个旋转变压器解码后的位置输出值会对应多个不同的电机转子位置，无法直接根据解码后的位置值控制电机，这种情况被称为电机极对数与旋转变压器极对数不匹配。目前，很多工程师认为当x不是整数时，利用旋转变压器检测电机转子位置实现电机的准确控制是不可能的，旋转变压器选型因此受到了限制。

事实上，当永磁电机极对数不是旋转变压器极对数整数倍，但当x大于1时，可以通过对旋转变压器解码后的位置输出值进行处理以得到控制电机所需的控制位置。但是，永磁电机三相六状态方波控制利用绝对位置值实现换相，而矢量控制利用相对位置进行坐标变化实现电压矢量的选取。所以，当x不是整数时，针对不同的控制方式，选择合理的处理方法确定电机的控制位置是十分必要的。

技术实现要素：

由于永磁电机极对数与旋转变压器极对数不匹配会造成永磁电机控制位置获取困难且没有合理的解决办法，针对这一问题，本发明提出一种利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法，分别可以获得电机三相六状态方波控制和矢量控制需要的控制位置。

一种利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：确定旋转变压器输出位置分区：通过控制器按A₊B_-、A₊C_-、B₊C_-、B₊A_-、C₊A_-、C₊B_-的导通顺序依次发送6p个两相定位信号，并顺序记录旋转变压器解码后得到的6p个输出位置值，分别以6p个输出位置值中最小的m个输出位置值P_i为起点进行位置分区，其中分区i由P_i及其后相邻的个输出位置值构成；

其中，p为电机极对数，A₊B_-表示直流母线电压正极接A相绕组、负极接B相绕组，A₊C_-表示直流母线电压正极接A相绕组、负极接C相绕组，B₊C_-表示直流母线电压正极接B相绕组、负极接C相绕组，B₊A_-表示直流母线电压正极接B相绕组、负极接A相绕组，C₊A_-表示直流母线电压正极接C相绕组、负极接A相绕组，C₊B_-表示直流母线电压正极接C相绕组、负极接B相绕组，i＝1,2,…,m，m为旋转变压器极对数；

步骤2：电机运行前进行预定位：电机运行前，通过控制器发送A₊B_-的两相定位信号，记录旋转变压器解码后得到的输出位置值P_pre，P_pre与步骤1中发送A₊B_-定位信号时记录的旋转变压器解码后得到的p个输出位置值之中的一个相等，其所在位置分区也相同，若其位置分区为y，则对于三相六状态方波控制，令方波控制位置分区计数初始值f_c0＝y，完成预定位；对于矢量控制，在位置分区y内找到发送A₊C_-定位信号时记录的旋转变压器解码后得到的输出位置值P^*，根据计算出a相轴线方向的位置值P_a，即矢量控制所需的零位，并令矢量控制区域计数初始值为v_c0＝0，完成预定位；

步骤3：确定电机控制位置：电机运行时，实时检测旋转变压器输出位置值P_mt，对于三相六状态方波控制，如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|≤0.8*P_max，则方波控制位置分区计数值f_c等于前一时刻区域计数值，分区f_c中输出位置值等于P_mt对应的换相位置即为电机方波控制所需的控制位置；如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|>0.8*P_max，则令方波控制位置分区计数值f_c加1，记为z，则分区z中输出位置值等于P_mt对应的换相位置即为电机方波控制所需的控制位置；当方波控制位置分区计数值f_c>m时，令f_c为1；

对于矢量控制，如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|≤0.8*P_max，则矢量控制区域计数值v_c等于前一时刻区域计数值，此时如果v_c＝0且P_mt<P_a，则电机矢量控制所需的控制位置由计算得到，否则，电机矢量控制所需的控制位置由计算得到；如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|>0.8*P_max，则令矢量控制位置分区计数值v_c加1，此时如果v_c＝0且P_mt<P_a，则电机矢量控制所需的控制位置由计算得到，否则，电机矢量控制所需的控制位置由计算得到；当矢量控制位置分区计数值v_c＝m时，令v_c为0；

其中，y∈[1,m]，z∈[1,m+1]，P_max是旋转变压器输出位置值的最大值。

本发明的有益效果是：通过对旋转变压器解码后的位置输出进行分区、电机预定位和控制位置计算等处理过程，得到了控制电机所需的控制位置，解决了永磁电机极对数与旋转变压器极对数不匹配造成的控制位置获取困难的问题。利用本发明方法可以实现对极对数不匹配的，且永磁电机极对数大于旋转变压器极对数的永磁电机进行准确的三相六状态方波控制或矢量控制，突破了旋转变压器选型时的局限。

附图说明

图1是本发明的利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

永磁电机系统中使用旋转变压器的目的是实时检测电机的转子位置，为三相六状态方波控制和矢量控制等提供控制位置，以实现对永磁电机地准确控制。工程中，一般要求选用的旋转变压器极对数m与永磁电机极对数p匹配，p是m的整数倍，即x＝p/m，x＝1,2,3,4……，换句话说，如果永磁电机极对数p是1，那么旋转变压器极对数m只能是1。旋转变压器的角度测量精度与极对数直接相关，极对数越多，精度越高，为满足控制需求，有时候需要选择极对数更多的旋转变压器，然而，目前还缺乏合适的位置处理方法来满足x不是整数时的需求，导致很多工程师产生了一种错误想法：当x不是整数时，旋转变压器检测到的位置无法用于电机控制过程中。事实上，只要对旋转变压器检测到的位置进行一定的处理就可以获得电机控制所需要的准确控制位置，本发明提出了一种利用旋转变压器输出位置确定永磁电机控制位置的方法，如图1所示。本实施例所采用的永磁电机和旋转变压器极对数分别为p＝3和m＝2，旋转变压器位置解码后是0～P_max＝65535之间的值，具体方法如下：

