兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及方法
【專利摘要】一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及其方法，電磁感應電壓傳感器分別同帶有串行通信接口模塊的基于DSP的數據采集系統的第一信號接收管腳和第二信號接收管腳相連接，所述的基于DSP的數據采集系統還通過串行數據通信的接口同上位機相連接，所述的上位機帶有兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊包含有三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊,所述的上位機中還包含有VISA模塊，并結合其方法可有效避免現有技術中的還沒有這樣的技術來由于數據量的龐大動態觀測兩相旋轉坐標下的定子電壓至今無法通過簡便的方式來解決的缺陷。
【專利說明】兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于永磁同步電機【技術領域】，具體涉及一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及其方法。
【背景技術】
[0002]永磁同步電動機具有結構簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數高等優點，主要用于要求響應快速、調速范圍寬、定位準確的高性能伺服傳動系統和直流電機的更新替代電機。
[0003]在永磁同步電動機的運行過程中常常需要把定子電壓從三相旋轉坐標轉變到兩相旋轉坐標下的定子電壓以此操縱，現在卻缺乏一種方便簡單的針對永磁同步電動機的轉變到兩相旋轉坐標下的定子電壓的實時監測裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的提供一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及其方法，電磁感應電壓傳感器分別同帶有串行通信接口模塊的基于DSP的數據采集系統的第一信號接收管腳和第二信號接收管腳相連接，所述的基于DSP的數據采集系統還通過串行數據通信的接口同上位機相連接，所述的上位機帶有兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊包含有三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊，所述的上位機中還包含有VISA模塊，并結合其方法可有效避免現有技術中的還沒有這樣的技術來由于數據量的龐大動態觀測兩相旋轉坐標下的定子電壓至今無法通過簡便的方式來解決的缺陷。
[0005]為了克服現有技術中的不足，本發明提供了一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統及其方法的解決方案，具體如下:
[0006]一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，包括在永磁同步電機定子的三相繞組中的兩相繞組旁分別設置有第一電磁感應電壓傳感器I和第二電磁感應電壓傳感器2，所述的第一電磁感應電壓傳感器I和第二電磁感應電壓傳感器2能夠分別感應出所述的兩相繞組的電壓，所述的第一電磁感應電壓傳感器I和第二電磁感應電壓傳感器2分別同帶有串行通信接口模塊的基于DSP的數據采集系統4的第一信號接收管腳5和第二信號接收管腳6相連接，所述的基于DSP的數據采集系統4還通過串行數據通信的接口 8同上位機9相連接，所述的上位機9帶有兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10包含有三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊11，所述的上位機9中還包含有VISA模塊。
[0007]所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10還包括有人機交互界面，所述的人機交互界面包括操作界面部分與顯示界面部分，所述的操作界面部分為通過對操作界面的進行操作后就能經過兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10對上位機9發送指令；所述的顯示界面部分分為波形顯示部分和儀表顯示部分，所述的波形顯示部分能夠檢測到選定范圍內永磁同步電機的定子在兩相旋轉坐標系下的電壓數據的整個變化過程；所述的儀表顯示部分能夠穩定顯示永磁同步電機的定子在兩相旋轉坐標系下的電壓的數據。
[0008]所述的波形顯示部分通過波形顯示窗口顯示永磁同步電機的定子電壓的幅值-時間曲線，所述的儀器顯示部分包括有兩個圓弧狀刻度區域，所述的兩個圓弧狀刻度區域分別用來表示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值范圍以及永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值范圍，所述的兩個圓弧狀刻度區域的下方各自設置有一個指針狀圖標，所述的兩個圓弧狀刻度區域的上方分別設置有用來顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值的文本框以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值的文本框。
