CN101414800B - 一种电机转子位置传感器的标定系统和标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所充分公开的是一种电机转子位置传感器的标定系统和标定方法，该系统在原有标定系统的基础上，利用过零点检测设备检测电机的反电动势的过零点，产生DSP的触发信号，使DSP的A/D口进行采样，解码出此刻的转子位置，以此处为零点进行标定。本方案中，由于在现有技术的基础上增加了一个过零点检测设备，通过该设备可以在电机反电动势过零点时输出一个触发信号，触发DSP对传感器的信号进行采样，表明此处是一转子过零点。该系统简单有效，容易实现，能够进行大规模的对转子位置传感器进行单个的标定。利用本方法，DSP内很容易完成对转子位置传感器的单个标定。
Description
技术领域
本发明涉及传感器的标定系统和标定方法，特别涉及旋转交流电机尤其是永磁同步交流电机的一种转子位置传感器的标定系统和标定方法，该永磁同步交流电机使用于混合动力汽车中。
背景技术
永磁同步电机由于具有功率密度大、效率高、转子损耗小等优点被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、数控机床以及纺织等领域。特别是用做混合动力汽车的ISG电机。为了获得良好的控制性能，控制系统必须检测出电机转子位置和速度信号。
目前，对于电机速度和磁极位置的检测，多采用光电编码器或旋转变压器等传感器，但是由于这类传感器存在性能与成本的矛盾，往往在一些需要低成本高性能的应用中受到限制。而近年比较热于研究的无传感器技术，但它存在着在低速时不能提供准确的位置检测，不能实现电机平滑启动的要求，同时对电机参数的依赖性很强。因此低成本高性能的传感器出现成为一种需要。图1所示为本申请人设计的一种安装在混合动力汽车的电机转子上位置传感器装置。图中转子位置传感器包括探测器2和目标盘1，安装在电机的一端，目标盘1为一环状盘，其外侧花纹形状为正弦曲线或者余弦曲线，由铝或者铁等金属材料制成，安装固定在转子4支架7上，与转子4一起绕转子支架轴6旋转，探测器2通过传感器安装支架5(图中未画出延伸部份)安装在定子端盖上。探测器2输出端为转子磁极位置角的正弦信号和余弦信号，该两路输出信号内有转子位置信息。目前，像这样的电机转子位置传感器还很多，它们均只提供了转子位置的信息，且该信息或者是反映转子旋转的角度变化的正弦信号，或者是反映转子旋转的一些锯齿波信号等，总之不会具体检测出转子的角度数，况且，对于转子这类圆形物件位置的起点也不容确定。对于利用这样的位置传感器检测电机转子位置，传感器感应到的位置信号一般是通过AD采样进入DSP，利用DSP对位置传感器输出信号进行处理，由于AD采样以及位置传感器安装误差等原因，需要对位置传感器输出信号处理过程中对转子位置进行补偿标定，使得转子位置更准确，实现对永磁同步电机的精确控制。目前常用的标定方法无法满足大批量生产的需求。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种电机转子位置传感器的标定系统。利用该标定系统能够满足解决大批量生产过程中的位置传感器标定的要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种电机转子位置传感器的标定系统，包括被标定的转子位置传感器、控制器和电源。
所述的被标定的转子位置传感器，安装在发动机和电机组成的动力总成的电机的定子上，具有输出转子位置信息的模拟信号的输出口。
所述的控制器包括用于处理所述的被标定的转子位置传感器输出的位置信号的数字信号处理器，其模拟信号输入口接所述的被标定的转子位置传感器的模拟信号的输出口，还包括逆变器，其输入端接所述的电源，控制输出端接所述的电机的电源输入端。
所述电源通过所述的控制器与所述的电机联接；另外：还包括过零点检测设备，所述的过零点检测设备输入端与所述的电机的电源端联接，检测出电机的反电动势零点输出，输出端接所述的数字信号处理器。
