永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路

modulation，脉冲宽度调制)模块、串行外设接口spi接口、smu(source measure unit，源测量单元)模块、转子位置容错单元；
12.其中，转子位置容错单元用于分别获取在所述硬件解码、所述软件解码和所述无传感器估算下对应的转子角度值，并根据基于所述硬件解码、所述软件解码和所述无传感器估算的故障状态设定的加权系数计算所述永磁同步电机的转子位置。
13.可选地，所述微处理器，还用于：
14.在无传感器估算时，基于所述adc模块和所述pwm模块获取上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值，并在所述上一次控制时刻的第二角度值和所述当前控制时刻的第二角度值偏差大于所述预设阈值时，判定出现无传感器估算故障，控制所述永磁同步电机停机并报警。
15.可选地，所述软硬件解码切换控制电路由至少一组mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金氧半场效晶体管)电路组成，其中，每组mosfet电路由两个的反向串联的mosfet构成。
16.可选地，所述的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，其特征在于，
17.其中，
18.所述mcu与所述旋转变压器解码芯片独立设置。
19.根据本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，通过旋转变压器解码芯片和励磁信号处理电路为旋转变压器初级绕组提供励磁信号并处理其正交差分信号，并解算出当前控制时刻的第一转子角度值；微处理器用于在当前与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于预设阈值时判定出现硬件解码故障并发送至逻辑控制电路；在软硬件解码切换控制电路将硬件解码切换至软件解码后，若永磁同步电机的电压值未处于预设电压区间则判定出现软件解码故障，将软件解码切换为无传感器估算并根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出永磁同步电机的转子位置。由此，解决了在旋转变压器出现故障或者解码芯片失效时，使控制系统获取的角度收到错误的值，从而导致永磁同步电机出现非预期的输出致使电机失去控制等问题，通过永磁同步电机软硬件解码和无传感器估算的冗余设计，提高了转子位置辨识的可靠性。
20.本技术第二方面实施例提供一种电动汽车，包括第一方面实施例所述的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路。
21.本技术第三方面实施例提供一种永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，采用第一方面实施例所述的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，包括以下步骤：
22.通过所述微处理器所述永磁同步电机当前控制时刻的第一转子角度值；
23.如果所述当前控制时刻的第一转子角度值与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于所述预设阈值，则判定出现硬件解码故障，并将硬件解码切换至软件解码；
24.判断所述永磁同步电机的电压值是否处于预设电压区间，并在所述电压值未处于所述预设电压区间时，则判定出现软件解码故障，将所述软件解码切换为无传感器估算；以及
25.根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出所述永磁同步电机的转子位
置。
26.可选地，根据所述永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，还包括：
27.分别获取在所述硬件解码、所述软件解码和所述无传感器估算下对应的转子角度值，并根据基于所述硬件解码、所述软件解码和所述无传感器估算的故障状态设定的加权系数计算所述永磁同步电机的转子位置。
28.可选地，根据所述永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，还包括：
29.在无传感器估算时，基于所述adc模块和所述pwm模块获取上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值，并在所述上一次控制时刻的第二角度值和所述当前控制时刻的第二角度值偏差大于所述预设阈值时，判定出现无传感器估算故障，控制所述永磁同步电机停机并报警。
30.可选地，根据所述永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，其中，由所述旋转变压器解码芯片解算出当前控制时刻的第一转子角度值。