第一步：旋转变压器输出位置分区

永磁电机两相绕组通电后会产生感应磁场，该磁场与转子永磁体磁场相互作用，会让转子定位到一个固定的位置，当通过控制器按A₊B_-，A₊C_-，B₊C_-，B₊A_-，C₊A_-，C₊B_-，A₊B_-，……的导通顺序依次发送6p＝18个两相定位信号时，永磁电机转子会逆时针连续转过360°机械角度，同时输出18个位置值，这些位置值就是三相六状态方波控制时用到的换相位置，顺序记录下这18个输出位置值P_1(A+B-)＝6444，P_1(A+C-)＝13304，P_1(B+C-)＝19944，P_1(B+A-)＝27640，P_1(C+A-)＝35016，P_1(C+B-)＝42100，P_2(A+B-)＝50072，P_2(A+C-)＝57296，P_2(B+C-)＝64300，P_2(B+A-)＝6528，P_2(C+A-)＝13288，P_2(C+B-)＝20048，P_3(A+B-)＝27576，P_3(A+C-)＝34880，P_3(B+C-)＝41996，P_3(B+A-)＝50996，P_3(C+A-)＝57300，P_3(C+B-)＝64276；

由以上确定的18个输出位置值可以确定m＝2个分区：从这些输出位置值中找到最小的2个值，分别为P₁＝P_1(A+B-)＝6444，P₂＝P_2(B+A-)＝6528，将以P₁为起点且与之向后相邻的共个点即P_1(A+B-)、P_1(A+C-)、P_1(B+C-)、P_1(B+A-)、P_1(C+A-)、P_1(C+B-)、P_2(A+B-)、P_2(A+C-)、P_2(B+C-)划分为分区1，将以P₂为起点的剩余9个点划分为分区2。

第二步：电机运行前进行预定位

1、三相六状态方波控制方式：

通过控制器发送A₊B_-的两相导通信号，获取输出位置值P_pre，P_pre与步骤1中的3个发送A₊B_-时确定的输出位置值(P_1(A+B-)＝6444，P_2(A+B-)＝50072，P_3(A+B-)＝27576)中的一个相等，其所在分区也相同，令方波控制区域计数初始值f_c0等于该区域号，即若P_pre＝6444，f_c0＝1，若P_pre＝50072，f_c0＝1，若P_pre＝27576，f_c0＝2。

2、矢量控制方式：

通过控制器发送A₊B_-的两相导通信号，获取输出位置值P_pre，P_pre与步骤1中的3个发送A₊B_-时确定的输出位置值(P_1(A+B-)＝6444，P_2(A+B-)＝50072，P_3(A+B-)＝27576)中的一个相等，其所在分区也相同，在该分区内找到发送A₊C_-时确定的输出位置值P^*，根据计算出a相轴线方向的位置值，即矢量控制方式所需的零位，假设P_pre＝P_1(A+B-)＝6444，同一区域内发送A₊C_-时确定的输出位置值P^*＝13304，则令矢量控制区域计数初始值为v_c0＝0。

第三步：确定电机控制位置

1、三相六状态方波控制方式：

电机若要正常旋转，对于三相六状态方波控制方式，18个输出位置值就是实际需要的控制位置，根据这些位置可以确定换相时刻。

电机运行过程中，实时检测电机转子位置P_mt，如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|≤0.8*P_max＝52428，则方波控制位置分区计数值f_c等于前一时刻区域计数值，本实施例中，f_c等于1或2，分区f_c中输出位置值等于P_mt对应的换相位置即为电机方波控制所需的控制位置，假设f_c＝1，则当满足P_1(A+B-)≤P_mt≤P_1(A+C-)时，发送B+C-的导通信号，则当满足P_1(A+C-)≤P_mt≤P_1(B+C-)时，发送B+A-的导通信号，如此，电机旋转；如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|>0.8*P_max＝52428，则令方波控制位置分区计数值f_c加1，记为z，则分区z中输出位置值等于P_mt对应的换相位置即为电机方波控制所需的控制位置；当方波控制位置分区计数值f_c>m时，令f_c为1。

2、矢量控制方式：

永磁电机矢量控制所需的控制位置是相对位置(相对于a相轴线方向位置)，且由角度或者弧度表示，在第二步确定出a相轴线的初始位置的基础上，实时检测电机转子位置P_mt。

当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|≤0.8*P_max＝52428，则矢量控制区域计数值v_c等于前一时刻区域计数值，此时如果v_c＝0且P_mt<P_a＝9874，则电机矢量控制所需的控制位置由计算得到，否则，电机矢量控制所需的控制位置由计算得到；如果当前时刻与前一时刻输出位置值的差P_err满足|P_err|>0.8*P_max＝52428，则令矢量控制位置分区计数值v_c加1，此时如果v_c＝0且P_mt<P_a＝9874，则电机矢量控制所需的控制位置由计算得到，否则，电机矢量控制所需的控制位置由计算得到，即若v_c＝1，则当矢量控制位置分区计数值v_c＝m时，令v_c为0。