[0009]所述的操作界面部分包括串口參數設置部分、波形選擇部分、波形調整部分、控制部分以及波形顯示參數設置部分，所述的串口參數設置部分用于對串口通信的參數的初始化，所述的串口參數設置部分包括有用于串行端口號選擇的選擇框和用于設置串口通信波特率的文本框，所述的用于串行端口號選擇的選擇框中預設的選擇值為上位機9能夠識別的串行端口號，所述的波形顯示參數設置部分包括用來設置數據IQ格式的轉換模式的文本框、用來設置緩存大小的文本框以及用來設置采樣頻率的文本框，所述的波形調整部分包括用來選擇基于DSP的數據采集系統的通道的選擇按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量的游標開關按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量的游標開關按鈕、用來顯示被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值的文本框、用來顯示被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間的文本框、用于設置游標刻度值的文本框以及用于波形移動的左右拉條，所述的控制部分包括開始按鈕、暫停按鈕和停止按鈕，所述的開始按鈕、暫停按鈕和停止按鈕分別對被測波形執行啟動、暫停運行和終止運行的控制，所述的波形選擇部分包括用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形的點選框和用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形的點選框，這樣就能通過選擇后在波形顯示窗口顯示對應選擇的用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形圖或者用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形圖。
[0010]所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統的方法，步驟如下:
[0011]步驟1:首先啟動兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，第一電磁感應電壓傳感器I和第二電磁感應電壓傳感器2分別感應出所述的兩相繞組的電壓，以此對永磁同步電機定子的所述的兩相繞組的電壓進行數據采集，并把采集到的所述的兩相繞組的電壓值傳遞到基于DSP的數據采集系統4，并通過兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10運行人機交互界面，在人機交互界面上串口參數設置部分選擇串行端口號和串口通信波特率，并讓串口通信波特率同基于DSP的數據采集系統4中的串行通信接口模塊內設置的串口通信波特率一致；
[0012]步驟2:在兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10的其他地方對串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位進行設置，所述的對串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位設置的值分別同基于DSP的數據采集系統4中的串行通信接口模塊內設置的串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位設置的值一致；
[0013]步驟3:另外在用來設置數據IQ格式的轉換模式的文本框、用來設置緩存大小的文本框以及用來設置采樣頻率的文本框中分別進行對數據IQ格式的轉換模式、緩存大小以及采樣頻率的設置，通過用來選擇基于DSP的數據采集系統的通道的選擇按鈕進行對基于DSP的數據采集系統的通道的選擇，通過用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量的游標開關按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量的游標開關按鈕以及用于設置游標刻度值的文本框分別進行是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量做出選擇、是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量做出選擇以及設置游標刻度值；
[0014]步驟4:通過點選用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形的點選框或者用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形的點選框來選擇在波形顯示窗口顯示的電壓波形類別，這樣就完成了初始化設置；
[0015]步驟5:然后當點擊了開始按鈕后，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10就把測量指令通過串行數據通信的接口 8發送到基于DSP的數據采集系統4，所述的測量指令包括有初始化設置的信息，并且兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10在內存中設置有用來保存當前初始化設置的信息的數組，每次在保存當前初始化設置的信息之前，先把當前初始化設置的信息同上一次保存在該數組中的上一次初始化設置的信息相比較，如果有差異，就將當前初始化設置的信息保存到用來保存當前初始化設置的信息的數組中，如果沒有差異，用來保存當前初始化設置的信息的數組的數據保持不變；
[0016]步驟6:當基于DSP的數據采集系統4接收到經由串行數據通信的接口 8傳遞來的包括有初始化設置的信息的測量指令，就會根據初始化設置的信息中的選擇在波形顯示窗口顯示的電壓波形類別和對基于DSP的數據采集系統的通道的選擇把實時采集的同電壓波形類別相對應的電壓數據通過選擇的通道發送到上位機9中；
[0017]步驟7:上位機9接收到電壓數據后，兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10就設置緩存區來存儲接收到的電壓數據，串口通信每次以4個字節為一組的收發數據，接收到的電壓輸數據為IQ格式的數據，這樣再經過格式轉化將接收到的電壓輸數據轉換成普通十進制有符號數所表示的波形真實數據，格式轉化的具體方式為先判斷接收到的電壓輸數據的正負號屬性來導出有符號數，有符號數再經過逆運算即可得到波形真實數據，所述的波形真實數據包括永磁同步電機定子的所述的兩相繞組的電壓值，再通過永磁同步電機定子的三相繞組的電壓值之和為O的條件就能導出永磁同步電機定子的三相繞組中的另外一相繞組的電壓值，所述的永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值分別表示為Va、Vb和V。，兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊10中的三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊11根據永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值，所述的永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值按照公式(I)和公式(2)導出永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值，所述的永磁同步電機定子在兩相靜止坐標系下的a軸電壓值以及在兩相靜止坐標系下的β軸電壓值分別為1和Ve，所述的永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值分別為Vd和Θ表示d軸同a軸的夾角:
