電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括編碼器及電機，所述編碼器與所述電機同步轉(zhuǎn)動，所述系統(tǒng)還包括：連接到所述電機的電機控制器和分別與所述電機控制器及所述電機連接的信號采集單元，且所述電機控制器包括相位計算單元及停機控制單元；其中，所述信號采集單元，用于獲取所述電機的實際轉(zhuǎn)速；所述相位計算單元，用于提供設定的目標轉(zhuǎn)速并根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際轉(zhuǎn)速獲得定向相位及觀測相位；所述停機控制單元，用于通過將所述定向相位與所述觀測相位之間的差值與預設差值進行比較判斷所述編碼器是否掉線，并在所述編碼器掉線時控制所述電機停止運轉(zhuǎn)。本發(fā)明能及時發(fā)現(xiàn)編碼器掉線故障，避免出現(xiàn)電機抱死的現(xiàn)象。
【專利說明】電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及編碼器檢測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種編碼器掉線檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器，尤其在微型 車及低速車等低壓電動車上被廣泛應用。傳統(tǒng)的光電編碼器碼盤的材料為玻璃、金屬、塑 料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性及精度可以達到普通標準的一般要 求，但容易碎。金屬碼盤則直接以通和不通刻線，雖然不易碎但由于金屬有一定的厚度，精 度就有限制，其熱穩(wěn)定性較玻璃碼盤差一個數(shù)量級。塑料碼盤則較經(jīng)濟，成本低，但精度及 耐高溫性能卻達不到要求。
[0003] 因此現(xiàn)有的編碼器大多采用磁電式設計，通過磁感應器件、利用磁場的變化來產(chǎn) 生和提供轉(zhuǎn)子的位置信息。由于是采用磁器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碼盤，因而彌補了光電編碼器的 一些缺陷，具有抗震、耐腐蝕、耐污染、可靠性較高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
[0004] 如圖1所示，磁感應式編碼器包含兩路脈沖信號，A相信號與B相信號，信號輸出 均為方波，兩相之間一般正交90°。電機的實時轉(zhuǎn)速計算一般通過計算某一時間內(nèi)的編碼 器的脈沖數(shù)得到。
[0005] 在實際使用過程中，不可避免會有遇到編碼器掉線的情況。一旦編碼器掉線，反饋 速度異常，導致電機失控，車輛進入緊急制動。此情況若在車輛高速運行的過程中發(fā)生則很 可能引發(fā)事故，直接威脅駕駛員的生命安全。為此，編碼器掉線保護是很有必要的?，F(xiàn)有的 保護思想以掉線瞬間速度出現(xiàn)突變?yōu)橐罁?jù)，當前一拍和后一拍的速度偏差過大，且偏差維 持一段時間就報出掉線故障，啟動保護停機動作。
[0006] 已有技術(shù)方案根據(jù)前后多拍速度偏差過大為依據(jù)進行掉線判斷，判斷時間、過程 較長，最終確實可以報出掉線故障，但不能避免車輛出現(xiàn)編碼器掉線瞬間的緊急制動。因此 需要尋求實時性較高的掉線保護方案，在掉線瞬間出現(xiàn)緊急制動前啟動保護。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有編碼器掉線檢測方法判斷時間長且不能 避免車輛出現(xiàn)編碼器掉線瞬間的緊急制動的缺陷，提供一種能準確檢測磁感應式編碼器掉 線的編碼器檢測系統(tǒng)及方法。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種電動車編碼器掉線檢測系 統(tǒng)，包括編碼器及電機，所述編碼器與所述電機同步轉(zhuǎn)動，所述系統(tǒng)還包括：連接到所述電 機的電機控制器和分別與所述電機控制器及所述電機連接的信號采集單元，且所述電機控 制器包括相位計算單元及停機控制單元；其中，
[0009] 所述信號采集單元，用于獲取所述電機的實際轉(zhuǎn)速；
[0010] 所述相位計算單元，用于提供設定的目標轉(zhuǎn)速；根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際轉(zhuǎn) 速獲得定向相位及觀測相位；
[0011] 所述停機控制單元，用于通過將所述定向相位與所述觀測相位之間的差值與預設 差值進行比較判斷所述編碼器是否掉線；在所述編碼器掉線時控制所述電機停止運轉(zhuǎn)。
[0012] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)包括連接在所述電機控制 器與所述電機之間的三相逆變器，所述停機控制單元包括輸出電壓控制信號至所述三相逆 變器的反饋輸出單元，所述三相逆變器根據(jù)所述電壓控制信號生成電流控制信號至所述電 機；