31.根据本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，通过旋转变压器解码芯片和励磁信号处理电路为旋转变压器初级绕组提供励磁信号并处理其正交差分信号，并解算出当前控制时刻的第一转子角度值；微处理器用于在当前与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于预设阈值时判定出现硬件解码故障并发送至逻辑控制电路；在软硬件解码切换控制电路将硬件解码切换至软件解码后，若永磁同步电机的电压值未处于预设电压区间则判定出现软件解码故障，将软件解码切换为无传感器估算并根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出永磁同步电机的转子位置。由此，解决了在旋转变压器出现故障或者解码芯片失效时，使控制系统获取的角度收到错误的值，从而导致永磁同步电机出现非预期的输出致使电机失去控制等问题，通过永磁同步电机软硬件解码和无传感器估算的冗余设计，提高了转子位置辨识的可靠性。
32.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
33.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1为根据本技术实施例提供的一种永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路方框示意图；
35.图2为根据本技术一个实施例提供的一种永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路连接框图；
36.图3为根据本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法的流程图。
具体实施方式
37.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同
或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
38.下面参考附图描述本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路。针对上述

背景技术：
中心提到的在旋转变压器出现故障或者解码芯片失效时，使控制系统获取的角度收到错误的值，从而导致永磁同步电机出现非预期的输出致使电机失去控制等问题，本技术提供了一种永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，通过旋转变压器解码芯片和励磁信号处理电路为旋转变压器初级绕组提供励磁信号并处理其正交差分信号，并解算出当前控制时刻的第一转子角度值；微处理器用于在当前与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于预设阈值时判定出现硬件解码故障并发送至逻辑控制电路；在软硬件解码切换控制电路将硬件解码切换至软件解码后，若永磁同步电机的电压值未处于预设电压区间则判定出现软件解码故障，将软件解码切换为无传感器估算并根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出永磁同步电机的转子位置。由此，解决了在旋转变压器出现故障或者解码芯片失效时，使控制系统获取的角度收到错误的值，从而导致永磁同步电机出现非预期的输出致使电机失去控制等问题，通过永磁同步电机软硬件解码和无传感器估算的冗余设计，提高了转子位置辨识的可靠性。
39.具体而言，图1为本技术实施例所提供的一种永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的方框示意图。
40.如图1所示，该永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路10包括：微处理器100、驱动及逆变电路200、旋转变压器解码芯片300、逻辑控制电路400、软硬件解码切换控制电路500、励磁信号处理电路600、永磁同步电机700和旋转变压器800。
41.其中，在一些实施例中，微处理器100，包括：模/数转换器adc模块、脉冲宽度调制pwm模块、串行外设接口spi接口、源测量单元smu模块、转子位置容错单元；其中，转子位置容错单元用于分别获取在硬件解码、软件解码和无传感器估算下对应的转子角度值，并根据基于硬件解码、软件解码和无传感器估算的故障状态设定的加权系数计算永磁同步电机的转子位置。
42.进一步地，在一些实施例中，微处理器100，还用于：在无传感器估算时，基于adc模块和pwm模块获取上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值，并在上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值偏差大于预设阈值时，判定出现无传感器估算故障，控制永磁同步电机停机并报警。
43.具体而言，如图2所示，微处理器100分别与驱动及逆变电路200、旋转变压器解码芯片300、逻辑控制电路400、永磁同步电机700、旋转变压器800连接；旋转变压器解码芯片300分别与微处理器100的spi接口、逻辑控制电路400、软硬件解码切换控制电路500、旋转变压器800连接；软硬件解码切换控制电路500与微处理器100的脉冲宽度调制模块、励磁信号处理电路600、旋转变压器解码芯片300、逻辑控制电路400连接；励磁信号处理电路600与软硬件解码切换控制电路500、旋转变压器800连接；旋转变压器800与励磁信号处理电路600、微处理器100的adc模块、永磁同步电机700、旋转变压器解码芯片300连接；永磁同步电机700与微处理器100的adc模块、驱动及逆变电路200、旋转变压器800连接；驱动及逆变电路200与微处理器100的pwm模块、永磁同步电机700连接；逻辑控制电路400与微处理器100的信号测量单元连接。