【權利要求】
1.一種兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，其特征在于包括在永磁同步電機定子的三相繞組中的兩相繞組旁分別設置有第一電磁感應電壓傳感器和第二電磁感應電壓傳感器，所述的第一電磁感應電壓傳感器和第二電磁感應電壓傳感器能夠分別感應出所述的兩相繞組的電壓，所述的第一電磁感應電壓傳感器和第二電磁感應電壓傳感器分別同帶有串行通信接口模塊的基于DSP的數據采集系統的第一信號接收管腳和第二信號接收管腳相連接，所述的基于DSP的數據采集系統還通過串行數據通信的接口同上位機相連接，所述的上位機帶有兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊包含有三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊，所述的上位機中還包含有VISA模塊。
2.根據權利要求1所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，其特征在于所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊還包括有人機交互界面，所述的人機交互界面包括操作界面部分與顯示界面部分，所述的操作界面部分為通過對操作界面的進行操作后就能經過兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊對上位機發送指令；所述的顯示界面部分分為波形顯示部分和儀表顯示部分，所述的波形顯示部分能夠檢測到選定范圍內永磁同步電機的定子在兩相旋轉坐標系下的電壓數據的整個變化過程；所述的儀表顯示部分能夠穩定顯示永磁同步電機的定子在兩相旋轉坐標系下的電壓的數據。
3.根據權利要求2所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，其特征在于所述的波形顯示部分通過波形顯示窗口顯示永磁同步電機的定子電壓的幅值-時間曲線，所述的儀器顯示部分包括有兩個圓弧狀刻度區域，所述的兩個圓弧狀刻度區域分別用來表示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值范圍以及永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值范圍，所述的兩個圓弧狀刻度區域的下方各自設置有一個指針狀圖標，所述的兩個圓弧狀刻度區域的上方分別設置有用來顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值的文本框以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值的文本框。
4.根據權利要求3所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統， 其特征在于所述的操作界面部分包括串口參數設置部分、波形選擇部分、波形調整部分、控制部分以及波形顯示參數設置部分，所述的串口參數設置部分用于對串口通信的參數的初始化，所述的串口參數設置部分包括有用于串行端口號選擇的選擇框和用于設置串口通信波特率的文本框，所述的用于串行端口號選擇的選擇框中預設的選擇值為上位機能夠識別的串行端口號，所述的波形顯示參數設置部分包括用來設置數據IQ格式的轉換模式的文本框、用來設置緩存大小的文本框以及用來設置采樣頻率的文本框，所述的波形調整部分包括用來選擇基于DSP的數據采集系統的通道的選擇按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量的游標開關按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量的游標開關按鈕、用來顯示被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值的文本框、用來顯示被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間的文本框、用于設置游標刻度值的文本框以及用于波形移動的左右拉條，所述的控制部分包括開始按鈕、暫停按鈕和停止按鈕，所述的開始按鈕、暫停按鈕和停止按鈕分別對被測波形執行啟動、暫停運行和終止運行的控制，所述的波形選擇部分包括用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形的點選框和用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形的點選框，這樣就能通過選擇后在波形顯示窗口顯示對應選擇的用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形圖或者用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形圖。
