电机位置获取方法和电机控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010884505.4 (22)申请日 2020.08.28 (71)申请人 中国海洋石油集团有限公司 地址 100010 北京市东城区朝阳门北大街 25号 申请人 中海油田服务股份有限公司 (72)发明人 王智明张峥张爽邵天宇 曲汉武张松炜喻添惠陈军 章玉平 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 解婷婷栗若木 (51)Int.Cl. H02P 6/16(2016.01) H02P 23/14(2006.01) (54)发明名称 一种。

2、电机位置获取方法和电机控制系统 (57)摘要 本申请实施例公开了一种电机位置获取方 法和电机控制系统， 方法包括： 针对每个预先设 置的采集时间段， 执行以下操作： 利用数据采集 卡在本采集时间段内的N个采样点对旋转变压器 输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到采样 结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和采样 频率所确定； 分别利用所采集的N个采样结果进 行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信 号和余弦信号的拟合函数； 分别根据拟合函数确 定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦 信号的幅值； 根据所确定的幅值进行反正切计 算， 得到当前时刻电机的位置信息。 通过本公开 的方案， 利。

3、用数据采集卡进行数据采集并对所采 集数据进行线性拟合， 可以获得更加准确的电机 实时位置。 权利要求书3页 说明书11页 附图2页 CN 112104270 A 2020.12.18 CN 112104270 A 1.一种电机位置获取方法， 应用于电气系统， 所述电气系统包括电机和旋转变压器， 其 特征在于， 所述旋转变压器并联数据采集卡， 所述方法包括： 针对每个预先设置的采集时间段， 执行以下操作： 利用所述数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点对所述旋转变压器输出的正弦信 号和余弦信号进行采集得到采样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和采样频率所确 定； 分别利用所采集的N个采样。

4、结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号 和余弦信号的拟合函数； 分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息。 2.根据权利要求1所述电机位置获取方法， 其特征在于， 所述分别利用所采集的N个采 样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数， 包括： 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的拟合函数进行线 性拟合处理； 分别得到相应的正弦信号的拟合函数和余弦信号的拟合函数； 其中， 所述预先设置的拟合函数为： ya0 sin(t)+a1 。

5、cos(t)+a2； 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器激励 信号的频率， Sampling rate表示采样频率， 3.根据权利要求2所述电机位置获取方法， 其特征在于， 所述分别根据所述拟合函数确 定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算公式， 得到旋转变压器输出的 正弦信号和余弦信号的幅值； 其中， 所述幅值计算公式， 包括： 或者KTcos ， KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压器输 出的正弦信号的幅值。 。

6、4.根据权利要求3所述电机位置获取方法， 其特征在于， 所述根据所确定的幅值进行反 正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息， 包括： 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位置信息 在直角坐标 系中的象限； 通过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正切计算， 确定当前时刻的电机 的位置信息 。 5.根据权利要求1所述电机位置获取方法， 其特征在于， 所述利用所述数据采集卡在本 时间段内的N个采样点对所述旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到的采样 结果之前， 方法还包括： 权利要求书 1/3 页 2 CN 112104270 A 2 预先设置所。

7、述数据采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 其中， 所述采集参数包括： 采样频率； 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 6.一种电机控制系统， 其特征在于， 所述控制系统包括： 电机、 旋转变压器、 数据采集 卡、 处理器， 其中， 所述旋转变压器并联所述采集卡； 所述电机， 用于输出正弦波形信号和余弦波形信号； 所述旋转变压器， 用于监测所述电机输出的正弦波形信号和余弦波形信号， 输出正弦 信号和余弦信号； 所述数据采集卡， 用于按照预先设置的采集时间段对所述旋转变压器输出的正弦信号 和余弦信号进行采集， 得到每个采集时间段内的N个采样点作为本采集时间段内的采样结 果， 其中，。

8、 N由预先设置的时间段的长度和采样频率所确定； 所述处理器， 针对每个预先设置的采集时间段， 分别执行以下操作： 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号 和余弦信号的拟合函数； 分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息。 7.根据权利要求6所述电机控制系统， 其特征在于， 所述处理器分别利用所采集的N个 采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数， 包 括： 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的拟合函数。

9、进行线 性拟合处理； 分别得到相应的正弦信号的拟合函数和余弦信号的拟合函数； 其中， 所述预先设置的拟合函数为： ya0 sin(t)+a1 cos(t)+a2； 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器激励 信号的频率， Sampling rate表示采样频率， 8.根据权利要求7所述电机控制系统， 其特征在于， 所述处理器分别根据所述拟合函数 确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算公式， 得到旋转变压器输出的 正弦信号和余弦信号的幅值； 其中， 所述幅值计算公。