44.其中，旋转变压器解码芯片300和励磁信号处理电路600为旋转变压器800的初级绕组提供励磁信号，并对旋转变压器800的正交差分信号进行处理后，由旋转变压器解码芯片300解算出当前控制时刻的第一转子角度值；微处理器100用于在当前控制时刻的第一转子角度值与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于预设阈值时判定出现硬件解码故障，将硬解码故障发送至逻辑控制电路400；并在软硬件解码切换控制电路500将硬件解码切换至软件解码后，判断永磁同步电机700的电压值是否处于预设电压区间，并在电压值未处于预设电压区间时判定出现软件解码故障，同时将软件解码切换为无传感器估算，并根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出永磁同步电机700的转子位置。
45.进一步地，硬件解码电路由旋转变压器解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器、微处理器mcu中的spi接口、smu模块组成。旋转变压器解码芯片配合励磁信号处理电路为旋转变压器初级绕组提供励磁信号，并结合硬解码调理电路处理旋转变压器的正余弦绕组响应信号(正交差分信号)，旋变解码芯片解算出角度并通过spi传输到mcu，硬件解码芯片可同时诊断出硬件解码系统的故障并通过spi发送至mcu。当硬件解码失效后，切换到由pwm模块、驱动及逆变电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器、微处理器中的smu模块、adc模块组成的软件解码电路。mcu的模拟数字转换器adc模块可提取出正余弦绕组响应信号的包络线，该包络线经过旋变软件解码算法得到转子角度；当软件解码失效后，系统仍能继续切换至由驱动及逆变电路、永磁同步电机、微处理器mcu中的pwm模块和adc模块组成的无传感器估算电路。mcu可根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出转子位置信息，从而使电机实现预期的输出。
46.其中，在本技术实施例中，微处理器100和旋转变压器解码芯片300相互独立，转子位置检测冗余装置可同时基于旋转变压器解码芯片300、软件解码、无传感器估算方案得到所需的转子位置信息；微处理器100还集成了转子位置容错单元，该单元可对三种方案得到的转子位置角进行加权求和，并实时对旋变硬解码方案、软件解码方案和无传感器估算方案进行故障诊断，进而实现转子位置检测的容错控制，从而确定永磁同步电机的转子位置。
47.进一步地，在无传感器估算时，若adc模块接收到的反馈信号电压值发生明显的异常变化，则判断为软件解码故障，上报故障并切换至无传感器估算方案并判断无传感器估算得到的本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差是否超出设定阈值，若角度值的偏差超出设定阈值，则判定无传感器估算失效，如果三种方式均出现故障，则判定转子位置检测装置失效，控制永磁同步电机停机并进行报警，否则，根据硬件解码、软件解码和无故障冗余估算的故障状态，赋予加权系数，并计算最终的转子位置。
48.需要说明的是，在硬件解码出现故障时，硬件解码对应的加权系数设置为0，在软件解码出现故障时，软件解码对应的加权系数设置为0，在无故障冗余估算出现故障时，无故障冗余估算对应的加权系数设置为0。
49.进一步地，在一些实施例中，软硬件解码切换控制电路由至少一组mosfet电路组成，其中，每组mosfet电路由两个的反向串联的mosfet构成。
50.具体地，在本技术实施例的电动汽车永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算冗余电路中，软硬件解码切换控制电路由一组或多组mosfet的电路组成，其中，每组电路由两个mosfet器件组成，且两个mosfet反向串联。
51.由此，通过旋转变压器软硬件解码和无传感器估算的冗余设计，当硬件解码出现故障后，切换到软件解码；当软件解码出现故障后，切换到无传感器估算，并用估算得到的角度信息作为系统所需数据，系统仍然可以完成指定功能，大大提高了转子位置辨识的可靠性。
52.为便于本领域技术人员进一步了解本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，下面结合永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路对应的切换方法进行进一步阐述。
53.具体地，永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路对应的切换方法，包括以下步骤：
54.s1，故障检测：当解码芯片失效或与旋变相关的硬件电路出现故障时，mcu的spi接口接收到的角度值发生异常变化；若spi接收到的角度值发生异常变化，则判断为硬件解码故障；
55.s2，硬件解码到软件解码切换：当cpu检测到本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差超过一定值，smu模块读取cpu中寄存器旋变故障标志位并输出故障信号到逻辑控制电路或者由旋转变压器解码芯片输出的信号给到逻辑控制电路，逻辑控制电路输出使能信号，上报故障，将软硬件解码切换控制电路切换到软件解码方案；