[0013] 所述反饋輸出單元用于根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)速及設定的目標轉(zhuǎn)速分別獲得勵磁電流 給定值及力矩電流給定值；根據(jù)所述電機的輸入端的所述電流控制信號獲得的勵磁電流反 饋值及力矩電流反饋值與所述勵磁電流給定值及所述力矩電流給定值對電機進行反饋調(diào) T：
[0014] 根據(jù)所述勵磁電流給定值結(jié)合實際勵磁電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)后，生成勵 磁電壓信號；根據(jù)所述力矩電流的給定值與實際力矩電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，生成力 矩電壓信號；將所述力矩電壓信號及所述勵磁電壓信號進行坐標變換后生成電壓控制信號 輸出給三相逆變器以控制所述電機運轉(zhuǎn)。
[0015] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)中，所述相位計算單元包括定向相位獲 取單元，用于通過轉(zhuǎn)差計算獲得所述電機的定向相位：根據(jù)所述勵磁電流給定值以及所述 力矩電流給定值生成滑差，對所述滑差與所述實際轉(zhuǎn)速的和進行積分以獲得所述定向相 位。
[0016] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)中，所述相位計算單元包括觀測相位獲 取單元，用于根據(jù)所述電壓控制信號及所述電流控制信號生成觀測相位。
[0017] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)中，所述停機控制單元還包括相位比較 單元，所述相位比較單元內(nèi)設置預設偏差相位，在所述觀測相位與所述定向相位之間的差 值大于所述預設偏差相位時，判斷所述編碼器掉線。
[0018] 進一步地，本發(fā)明還提供了一種上述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法， 所述方法包括以下步驟：
[0019] 采集步驟：檢測所述編碼器的實際轉(zhuǎn)速；
[0020] 相位計算步驟：提供設定的目標轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際轉(zhuǎn)速分別 獲得定向相位及觀測相位；
[0021] 停機控制步驟：通過將所述定向相位與所述觀測相位之間的差值與預設差值進行 比較判斷所述編碼器是否掉線；在所述編碼器掉線時控制所述電機停止運轉(zhuǎn)。
[0022] 本發(fā)明述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法中，所述停機控制步驟包括反 饋輸出子步驟：
[0023] 根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)速及設定的目標轉(zhuǎn)速分別獲得勵磁電流給定值及力矩電流給定 值；根據(jù)所述電機的輸入端的電流控制信號獲得的勵磁電流反饋值及力矩電流反饋值與所 述勵磁電流給定值及所述力矩電流給定值對電機進行反饋調(diào)節(jié)：
[0024] 根據(jù)所述勵磁電流給定值結(jié)合實際勵磁電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)后，生成勵 磁電壓信號；根據(jù)所述力矩電流的給定值與實際力矩電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，生成力 矩電壓信號；將所述力矩電壓信號及所述勵磁電壓信號進行坐標變換后生成電壓控制信號 輸出給三相逆變器以控制所述電機運轉(zhuǎn)。
[0025] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法中，所述相位計算步驟還包 括定向相位獲取子步驟：通過轉(zhuǎn)差計算獲得所述電機的定向相位：根據(jù)所述勵磁電流給定 值以及所述力矩電流給定值生成滑差，對所述滑差與所述實際轉(zhuǎn)速的和進行積分以獲得所 述定向相位。
[0026] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法中，所述相位計算步驟還包 括觀測相位獲取子步驟：根據(jù)所述電壓控制信號及所述電流控制信號生成觀測相位。
[0027] 本發(fā)明所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法中，所述停機控制步驟還包 括相位比較子步驟：設置預設偏差相位，在所述觀測相位與所述定向相位之間的差值大于 所述預設偏差相位時，判斷所述編碼器掉線。