10、式， 包括： 或者KTcos ， KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压器输 出的正弦信号的幅值。 9.根据权利要求8所述电机控制系统， 其特征在于， 所述根据所确定的幅值进行反正切 计算， 得到当前时刻电机的位置信息， 包括： 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位置信息 在直角坐标 权利要求书 2/3 页 3 CN 112104270 A 3 系中的象限； 通过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正切计算， 确定当前时刻的电机 的位置信息 。 10.根据权利要求6所述电机控制系统， 其特征在于， 所述数。

11、据采集卡用于按照预先设 置的采集时间段对所述旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集之前， 还用于： 预先设置所述数据采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 其中， 所述采集参数包括： 采样频率； 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 权利要求书 3/3 页 4 CN 112104270 A 4 一种电机位置获取方法和电机控制系统 技术领域 0001 本申请实施例涉及但不限于测井领域， 尤其涉及一种电机位置获取方法和电机控 制系统。 背景技术 0002 旋转变压器(本文可以简称旋变)作为位置传感器具有抗振动、 耐污强以及较宽温 度工作范围等优点， 即使在一些比如深海、 油井下的恶劣。

12、环境中， 旋转变压器仍然能够稳定 工作。 因此， 在一些极端环境中， 使用旋转变压器越来越多。 0003 为此， 许多专家学者对于如何从旋转变压器的旋变信号中读取脉冲器电机位置信 息进行了大量的研究。 一些技术中， 获取未知脉冲器电机的位置方法： 集成RDC芯片方法， 使用采集卡进行数据采集后使用锁相环进行数据处理和显示。 0004 方法一： 获取未知脉冲器电机位置的方法是使用集成RDC(resolver digital converter)芯片。 0005 集成RDC芯片的电机一次侧输入正弦信号由芯片自己产生， 但电机本身使用的是 内部自身的激励信号， 因此若需要使用RDC芯片来测量计算电机。

13、位置则需要同步电机自身 激励信号与RDC芯片产生的信号， 信号同步问题的工程难度较大。 0006 方法二： 使用数据采集卡进行数据采集后使用锁相环进行数据处理和显示。 0007 采用锁相环进行数据实现对位置的计算， 但锁相环的计算方式对信号的相位差相 当敏感， 同时由于激励信号和旋转变压器的输出信号的频率较高， 在数据采集卡进行采集 时容易由于采集时钟延迟问题出现相位差影响信号的相位关系。 因此， 在进行数据处理时， 要对信号进行插值处理， 这导致了难以进行实时处理的问题、 以及引入新的误差来源影响 测量精度。 发明内容 0008 以下是对本文详细描述的主题的概述。 本概述并非是为了限制权利要。

14、求的保护范 围。 0009 本公开提供了一种电机位置获取方法和电机控制系统， 可以获得准确的脉冲器电 机实时位置信息。 0010 本公开提供了一种电机位置获取方法， 应用于电气系统， 所述电气系统包括电机 和旋转变压器， 所述旋转变压器并联数据采集卡， 所述方法包括： 0011 针对每个预先设置的采集时间段， 执行以下操作： 0012 利用所述数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点对所述旋转变压器输出的正 弦信号和余弦信号进行采集得到采样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和采样频率 所确定； 0013 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦 信号和余弦。

15、信号的拟合函数； 说明书 1/11 页 5 CN 112104270 A 5 0014 分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的 幅值； 0015 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息。 0016 一种示例性的实施例中， 所述分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到 表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数， 包括： 0017 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的拟合函数进 行线性拟合处理； 0018 分别得到相应的正弦信号的拟合函数和余弦信号的拟合函数； 0019 其中， 所述预先设置的拟合函数为：。

16、 0020 ya0sin(t)+a1cos(t)+a2； 0021 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器 激励信号的频率， Sampling rate表示采样频率， 0022 0023 一种示例性的实施例中， 所述分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变压器输 出的正弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 0024 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算公式， 得到旋转变压器输 出的正弦信号和余弦信号的幅值； 0025 其中， 所述幅值计算公式， 包括： 0026或者KTcos ， 0027 KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正。

17、弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压 器输出的正弦信号的幅值。 0028 一种示例性的实施例中， 所述根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻 电机的位置信息， 包括： 0029 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位置信息 在直角 坐标系中的象限； 0030 通过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正切计算， 确定当前时刻的 电机的位置信息 。 0031 一种示例性的实施例中， 所述利用所述数据采集卡在本时间段内的N个采样点对 所述旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到的采样结果之前， 方法还包括： 0032 预先设置所述数据。

18、采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 0033 其中， 所述采集参数包括： 采样时钟源、 采样频率； 0034 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 0035 本公开还提供了一种电机控制系统， 所述控制系统包括： 电机、 旋转变压器、 数据 采集卡、 处理器， 其中， 所述旋转变压器并联所述采集卡； 0036 所述电机， 用于输出正弦波形信号和余弦波形信号； 0037 所述旋转变压器， 用于监测所述电机输出的正弦波形信号和余弦波形信号， 输出 正弦信号和余弦信号； 0038 所述数据采集卡， 用于按照预先设置的采集时间段对所述旋转变压器输出的正弦 说明书 2/11 页 6 CN 1。

