[发明专利]一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置

说明书

技术领域

本发明涉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。

背景技术

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、运行效率高以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，以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。这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。这种装置的优点是摒弃掉机械式传感器，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，可以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。

发明内容

本发明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。

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、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三个相同的支路，每一个支路均包括：电阻R_a、电阻R_b、电阻R₂、电阻R₃、电容C₁、电容C₂、电容C₃和运算放大器U1；过零点检测电路包括：电压比较器U2和电压比较器U3；信号隔离电路包括：光耦UA和光耦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：锁相环芯片A和锁相环芯片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、或门A和或门B。

电机输入端子A、电机输入端子B、电机输入端子C分别与三个支路的电阻R_a的一端连接。每个支路中：电阻R_a的另一端分别与电阻R_b的一端、电容C₁的一端和电阻R₂的一端连接，电阻R_b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的输入端和DSP控制器的输入端连接。