[实用新型]正余弦编码器线序辨识装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于永磁同步电机转子磁极位置的检测装置，特别是一种基于编码器信号线序分析来获取永磁同步电机转子磁极初始位置与实时位置的正余弦编码器线序辨识装置。属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

磁场定向控制的永磁同步电机系统，以其如直流电动机一样优良的线性转矩控制特性及高效率和高功率因数等优点，在电梯、机床、油田等行业以及其它各种高精度的伺服系统中，得到了广泛的应用。实现磁场定向控制的关键是必须保证在任何时刻转子磁链与定子电枢磁动势正交，一旦获取的转子磁极位置偏差超过±90°电气角度，永磁同步电机将与给定运行方向相反转动，造成失控。因此，系统必须准确地获取电机转子磁极位置，包括转子磁极的初始位置用以启动电机，并在旋转过程中不断获取转子磁极的实时位置，控制电机按照给定转速稳定运行。

现有技术对于电机转子磁极初始位置的检测方法有很多，部分方法甚至可以不使用位置传感器，在对定子绕组施加变化的电压后，利用空间上磁阻不同所带来的电流差异计算出磁极位置。例如公开号为CN101369796A的“检测永磁同步电机转子磁极初始位置的方法和系统”，以及公开号为CD101594114A的“永磁同步电机转子初始位置角的确定方法”等等。不过这一类技术方案存在最大的问题，就是旋转过程中转子磁极的实时位置是无法获取的，这样就造成驱动系统可以顺利地启动电机，但必须使用无位置传感器的控制方式运行电机。因此，在永磁同步电机的驱动系统中，尤其是需要高精度位置与速度控制的伺服系统中，采用最多的还是利用具有初始位置反馈信号的位置传感器得到转子永磁体磁极位置。

在工程应用中，常使用正余弦编码器作为位置传感器获取电机转子磁极位置。这种编码器信号处理快捷、数值直观易用，可以获得较高的反馈精度，例如在电梯控制系统中，采用正余弦编码器，可以利用细分的高精度速度反馈实现无负载补偿启动，从而在不安装轿厢称重装置的情况下，也能够获得优良的启动舒适感。正余弦编码器可以输出五路信号，A、B两路模拟信号提供了每圈2048个周期的正余弦信号，常在4倍频后产生8192线脉冲信号作为速度与位置反馈，也可进行更大线数的细分；C、D两路模拟信号提供了每圈1个周期的正余弦信号，由于分辨精度的限制常在采样解析后作为初始位置判定的依据；另一路为R脉冲信号，电机每旋转一圈产生一个固定位置的R脉冲，用作AB信号脉冲计数的校正。驱动系统在首次启动时利用CD信号解析的位置值获取电机转子永磁体的磁极初始位置，在正常运行时记录AB信号细分脉冲得到实时的转子位置反馈，并利用编码器绝对位置R脉冲进行计数校正。

由于正余弦编码器的输出均为差分信号，即每路输出信号都包含正负信号线，因此对于正余弦编码器五路输出信号，可能的接线线序高达3628800种，而按照标准方法正确获取转子位置的线序只有标准线序一种，此外在工程现场中还极易出现部分信号断线或虚接的情况。现有技术关于正余弦编码器的设计制造与信号传输的报导，如公告号为CN201374683Y的“正余弦光电编码器”，以及公告号为CN202189574U的“一种新型正余弦编码器电缆”等；或者是关于正余弦编码器模拟信号的采集和细分的方法与装置的报导，如公告号为CN202009380U的“正余弦编码器采集卡”，以及公告号为CN202041221U的“一种正余弦编码器细分装置”等，上述这些专利文献中都没有对编码器信号的线序加以辨识。当信号的接线为非标准线序或者发生断线等故障时，不但可能导致获取的初始位置有误，造成启动时电流过大，甚至直接反向运行，有时还会在启动后的旋转中，因得到的实时位置与实际磁极位置出现极大偏差，故使得电机完全失控，以致造成严重事故。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种正余弦编码器线序辨识装置，从根本上排除由于正余弦编码器存在接线故障而导致电机无法正常运行的问题，其结构设计合理，操作简便，调试容易，能准确判断电机转子磁极初始位置和实时位置的信号线序，实现了在启动前和运行中都可以获得永磁同步电机的转子磁极的精确位置，确保电机能够平稳启动、稳定运行。