[0028] 實施本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，具有以下有益效果：本發(fā) 明通過在電機控制器中將觀測到的相位與給定的定向相位進行相位比較，一旦編碼器出現(xiàn) 掉線故障，觀測相位與定向相位之間的偏差會迅速增大，因此通過將相位偏差與預設的偏 差相比較，一旦超出預設偏差值，則上報編碼器掉線故障，電機停止，避免出現(xiàn)電機抱死的 現(xiàn)象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0030] 圖1是現(xiàn)有的電動車磁感應式編碼器的原理圖；
[0031] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的第一實施例的模塊框圖；
[0032] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的電機控制器的示意圖；
[0033] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的部分控制原理圖；
[0034] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的觀測相位運算原理圖。
【具體實施方式】
[0035] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0036] 請參閱圖2,為根據(jù)本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的第一實施例的模塊框 圖。本發(fā)明的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，包括同步轉(zhuǎn)動的編碼器20及電機40,還包括連 接到所述電機40的電機控制器10和分別與所述電機控制器10及所述電機40連接的信號 采集單元30。信號采集單元30,用于獲取電機40的實際轉(zhuǎn)速并將所獲取的實際轉(zhuǎn)速 傳遞至電機控制器10。三相逆變器50連接在電機控制器10與電機40之間。
[0037] 電機控制器10提供設定的目標轉(zhuǎn)速，根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際轉(zhuǎn)速 分別獲得定向相位0及觀測相位0，通過將定向相位0及觀測相位0之間的差值與 預設差值進行比較判斷編碼器20是否掉線，并在編碼器20掉線時通過三相逆變器50輸出 三相控制電流控制電機40停止運轉(zhuǎn)。
[0038] 進一步地，參考圖3,電機控制器10包括相位計算單元10b及停機控制單元10a。 其中，停機控制單元l〇a包括反饋輸出單元11及相位比較單元14,相位計算單元10b包括 定向相位獲取單元12及觀測相位獲取單元13。其中，反饋輸出單元11用于輸出電壓控制 信號至三相逆變器50,定向相位獲取單元12用于檢測定向相位0，觀測相位獲取單元13 用于檢測觀測相位0，相位比較單元14則用于對定向相位0及觀測相位0進行比較判 斷。三相逆變器50根據(jù)由反饋輸出單元11輸出的電壓控制信號生成電流控制信號并傳遞 至電機40。
[0039] 具體地，參考圖4,定向相位獲取單元12用于通過轉(zhuǎn)差計算獲得所述電機的定向 相位0。定向相位獲取單元12從三相逆變器50處獲得電流控制信號ia、ib，根據(jù)反饋輸出 單元11中生成的i及力矩電流給定值f；：生成滑差，對滑差與實際轉(zhuǎn)速《 ^的和進行 積分可獲得所述定向相位0。具體地，滑差根據(jù)以下公式獲得：
[0040]
【權(quán)利要求】
1. 一種電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，包括編碼器（20)及電機（40)，所述編碼器（20) 與所述電機（40)同步轉(zhuǎn)動，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：連接到所述電機（40)的電機控 制器（10)和分別與所述電機控制器（10)及所述電機（40)連接的信號采集單元（30)，且所 述電機控制器（10)包括相位計算單元（l〇b)及停機控制單元（10a);其中， 所述信號采集單元（30)，用于獲取所述電機（40)的實際轉(zhuǎn)速； 所述相位計算單元（l〇b)，用于提供設定的目標轉(zhuǎn)速并根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際 轉(zhuǎn)速獲得定向相位及觀測相位； 所述停機控制單元（l〇a)，用于通過將所述定向相位與所述觀測相位之間的差值與預 設差值進行比較判斷所述編碼器（20)是否掉線，并在所述編碼器（20)掉線時控制所述電 機（40)停止運轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括連 接在所述電機控制器（10)與所述電機（40)之間的三相逆變器（50)，所述停機控制單元 (l〇a)包括輸出電壓控制信號至所述三相逆變器的反饋輸出單元（11)，所述三相逆變器 (50)根據(jù)所述電壓控制信號生成電流控制信號至所述電機（40); 