一種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于雙轉(zhuǎn)無刷直流電機控制領(lǐng)域，具體涉及一種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機 轉(zhuǎn)速檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通無刷直流電機的電樞繞組定子是靜止不動的，僅僅是轉(zhuǎn)子永磁體旋轉(zhuǎn)。而雙 轉(zhuǎn)無刷直流電機基于作用力和反作用力的原理，在電磁轉(zhuǎn)矩的推動下內(nèi)外兩個轉(zhuǎn)子同時向 相反方向旋轉(zhuǎn)。這種雙轉(zhuǎn)無刷直流電機主要應用于水下雙轉(zhuǎn)推進系統(tǒng)中，可以有效防止發(fā) 生橫滾現(xiàn)象，顯著提高水下航行器的推進效率。
[0003] 在電機調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，電機轉(zhuǎn)速作 為轉(zhuǎn)速閉環(huán)的反饋輸入不可或缺，其測量精度直接影響到電機調(diào)速系統(tǒng)性能的好壞。目前 常用的測速方法主要有三種：T法、M法、M/T法。T法只適用于低速的電機調(diào)速系統(tǒng)；M/T法 具有遲滯性且測速精度具有非線性；相較而言，M法更適合用于水下航行器的高轉(zhuǎn)速電機 調(diào)速系統(tǒng)中。
[0004] 與普通電機不同的是，雙轉(zhuǎn)無刷直流電機的內(nèi)外轉(zhuǎn)子都在旋轉(zhuǎn)，要測量雙轉(zhuǎn)無刷 直流電機的實時轉(zhuǎn)速，就必須同時測量其內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明通過針對內(nèi)外轉(zhuǎn)子各自 安裝固定一個位置霍爾盤的方式，提供內(nèi)外轉(zhuǎn)子的霍爾位置信號，其結(jié)構(gòu)如附圖2所示，霍 爾位置信號時序邏輯如附圖4所示。通過對內(nèi)外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號的處理，在雙轉(zhuǎn)無刷直 流電機調(diào)速系統(tǒng)DSP控制器中完成電機實時轉(zhuǎn)速的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 要解決的技術(shù)問題
[0006] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢 測方法及裝置，采用雙轉(zhuǎn)無刷直流電機內(nèi)外轉(zhuǎn)子各自安裝一個位置霍爾盤的方式，提供內(nèi) 外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號，經(jīng)過光電隔離與放大處理后輸入到電機調(diào)速系統(tǒng)DSP控制器，在DSP 控制器中計算出雙轉(zhuǎn)無刷直流電機實時轉(zhuǎn)速，本發(fā)明通過一種可行且成本較低的方式實現(xiàn) 了對雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速的檢測，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定且結(jié)果精確。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] -種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測方法，其特征在于步驟如下：
[0009] 第一階段：初始化電機調(diào)速系統(tǒng)；
[0010] 步驟1 :電機調(diào)速系統(tǒng)啟動時刻將內(nèi)轉(zhuǎn)子計數(shù)變量D_count、D_countb，外轉(zhuǎn)子計 數(shù)變量Z_count、Z_countb置零；
[0011] 步驟2:系統(tǒng)采用定期觸發(fā)中斷方式，每次中斷檢測一次霍爾位置信號，并設(shè)定中 斷時間Ts;
[0012] 步驟3 :初始化電機極對數(shù)p:
[0013] 第二階段：計算內(nèi)外轉(zhuǎn)子周期計數(shù)長度D_countb、Z_countb，并且進行實時計數(shù)；
[0014] 步驟1 :當電機系統(tǒng)完成初始啟動時，檢測內(nèi)外轉(zhuǎn)子的霍爾位置信號；
[0015] 檢測內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號D_U上升沿，若不是上升沿不進行計數(shù)，若是上升沿，開 始計數(shù)，變量D_count=D_count+l;
[0016] 檢測外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號z_u上升沿，若不是上升沿不進行計數(shù)，若是上升沿，開 始計數(shù)，變量Z_count=Z_count+l;
[0017] 步驟2 :繼續(xù)檢測內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號D_U上升沿，若不是上升沿，則繼續(xù)計數(shù)；若 檢測到上升沿，則停止計數(shù)，同時將D_count值賦給變量D_countb，再將D_count值置0 ;
[0018] 繼續(xù)檢測外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號Z_U上升沿，若不是上升沿，則繼續(xù)計數(shù)；若檢測到 上升沿，則停止計數(shù)，同時同時將Z_count值賦給變量Z_countb，再將Z_count置置0 ;
[0019] 第三階段：計算內(nèi)外轉(zhuǎn)子實時轉(zhuǎn)速《D、以及總轉(zhuǎn)速《 :
[0020] 步驟1 :計算內(nèi)轉(zhuǎn)子實時轉(zhuǎn)速
計算外轉(zhuǎn)子實時轉(zhuǎn)速
其中：Ts為第一階段設(shè)置采樣時間；
[0021] 步驟2 :計算電機的實時轉(zhuǎn)速〇 = 〇D+〇z。
[0022] -種實現(xiàn)所述雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測方法的裝置，其特征在于包括雙轉(zhuǎn)無刷 直流電機本體、內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤、外轉(zhuǎn)子霍爾盤、內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號米集電路、外轉(zhuǎn)子霍爾 位置信號采集電路、內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號光電隔離與驅(qū)動放大電路、外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號 光電隔離與驅(qū)動放大電路和DSP控制器；內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤和外轉(zhuǎn)子霍爾盤安裝在雙轉(zhuǎn)無刷直 流電機本體的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子上，內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路的輸入端與內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤 的輸出端連接，其輸出端通過內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號光電隔離與驅(qū)動放大電路連接DSP控制 器；外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路的輸入端與外轉(zhuǎn)子霍爾盤的輸出端連接，其輸出端通過 外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號光電隔離與驅(qū)動放大電路連接DSP控制器；內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤和外轉(zhuǎn)子霍 爾盤輸出的內(nèi)外轉(zhuǎn)子的霍爾位置信號D_U、D_V、D_W、D_A、D_Z、Z_U、Z_V、Z_W、Z_A、Z_Z，經(jīng) 過內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路和外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路，以及各自的和光電隔離 與驅(qū)動放大電路，輸入DSP控制器，計算出雙轉(zhuǎn)無刷直流電機實時轉(zhuǎn)速。
