本发明专利技术公开了一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，包括：电压提取与信号滤波电路（1）、过零点检测电路（2）、信号隔离电路（3）、信号整形电路（4）、锁相环电路（5）、DSP控制器（6）和可变线程选择电路（7）。永磁同步电机运行时，电压提取与信号滤波电路（1）将电机的三个相电压信号分别进行分压和滤波，过零点检测电路（2）中的电压比较器U2将滤波后的相电压信号变成过零点方波信号，电压比较器U3将滤波后的相电压信号变成过零点方波信号，DSP控制器（6）根据正交虚拟霍尔信号和正交虚拟光电码盘信号得到转子磁极位置。本发明专利技术减小了电机接线的数量，提高了系统的检测精度和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种磁极位置检测装置，特别是一种基于锁相环的永磁同步电机转子 磁极位置检测装置。
技术介绍
永磁同步电机具有功率密度高、转子转动惯量小、电枢电感小、运行效率高W及转 轴上无滑环和电刷等优点，广泛应用在中小功率范围内的高性能运动控制领域，如机器人、 CNC数控机床等应用场合。随着电力电子技术和电机控制理论的发展，W矢量控制为代表的 高性能永磁同步电机闭环控制方法得到快速发展和广泛应用，而永磁同步电机控制方法的 好坏，关键取决于转子磁极位置检测的准确性。 现有的永磁同步电机转子位置检测装置分为基于有位置传感器的转子位置检测 装置和基于无位置传感器的转子位置检测装置两大类。基于有位置传感器的转子位置检测 装置又分为两种，第一种包括：光电码盘、差动电路接收器和控制器，第二种包括：旋转变 压器、旋变数字转换器和控制器。运两种装置的优点都是检测精度比较高，缺点都是会大大 增加电机的体积和成本，而且需要增加电缆引出线，降低系统抗干扰能力，影响系统的可靠 性。基于无位置传感器的转子位置检测装置包括：电压采集电路、电流采集电路、滤波调理 电路和控制器。运种装置的优点是擬弃掉机械式传感器，通过测量电机的电压、电流等电参 量，并结合电机的参数和数学模型进行一系列复杂的算法来检测电机转子的位置，可W降 低电机的体积和成本，缺点是由于电机参数的变化和数学模型的不确定性，导致转子位置 检测结果不准确，而且算法比较复杂，实时性差，不易实现。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，解 决永磁同步电机闭环控制中的转子磁极位置检测的问题。 -种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，包括：电压提取与信号 滤波电路、过零点检测电路、信号隔离电路、信号整形电路、锁相环电路、DSP控制器和可变 线程选择电路。电压提取与信号滤波电路有=个相同的支路，每一个支路均包括：电阻R。、 电阻Rb、电阻R2、电阻Rs、电容Cl、电容C2、电容Cs和运算放大器Ul;过零点检测电路包括： 电压比较器U2和电压比较器U3 ;信号隔离电路包括：光禪UA和光禪UB;信号整形电路包 括：施密特触发器UC和施密特触发器UD;锁相环电路包括：锁相环忍片A和锁相环忍片B; 可变线程选择电路包括：串行计数器A、串行计数器B、数据选择器A、数据选择器B、数据选 择器C、数据选择器D、反相器A、反相器B、或口A和或口B。 电机输入端子A、电机输入端子B、电机输入端子C分别与S个支路的电阻R。的一 端连接。每个支路中：电阻R。的另一端分别与电阻Rb的一端、电容Cl的一端和电阻R2的 一端连接，电阻Rb的另一端和电容C1的另一端分别与中性点N连接，电阻R2的另一端分别 与电容Cz的一端和电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和运算放大器Ul的输出端连接， 电阻Rs的另一端分别与电容C3的一端和运算放大器Ul的正向输入端连接，电容C3的另一 端与中性点N连接，运算放大器Ul的负向输入端与运算放大器Ul的输出端连接。第一支 路的运算放大器Ul输出端与电压比较器U2的正向输入端连接，第二支路的运算放大器Ul 输出端与电压比较器U2的负向输入端连接，第=支路的运算放大器Ul输出端与电压比较 器U3的负向输入端连接，电压比较器U3的正向输入端与中性点N连接。 电压比较器U2的输出端与电阻Ra的一端连接，电阻Ra的另一端与光禪UA的正输 入端连接，光禪UA的负输入端与中性点N连接，光禪UA的输出端与施密特触发器UC的输 入端连接，施密特触发器UC的输出端分别与锁相环忍片A的输入端和DSP控制器的输入端 连接。