所述反饋輸出單元（11)用于根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)速及設定的目標轉(zhuǎn)速分別獲得勵磁電流 給定值及力矩電流給定值；根據(jù)所述電機（40)的輸入端的所述電流控制信號獲得的勵磁 電流反饋值及力矩電流反饋值與所述勵磁電流給定值及所述力矩電流給定值對電機（40) 進行反饋調(diào)節(jié)： 根據(jù)所述勵磁電流給定值結(jié)合實際勵磁電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)后，生成勵磁電 壓信號；根據(jù)所述力矩電流的給定值與實際力矩電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，生成力矩電 壓信號；將所述力矩電壓信號及所述勵磁電壓信號進行坐標變換后生成電壓控制信號輸出 給三相逆變器（50)以控制所述電機（40)運轉(zhuǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述相位計算單 元（l〇b)包括定向相位獲取單元（12)，用于通過轉(zhuǎn)差計算獲得所述電機的定向相位：根據(jù) 所述勵磁電流給定值以及所述力矩電流給定值生成滑差，對所述滑差與所述實際轉(zhuǎn)速的和 進行積分以獲得所述定向相位0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述相位計算單 元（l〇b)包括觀測相位獲取單元（13)，用于根據(jù)所述電壓控制信號及所述電流控制信號生 成觀測相位。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述停機控制單 元（10a)還包括相位比較單元（14)，所述相位比較單元（14)內(nèi)設置預設偏差相位，在所述 觀測相位與所述定向相位之間的差值大于所述預設偏差相位時，判斷所述編碼器掉線。
6. -種如權(quán)利要求1所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所 述方法包括以下步驟： 采集步驟：檢測所述編碼器（20)的實際轉(zhuǎn)速 相位計算步驟：提供設定的目標轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述目標轉(zhuǎn)速及所述實際轉(zhuǎn)速獲得定向 相位及觀測相位； 停機控制步驟：通過將所述定向相位與所述觀測相位之間的差值與預設差值進行比較 判斷所述編碼器（20)是否掉線；在所述編碼器（20)掉線時控制所述電機（40)停止運轉(zhuǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述 停機控制步驟包括反饋輸出子步驟： 根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)速及設定的目標轉(zhuǎn)速分別獲得勵磁電流給定值及力矩電流給定值；根 據(jù)所述電機（40)的輸入端的電流控制信號獲得的勵磁電流反饋值及力矩電流反饋值與所 述勵磁電流給定值及所述力矩電流給定值對電機（40)進行反饋調(diào)節(jié)： 根據(jù)所述勵磁電流給定值結(jié)合實際勵磁電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)后，生成勵磁電 壓信號；根據(jù)所述力矩電流的給定值與實際力矩電流的反饋值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，生成力矩電 壓信號；將所述力矩電壓信號及所述勵磁電壓信號進行坐標變換后生成電壓控制信號輸出 給三相逆變器（50)以控制所述電機（40)運轉(zhuǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述 相位計算步驟還包括定向相位獲取子步驟：通過轉(zhuǎn)差計算獲得所述電機的定向相位：根據(jù) 所述勵磁電流給定值以及所述力矩電流給定值生成滑差，對所述滑差與所述實際轉(zhuǎn)速的和 進行積分以獲得所述定向相位。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述 相位計算步驟還包括觀測相位獲取子步驟：根據(jù)所述電壓控制信號及所述電流控制信號生 成觀測相位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動車編碼器掉線檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述 停機控制步驟還包括相位比較子步驟：設置預設偏差相位，在所述觀測相位與所述定向相 位之間的差值大于所述預設偏差相位時，判斷所述編碼器（20)掉線。
【文檔編號】B60L3/00GK104494446SQ201410631628
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】黃華波 申請人:蘇州匯川技術(shù)有限公司