[0023] 所述內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾位置信號光電隔離與驅(qū)動放大電路或外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號光電 隔離與驅(qū)動放大電路包括光耦N9、電阻R9、R18和電容C20 ;D_U信號是雙轉(zhuǎn)無刷直流電機 內(nèi)外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號中的一路，D_U信號連接在光耦N9的一個輸入端，光耦N9的另外一 個輸入端通過電阻R9上拉到+5VH電源，光耦N9的輸出一端與地相接，輸出另外一端為經(jīng) 過光電隔離與驅(qū)動放大后的霍爾位置信號，通過電阻R18上拉至+5V電源。
[0024] 所述光耦N9采用TLP521。
[0025] 有益效果
[0026] 本發(fā)明提出的一種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測方法及裝置，可以精確計算 出高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機實時轉(zhuǎn)速。在電機調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán) 的雙閉環(huán)控制策略，電機轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速閉環(huán)的反饋輸入不可或缺，其檢測精度直接影響到 電機調(diào)速系統(tǒng)性能的好壞。本發(fā)明通過針對內(nèi)外轉(zhuǎn)子各自安裝固定一個位置霍爾盤的方 式，提供內(nèi)外轉(zhuǎn)子的霍爾位置信號，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示，霍爾位置信號時序邏輯如附圖3 所示?；魻栁恢眯盘柦?jīng)過內(nèi)外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路和光電隔離與驅(qū)動放大電路，輸 入到雙轉(zhuǎn)無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)DSP控制器中。本發(fā)明提出的一種高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流 電機轉(zhuǎn)速檢測方法分為兩個階段：第一階段通過檢測霍爾位置信號U的上升沿，完成計數(shù) count，并在第一階段結(jié)束時將count數(shù)值保存到countb中，同時將計數(shù)變量count清零； 第二階段通過檢測霍爾位置信號U的上升沿，進行計數(shù)count，同時計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。通過在 雙轉(zhuǎn)無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)DSP控制器中同時進行具體分為上述兩個階段的內(nèi)外轉(zhuǎn)子實 時位置檢測程序，可以準確的得到內(nèi)外轉(zhuǎn)子實時轉(zhuǎn)速《 D、，由于電機內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向 相反，可以得到雙轉(zhuǎn)無刷直流電機實時轉(zhuǎn)速《 = ?D+?Z。本發(fā)明通過一種可行且成本較 低的方式實現(xiàn)了對雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速的檢測，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定且結(jié)果精確。
【附圖說明】
[0027] 圖1 :雙轉(zhuǎn)無刷直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖；
[0028] 圖2 :雙轉(zhuǎn)無刷直流電機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 1內(nèi)軸，2外軸，3軸承，4內(nèi)轉(zhuǎn)子，5外轉(zhuǎn)子，6磁鋼，7外殼，8漆包線，9外轉(zhuǎn)子霍爾 盤，10內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤，11滑環(huán)；
[0030] 圖3 :高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測程序流程圖；
[0031] 圖4 :霍爾位置信號時序邏輯圖；
[0032] 圖5 :霍爾位置信號光電隔離與驅(qū)動放大電路圖；
[0033] 圖6 :高精度雙轉(zhuǎn)無刷直流電機轉(zhuǎn)速檢測程序流程圖。
【具體實施方式】
[0034] 現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：
[0035] 本實施例是應用于水下航行器中的雙轉(zhuǎn)無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)，目的在于實現(xiàn)雙 轉(zhuǎn)無刷直流電機實時轉(zhuǎn)速《的檢測。
[0036] 參照附圖1，內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤和外轉(zhuǎn)子霍爾盤安裝在雙轉(zhuǎn)無刷直流電機本體上，可以 提供內(nèi)外轉(zhuǎn)子的霍爾位置信號D_U、D_V、D_W、D_A、D_Z、Z_U、Z_V、Z_W、Z_A、Z_Z，這10路霍 爾位置信號經(jīng)過內(nèi)外轉(zhuǎn)子霍爾位置信號采集電路和光電隔離與驅(qū)動放大電路，輸入到雙轉(zhuǎn) 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)DSP控制器。
[0037] 參照附圖2,雙轉(zhuǎn)無刷直流電機由內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子霍爾盤、外轉(zhuǎn)子霍爾盤、 內(nèi)軸、外軸、滑環(huán)等構(gòu)成。
[0038] 參照附圖3,雙轉(zhuǎn)無刷直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由參考轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速檢測、轉(zhuǎn)速控制 器、參考電流、電流檢測、電流控制器、PWM調(diào)制、逆變器、雙轉(zhuǎn)無刷直流電機本體組成。電