电压比较器U3的输出端与电阻Rs的一端连接，电阻R5的另一端与光禪UB的正输入 端连接，光禪UB的负输入端与中性点N连接，光禪UB的输出端与施密特触发器UD的输入 端连接，施密特触发器UD的输出端分别与锁相环忍片B的输入端和DSP控制器的输入端连 接。 锁相环电路的输出端分别与可变线程电路的输入端和DSP控制器的输入端连接， DSP控制器的输出端与可变线程电路的输入端连接。锁相环忍片A的输出端与串行计数器 A的输入端连接，串行计数器A的输出端分别与数据选择器A的输入端和数据选择器B的输 入端连接，数据选择器A的输出端和数据选择器B的输出端均与或口A的输入端连接，或口 A的输出端与锁相环忍片A的输入端连接，DSP控制器的输出端分别与数据选择器A的数据 选择端与数据选择器B的数据选择端连接，DSP控制器的输出端分别与数据选择器A的片 选信号端和反相器A的输入端连接，反相器A的输出端与数据选择器B的片选信号端连接。 锁相环忍片B的输出端与串行计数器B的输入端连接，串行计数器B的输出端分 别与数据选择器C的输入端和数据选择器D的输入端连接，数据选择器C的输出端和数据 选择器D的输出端均与或口B的输入端连接，或口B的输出端与锁相环忍片B的输入端连 接，DSP控制器的输出端分别与数据选择器C的数据选择端与数据选择器D的数据选择端 连接，DSP控制器的输出端分别与数据选择器C的片选信号端和反相器B的输入端连接，反 相器B的输出端与数据选择器D的片选信号端连接。 永磁同步电机运行时，电压提取与信号滤波电路将电机的=个相电压信号 u?、分别在=个支路中进行分压和滤波，得到=个经过滤波之后的相电压信号％W、％W、 咕W，过零点检测电路中的电压比较器U2将滤波后的相电压信号W、％渡成过零点方波 信号Hab,电压比较器U3将滤波后的相电压信号W变成过零点方波信号H信号隔离电路 中的光禪UA将过零点方波信号Hab变成隔离方波信号Hab'，光禪UB将过零点方波信号H。变 成隔离方波信号H。'，隔离方波信号Hab'与隔离方波信号H。'相互正交。信号整形电路中 的施密特触发器UC将隔离方波信号Hab'变成虚拟霍尔信号Hab",施密特触发器UD将隔离 方波信号H。'变成虚拟霍尔信号H。"，虚拟霍尔信号Hab"与虚拟霍尔信号H。"相互正交。 锁相环电路接收可变线程选择电路输出的两路正交反馈信号Hab"'、H。"'和信号整形电路输 出的两路正交虚拟霍尔信号Hab"、He"生成两路正交虚拟光电码盘信号：犯IV、犯Pc;DSP控 制器根据预先设定的十进制线程值M，其中，M为2的P次方，且P为正整数，输出P值对应 的四位二进制开关信号DD3孤2DD1孤0至可变线程选择电路的输入端；可变线程选择电路 根据锁相环电路输出的两路正交虚拟光电码盘信号：犯Pab、犯Pc和DSP控制器输出的四位 二进制开关信号孤3孤2孤1孤0生成正交反馈信号信号Hab"'、H。"'，DSP控制器根据正交虚 拟霍尔信号Hab"、&"和正交虚拟光电码盘信号犯Pab、犯Pt得到转子磁极位置。 本专利技术无需在电机端安装专口的转子位置传感器，只需从电机端子引入=根线即 可，减少引线数量，降低了系统体积和系统成本，提高了检测精度和可靠性；采用电压提取 与信号滤波电路对电压信号进行提取和滤波，无需电机提供中性点，省掉了电压传感器，降 低了电磁干扰；可W通过软件补偿转子位置的检测偏差，无需反复拆装转子检测装置，简单 灵活，实时性好，易于实现。采用锁相环电路和可变线程选择电路，可根据需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，包括：电压提取与信号滤波电路（1）、过零点检测电路（2）、信号隔离电路（3）、信号整形电路（4）、锁相环电路（5）、DSP控制器（6）和可变线程选择电路（7）；电压提取与信号滤波电路（1）有三个相同的支路，每一个支路均包括：电阻Ra、电阻Rb 、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3 和运算放大器U1；过零点检测电路（2）包括：电压比较器U2和电压比较器U3；信号隔离电路（3）包括：光耦UA和光耦UB；信号整形电路（4）包括：施密特触发器UC和施密特触发器UD；锁相环电路（5）包括：锁相环芯片A（8）和锁相环芯片B（14）；可变线程选择电路（7）包括：串行计数器A（9）、串行计数器B（15）、数据选择器A（10）、数据选择器B（13）、数据选择器C（16）、数据选择器D（19）、反相器A（11）、反相器B（17）、或门A（12）和或门B（18）；电机输入端子A、电机输入端子B、电机输入端子C分别与三个支路的电阻Ra的一端连接；每个支路中：电阻Ra的另一端分别与电阻Rb的一端、电容C1的一端和电阻R2的一端连接，电阻Rb的另一端和电容C1的另一端分别与中性点N连接，电阻R2的另一端分别与电容C2的一