56.s3，判断adc模块接收到的反馈信号电压值是否发生明显的异常变化，若是，则判断为软件解码故障，上报故障并切换至无传感器估算方案；
57.s4，判断无传感器估算得到的本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差是否超出设定阈值，若是，则判定无传感器估算失效；
58.s5，判断旋变硬件解码故障标志、旋变软件解码故障标志、无传感器估算故障标志是否同时故障，若是，则判定转子位置检测装置失效，停机并报警，结束；否则，则进入步骤s6；
59.s6，计算最终的转子位置信息：根据三种方案的故障状态，赋予加权系数，并计算最终的转子位置，结束。
60.根据本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路，通过设置旋变硬件解码和软件解码及无传感器估算冗余三种方式，当旋变硬件解码出现故障时，能立即检测出故障，并输出故障信号去控制继电器迅速切换到软件解码，利用未故障的软件解码继续获取转子角度信息；当旋变硬件解码和软件解码方案检测都出错时，无传感器估计方案能根据容易测得的电信号估算出转子角度信息，并应用于永磁同步电机的磁场定向控制，有效提高了电机控制器的可靠性及安全性，且整个故障检测过程迅速，使用方便，整个切换过程快速并且电路简单、成本低。
61.其次参照附图描述根据本技术实施例提出的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法。
62.图3是本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法的流程图。
63.如图3所示，该永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法包括以下步骤：
64.在步骤s301中，通过微处理器永磁同步电机当前控制时刻的第一转子角度值。
65.在步骤s302中，如果当前控制时刻的第一转子角度值与上一次控制时刻的第一转子角度值的差值大于预设阈值，则判定出现硬件解码故障，并将硬件解码切换至软件解码。
66.在步骤s303中，判断永磁同步电机的电压值是否处于预设电压区间，并在电压值未处于预设电压区间时，则判定出现软件解码故障，将软件解码切换为无传感器估算。
67.在步骤s304中，根据两相旋转坐标系下的定子电压和电流量估算出永磁同步电机的转子位置。
68.进一步地，在一些实施例中，永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，还包括：
69.分别获取在硬件解码、软件解码和无传感器估算下对应的转子角度值，并根据基于硬件解码、软件解码和无传感器估算的故障状态设定的加权系数计算永磁同步电机的转子位置。
70.进一步地，在一些实施例中，永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，还包括：
71.在无传感器估算时，基于adc模块和pwm模块获取上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值，并在上一次控制时刻的第二角度值和当前控制时刻的第二角度值偏差大于预设阈值时，判定出现无传感器估算故障，控制永磁同步电机停机并报警。
72.进一步地，在一些实施例中，由旋转变压器解码芯片解算出当前控制时刻的第一转子角度值。
73.根据本技术实施例的永磁同步电机软硬件解码及无传感器估算的冗余电路的切换方法，通过设置旋变硬件解码和软件解码及无传感器估算冗余三种方式，当旋变硬件解码出现故障时，能立即检测出故障，并输出故障信号去控制继电器迅速切换到软件解码，利用未故障的软件解码继续获取转子角度信息；当旋变硬件解码和软件解码方案检测都出错时，无传感器估计方案能根据容易测得的电信号估算出转子角度信息，并应用于永磁同步电机的磁场定向控制，有效提高了电机控制器的可靠性及安全性，且整个故障检测过程迅速，使用方便，整个切换过程快速并且电路简单、成本低。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
76.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺
序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
77.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或n个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
78.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
79.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
80.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
81.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。