5.根據權利要求4所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統的方法，其特征在于，步驟如下: 步驟1:首先啟動兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測系統，第一電磁感應電壓傳感器和第二電磁感應電壓傳感器分別感應出所述的兩相繞組的電壓，以此對永磁同步電機定子的所述的兩相繞組的電壓進行數據采集，并把采集到的所述的兩相繞組的電壓值傳遞到基于DSP的數據采集系統，并通過兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊運行人機交互界面，在人機交互界面上串口參數設置部分選擇串行端口號和串口通信波特率，并讓串口通信波特率同基于DSP的數據采集系統中的串行通信接口模塊內設置的串口通信波特率一致； 步驟2:在兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊的其他地方對串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位進行設置，所述的對串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位設置的值分別同基于DSP的數據采集系統中的串行通信接口模塊內設置的串口通信的奇偶校驗位、數據比特位和停止位設置的值一致； 步驟3:另外在用來設置數據IQ格式的轉換模式的文本框、用來設置緩存大小的文本框以及用來設置采樣頻率的文本框中分別進行對數據IQ格式的轉換模式、緩存大小以及采樣頻率的設置，通過用來選擇基于DSP的數據采集系統的通道的選擇按鈕進行對基于DSP的數據采集系統的通道的選擇，通過用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量的游標開關按鈕、用來選擇是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量的游標開關按鈕以及用于設置游標刻度值的文本框分別進行是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的幅值進行測量做出選擇、是否對被選擇的基于DSP的數據采集系統的通道的時間進行測量做出選擇以及設置游標刻度值； 步驟4:通過點選用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓波形的點選框或者用于選擇顯示永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓波形的點選框來選擇在波形顯示窗口顯示的電壓波形類別，這樣就完成了初始化設置； 步驟5:然后當點擊了開始按鈕后，所述的兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊就把測量指令通過串行數據通信的接口發送到基于DSP的數據采集系統，所述的測量指令包括有初始化設置的信息，并且兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊在內存中設置有用來保存當前初始化設置的信息的數組，每次在保存當前初始化設置的信息之前，先把當前初始化設置的信息同上一次保存在該數組中的上一次初始化設置的信息相比較，如果有差異，就將當前初始化設置的信息保存到用來保存當前初始化設置的信息的數組中，如果沒有差異，用來保存當前初始化設置的信息的數組的數據保持不變； 步驟6:當基于DSP的數據采集系統接收到經由串行數據通信的接口 8傳遞來的包括有初始化設置的信息的測量指令，就會根據初始化設置的信息中的選擇在波形顯示窗口顯示的電壓波形類別和對基于DSP的數據采集系統的通道的選擇把實時采集的同電壓波形類別相對應的電壓數據通過選擇的通道發送到上位機中； 步驟7:上位機接收到電壓數據后，兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊就設置緩存區來存儲接收到的電壓數據，串口通信每次以4個字節為一組的收發數據，接收到的電壓輸數據為IQ格式的數據，這樣再經過格式轉化將接收到的電壓輸數據轉換成普通十進制有符號數所表示的波形真實數據，格式轉化的具體方式為先判斷接收到的電壓輸數據的正負號屬性來導出有符號數，有符號數再經過逆運算即可得到波形真實數據，所述的波形真實數據包括永磁同步電機定子的所述的兩相繞組的電壓值，再通過永磁同步電機定子的三相繞組的電壓值之和為O的條件就能導出永磁同步電機定子的三相繞組中的另外一相繞組的電壓值，所述的永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值分別表示為\、Vb和V。，兩相變換下的永磁同步電機定子電壓檢測模塊中的三相旋轉坐標到兩相旋轉坐標變換模塊根據永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值，所述的永磁同步電機定子的三相繞組中的A相繞組的電壓值、B相繞組的電壓值和C組繞組的電壓值按照公式(I)和公式(2)導出永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值，所述的永磁同步電機定子在兩相靜止坐標系下的a軸電壓值以及在兩相靜止坐標系下的β軸電壓值分別為^和￥0，所述的永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值分別為Θ表示d軸同a軸的夾角:
所述的永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系1，pJd軸電壓值以及在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值保存于緩存區中以備生成觀測波形，在數據存放時，每一次循環，數組都會經過向后移位將新讀取到的數據存放在緩存區最前面，數組尾部移出的數據將被剔除； 步驟8:把緩存區中的所述的永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值或者在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值送到波形顯示窗口針對對應的永磁同步電機的定子電壓以幅值-時間曲線的形式進行顯示，或者在儀器顯示部分通過指針狀圖標在圓弧狀刻度區域內標示并在對應的用來顯示所述的永磁同步電機定子在兩相旋轉坐標系下的d軸電壓值的文本框或者在兩相旋轉坐標系下的q軸電壓值的文本框中顯示電壓值。
【文檔編號】G01R19/25GK104166040SQ201410363997
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】宋奇吼, 于淑萍, 童巖峰, 徐百釧, 陳莉 申請人:南京鐵道職業技術學院
專業數控銑床產品供應商
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