端和电阻R3的一端连接，电容C2的另一端和运算放大器U1的输出端连接，电阻R3的另一端分别与电容C3的一端和运算放大器U1的正向输入端连接，电容C3的另一端与中性点N连接，运算放大器U1的负向输入端与运算放大器U1的输出端连接；第一支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U2的正向输入端连接，第二支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U2的负向输入端连接，第三支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U3的负向输入端连接，电压比较器U3的正向输入端与中性点N连接；电压比较器U2的输出端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与光耦UA的正输入端连接，光耦UA的负输入端与中性点N连接，光耦UA的输出端与施密特触发器UC的输入端连接，施密特触发器UC的输出端分别与锁相环芯片A（8）的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接；电压比较器U3的输出端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与光耦UB的正输入端连接，光耦UB的负输入端与中性点N连接，光耦UB的输出端与施密特触发器UD的输入端连接，施密特触发器UD的输出端分别与锁相环芯片B（14）的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接；锁相环电路（5）的输出端分别与可变线程电路的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端与可变线程电路的输入端连接；锁相环芯片A（8）的输出端与串行计数器A（9）的输入端连接，串行计数器A（9）的输出端分别与数据选择器A（10）的输入端和数据选择器B（13）的输入端连接，数据选择器A（10）的输出端和数据选择器B（13）的输出端均与或门A（12）的输入端连接，或门A（12）的输出端与锁相环芯片A（8）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器A（10）的数据选择端与数据选择器B（13）的数据选择端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器A（10）的片选信号端和反相器A（11）的输入端连接，反相器A（11）的输出端与数据选择器B（13）的片选信号端连接；锁相环芯片B（14）的输出端与串行计数器B（15）的输入端连接，串行计数器B（15）的输出端分别与数据选择器C（16）的输入端和数据选择器D（19）的输入端连接，数据选择器C（16）的输出端和数据选择器D（19）的输出端均与或门B（18）的输入端连接，或门B（18）的输出端与锁相环芯片B（14）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器C（16）的数据选择端与数据选择器D（19）的数据选择端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器C（16）的片选信号端和反相器B（17）的输入端连接，反相器B（17）的输出端与数据选择器D（19）的片选信号端连接；永磁同步电机运行时，电压提取与信号滤波电路（1）将电机的三个相电压信号uAN、uBN、uCN分别在三个支路中进行分压和滤波，得到三个经过滤波之后的相电压信号uA’N、uB’N、uC’N，过零点检测电路（2）中的电压比较器U2将滤波后的相电压信号uA’N、uB’N变成过零点方波信号HAB，电压比较器U3将滤波后的相电压信号uC’N变成过零点方波信号HC，信号隔离电路（3）中的光耦UA将过零点方波信号HAB变成隔离方波信号HAB’，光耦UB将过零点方波信号HC 变成隔离方波信号HC’， 隔离方波信号HAB’ 与隔离方波信号HC’相互正交；信号整形电路（4）中的施密特触发器UC将隔离方波信号HAB’ 变成虚拟霍尔信号HAB”， 施密特触发器UD将隔离方波信号HC’变成...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔臣君，李建冬，王利，张文波，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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