[发明专利]一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法，带UVW磁极信号的增量式编码器与永磁同步电机转子同轴安装，其输出U、V、W信号至选通模块，并输出A、B、Z三相差分信号至MAX14891E模块，MAX14891E模块将A、B、Z三相差分信号转化为三相单端信号DA、DB、DZ输出至PFGA模块，并输出三相差分信号的开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B和FLT_Z至选通模块，选通模块选择性输出U、V、W信号和开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B、FLT_Z至PFGA模块，FPGA模块定位永磁同步电机的转子初始位置，并解析永磁同步电机的实时转速和方向，本发明实现了永磁同步电机的初始磁极位置辨识和断线检测功能，缓解了永磁同步电机反馈电路过多消耗FPGA外部接口的问题。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的伺服控制领域，更具体地说是涉及一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步、电力电子技术的快速发展，永磁同步电机因其高效率、高功率密度、低损耗等特点，被广泛应用于各种要求高响应、高精度、宽调速的高性能伺服控制系统，如机器人、转台、电动汽车等领域。为实现高性能伺服系统的控制，需要检测电机转子的位置，以实现磁场定向和速度控制。带UVW磁极信号的增量式编码器是一种将旋转的位移量转化为数字脉冲输出的传感器，A相和B相是互为正交的两路信号，Z相是原点信号，而UVW相为三路互为120°相位差的磁极信号。

在以增量式编码器为反馈环路的控制场合，A相、B相或Z相断线，都可能造成控制困难甚至控制出错，严重的可能导致机械损坏或人员伤亡，故编码器的断线检测对伺服控制系统非常重要。此外，只有通过UVW磁极信号得到永磁同步电机的转子位置，才能借助矢量控制技术，将永磁同步电机按照他励直流电机的方式进行控制，故初始磁极位置辨识对伺服控制系统也非常关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法，不仅实现了永磁同步电机的初始磁极位置辨识和断线检测功能，而且通过U、V、W信号与FLT_A、FLT_B、FLT_Z信号选通送入FPGA的方式，缓解了永磁同步电机反馈电路过多消耗FPGA外部接口的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法，带UVW磁极信号的增量式编码器与永磁同步电机转子同轴安装，其输出U、V、W信号至选通模块，可粗略定位永磁同步电机的转子初始位置，并输出A、B、Z三相差分信号至MAX14891E模块，可实时反映永磁同步电机的转速和方向，MAX14891E模块将A、B、Z三相差分信号转化为三相单端信号DA、DB、DZ输出至PFGA模块，并输出三相差分信号的开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B和FLT_Z至选通模块，选通模块选择性输出U、V、W信号和开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B、FLT_Z至PFGA模块，FPGA模块定位永磁同步电机的转子初始位置，并解析永磁同步电机的实时转速和方向。

作为进一步的优化，FPGA模块包括初始磁极位置辨识及断线检测模块和解码模块，初始磁极位置辨识及断线检测模块依据选通模块传送的U、V、W信号定位永磁同步电机的转子初始位置，解码模块依据MAX14891E模块输出的三相单端信号DA、DB、DZ解析永磁同步电机的实时转速和方向。

作为进一步的优化，MAX14891E模块是带故障检测的高数据率、低噪声四通道RS-485/RS-422接收器。

作为进一步的优化，带UVW磁极信号的增量式编码器与选通模块之间设有滤波模块，滤波模块用于削弱噪声对A、B、Z三相差分信号的影响，以减小对永磁同步电机的测速偏差。

作为进一步的优化，带UVW磁极信号的增量式编码器引出A+、A-、B+、B-、Z+、Z-共6根线至滤波模块，滤波模块输出A_P、A_N、B_P、B_N、Z_P、Z_N信号至MAX14891E模块。