本方案中，由于在现有技术的基础上增加了一个过零点检测设备，通过该设备可以在电机反电动势过零点时输出一个触发信号，触发数字信号处理器(DSP)对传感器的信号进行采样，表明此处是一转子过零点。该系统简单有效，容易实现，能够进行大规模的对转子位置传感器进行单个的标定。
本发明的另一个目的是提供一个使用上面标定系统对传感器进行标定的方法。
电机转子位置传感器的标定系统的标定方法，包括以下步骤：
A、过零点检测设备检测到反电动势为零时，向数字信号处理器发送一触发信号；此时，过零点检测设备(15)是按如下步骤产生触发信号的：
A1、过零点检测设备(15)中的滤波差分电路输入的B，C相电压；
A2、B相和C相交的位置，B相和C相交的位置为B相有超越C相的趋势的位置，差分电路输出一个触发信号；
B、触发信号触发数字信号处理器采集传感器输出的带有转子位置信息的信号；
C、数字信号处理器对采集的信号进行处理得到位置传感器的实际位置。
利用本方法，DSP内很容易完成对转子位置传感器的单个标定。
以下将结合附图，对本发明的各较佳实施例进行较为详细的说明。
附图说明
图1混合动力永磁同步电机转子位置传感器安装示意图；
图2位置传感器标定系统实施例一连接方框图；
图3过零点检测设备功能框图；
图4位置传感器标定系统标定方法流程图。
图5实施例一中DSP的软件流程图。
图中：1信号盘，2探测器，3定子，4转子，5位置传感器支架，6转轴，7转子支架，11发动机，12连接轴，13电机，14控制器，15过零点检测设备，16电源，17电机三相转接盒，18上位机，19、安全微控制开关，20安全回路，27、CAN总线。
具体实施方式
实施例一，如图2所示：一种电机转子位置传感器的标定系统，包括被标定的转子位置传感器、控制器14和电源16；
被标定的转子位置传感器如图1所示，包括探测器2和目标盘1，安装在电机13的一端，目标盘1为环状盘，固定在所述的电机转子上，其外侧花纹形状为正弦曲线或者余弦曲线，由金属材料制成；探测器2安装在定子端盖上；
所述的被标定的转子位置传感器，安装在发动机11和电机13组成的动力总成的电机13的定子3上，具有输出转子位置信息的模拟信号的输出口；发动机11和电机13通过连接轴12连接组成混合动力汽车的动力总成。
所述的控制器14包括用于处理所述的被标定的转子位置传感器输出的位置信号的DSP，DSP为TMS320F2802，其模拟信号输入口接所述的被标定的转子位置传感器的模拟信号的输出口，DSP的模拟输入口的A/D转换器，将传感器的模拟信号转换成数字信号。在控制器里还包括逆变器Invert，其输入端就是直流母线端，接所述的电源16，输出端是三相电源输出，分别为A相、B相和C相，通过电机三相转接盒17将三相电源加到电机13上。
所述电源16为150V60A的高压电源，通过所述的控制器14内的Invert与所述的电机13联接。为电机13提供直流电源。
过零点检测设备15是用来检测电机的反电动势的过零点的，它的输入端在电机三相转接盒17内与所述的电机13的电源端联接，A相、B相和C相都连接到过零点检测设备15内。检测出电机13的反电动势零点输出，输出端接所述的DSP。过零点检测设备15内有包括滤波差分电路，滤波差分电路的输入端分别接电机13电源端的B相和C相，为了保证输出安全滤波差分电路输出端还有高压隔离电路，通过高压隔离电路接所述的DSP。如图3所示，本实施例中，过零点检测电路的高压输入端是电机的B相和C相，电压有效值最大达到150V----170V，频率范围是0---200Hz，电流大小为-3mA-3mA。过零点检测电路的电源输入来自12V电池，电压范围为9-18V。输出电压要求：高电平为4-5V，低电平为0-0.5V。输入的B，C相电压经过差分比较电路后输出方波信号，在BC反电动势过零点的瞬间的时刻，也即B相和C相交的位置(B相有超越C相的趋势)。差分电路输出一个高电平的数字量信号。
为了操作方便，本实施例还配备了一台上位机18，该机为一台PC机，具有网卡，通过汽车的CAN总线27与控制器通信，对控制器14进行监控。
为了保证标定过程安全，还有安全回路20，通过电机三相转接盒17上的安全微控制开关19与电机三相转接盒17联接，另一端接电源16。它的作用是在更换下一个待标定的动力总成系统时断开高压供电电源，防止发生安全事故。
如图4所示：电机转子位置传感器的标定系统的标定方法，包括以下步骤：
A、过零点检测设备(15)检测到反电动势为零时，向数字信号处理器发送一触发信号；
B、触发信号触发数字信号处理器采集传感器输出的带有转子位置信息的信号；
C、数字信号处理器对采集的信号进行处理得到位置传感器的实际位置。
其中，步骤A中过零点检测设备15是按如下步骤产生触发信号的：
A1、过零点检测设备15中的滤波差分电路输入的B，C相电压；
A2、B相和C相交的位置，差分电路输出一个触发信号。B相和C相交的位置为，B相有超越C相的趋势的位置。
实施例一标定系统具体标定流程为：
按如图1所示完成系统安装，标定控制器上电后通过上位机控制高压供电电柜上电；按照如图5的流程，上位机18发送诊断命令启动标定过程；标定控制器利用位置传感器经验值驱动电机运转，带动发动机启动；发动机运行在怠速转速800RPM附近；待发动机稳定运行在800RPM以后，每100ms通过上位机向标定控制器发送请求命令以获取标定结果；标定控制器完成标定过程后，上位机会收到标定成功的应答消息，此时可以通过诊断命令读取需要标定的标定量；上位机需判断标定量是否超出允许的范围，如果超出范围，上位机需发出提示信息；当标定量符合要求时，上位机通过诊断命令将标定量写入与此动力总成对应的控制器中；参数标定完成，关闭发动机、断开高压供电电源。
Claims (5)
1.一种电机转子位置传感器的标定系统，包括被标定的转子位置传感器、控制器(14)和电源(16)；
所述的被标定的转子位置传感器，安装在发动机(11)和电机(13)组成的动力总成的电机(13)的定子(3)上，具有输出转子位置信息的模拟信号的输出口；
所述的控制器(14)包括用于处理所述的被标定的转子位置传感器输出的位置信号的数字信号处理器，其模拟信号输入口接所述的被标定的转子位置传感器的模拟信号的输出口，还包括逆变器，其输入端接所述的电源(16)，控制输出端接所述的电机(13)的电源输入端；
所述电源(16)通过所述的控制器(14)与所述的电机(13)联接；其特征在于：还包括过零点检测设备(15)，所述的过零点检测设备(15)输入端与所述的电机(13)的电源端联接，输出端接所述的数字信号处理器；所述的过零点检测设备(15)包括滤波差分电路，所述的滤波差分电路的输入端分别接电机(13)电源端的B相和C相，输入的B，C相电压经过差分比较电路后输出方波信号，在BC反电动势过零点的瞬间的时刻，也即B相和C相交的位置，滤波差分电路输出一个高电平的数字量信号到所述的数字信号处理器。
2.根据权利要求1所述的电机转子位置传感器的标定系统，其特征在于：在所述的滤波差分电路的输出端还有高压隔离电路。
3.根据权利要求1或2所述的电机转子位置传感器的标定系统，其特征在于：所述的数字信号处理器的型号为TMS320F2802。
4.根据权利要求1或2所述的电机转子位置传感器的标定系统，其特征在于：还包括计算机(18)与所述的控制器(14)通过汽车内部局域网(27)联接。
5.根据权利要求1所述的电机转子位置传感器的标定系统的标定方法，包括以下步骤：
A、过零点检测设备(15)输入端与所述的电机(13)的电源端联接，输出端接所述的数字信号处理器；所述的过零点检测设备(15)包括滤波差分电路，所述的滤波差分电路的输入端分别接电机(13)电源端的B相和C相，输入的B、C相电压经过差分比较电路后输出方波信号，在B、C反电动势过零点的瞬间的时刻，也即B相和C相交的位置，滤波差分电路输出一个高电平的数字量信号到所述的数字信号处理器；
B、滤波差分电路输出的高电平的数字量信号触发数字信号处理器采集传感器输出的带有转子位置信息的信号；
C、数字信号处理器对采集的信号进行处理得到位置传感器的实际位置。
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