19、12104270 A 6 信号和余弦信号进行采集， 得到每个采集时间段内的N个采样点作为本采集时间段内的采 样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和采样频率所确定； 0039 所述处理器， 针对每个预先设置的采集时间段， 分别执行以下操作： 0040 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输出的正弦 信号和余弦信号的拟合函数； 0041 分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的 幅值； 0042 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息。 0043 一种示例性的实施例中， 所述处理器分别利用所采集的N个采样结果进行线。

20、性拟 合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数， 包括： 0044 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的拟合函数进 行线性拟合处理； 0045 分别得到相应的正弦信号的拟合函数和余弦信号的拟合函数； 0046 其中， 所述预先设置的拟合函数为： 0047 ya0sin(t)+a1cos(t)+a2； 0048 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器 激励信号的频率， Sampling rate表示采样频率， 0049 0050 一种示例性的实施例中， 所述处理器分别根据所述拟合函数确定相对应的旋转变。

21、 压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 0051 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算公式， 得到旋转变压器输 出的正弦信号和余弦信号的幅值； 0052 其中， 所述幅值计算公式， 包括： 0053或者KTcos ， 0054 KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压 器输出的正弦信号的幅值。 0055 一种示例性的实施例中， 所述根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻 电机的位置信息， 包括： 0056 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位置信息 在直角 坐标系中的象限； 0057 通。

22、过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正切计算， 确定当前时刻的 电机的位置信息 。 0058 一种示例性的实施例中， 所述数据采集卡用于按照预先设置的采集时间段对所述 旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集之前， 还用于： 0059 预先设置所述数据采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 0060 其中， 所述采集参数包括： 采样时钟源、 采样频率； 0061 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 0062 本申请实施例提供了一种电机位置获取方法和电机控制系统， 方法包括： 针对每 说明书 3/11 页 7 CN 112104270 A 7 个预先设置的采集时间。

23、段， 执行以下操作： 利用数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点 对所述旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到的采样结果， 其中， N由预先设 置的时间段的长度和采样频率所确定； 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到 表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数； 分别根据拟合函数确定相对应的 旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到 当前时刻电机的位置信息。 通过本公开的方案， 利用数据采集卡进行数据采集并对采集数 据进行线性拟合， 可以获得更加准确的电机实时位置。 0063 在阅读并理解了附图和详细描述后， 可以明白其他方面。

24、。 附图说明 0064 图1为本申请实施例的电机位置获取方法的流程图； 0065 图2为本申请实施例的电机控制系统示意图； 0066 图3为一些示例性实施例中电机位置获取方法的流程图。 具体实施方式 0067 下文中将结合附图对本申请实施例进行详细说明。 需要说明的是， 在不冲突的情 况下， 本申请实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。 0068 在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中 执行。 并且， 虽然在流程图中示出了逻辑顺序， 但是在某些情况下， 可以以不同于此处的顺 序执行所示出或描述的步骤。 0069 随钻测井是指测井仪器在钻进时， 对井下的工程参数和。

25、地质参数进行测量并上 传。 在钻进过程中， 井下测量传感器测得工程参数及地层参数。 将这些测得的参数(通常为 模拟信号)， 通过数据编码器， 转换为数字信号。 数字信号经过控制电路调制， 调制后的控制 信号将传递给驱动电路。 驱动电路驱动控制电机运动， 电机按着控制电路给定的控制信号 进行运动， 带动摆动阀泥浆脉冲发生器转子按照相应的轨迹旋转或摆动， 摆动阀脉冲发生 器的定转子剪切流经的流体， 产生泥浆压力波信号； 这些泥浆压力波信号， 经过钻杆内泥浆 传输到地面立管上， 数据采集系统对地面立管上压力传感器进行压力信号采集； 通过解调 系统对井下的压力信号进行解析， 传输上来的泥浆脉冲信号转换。

26、为井下工程参数和地层参 数。 0070 该项技术包含的主要技术特征如下。 0071 1)控制对象为伺服电机， 位置检测为旋转变压器。 0072 2)电机输出的控制信息， 即运动方式包括： 运动轨迹， 帧结构。 0073 3)运动轨迹， 即电动机转子输出位置波形， 如正弦波、 方波、 三角波或半正弦波等。 0074 4)帧结构， 对于脉冲器来讲， 为了把井下是数据传输到地面， 需要按着一定的格式 的帧结构来发送的。 0075 对于井下仪器， 超过3bps属于高速传输， 为了实现稳定解码， 对控制系统来说， 对 泥浆脉冲器的转子运动进行控制需要满足以下指标： 0076 1)帧结构帧结构主要包括特征。

27、信息、 同步信息、 数据信息、 校验等， 对于波形检测、 同步、 有效传输效率有较大的影响。 说明书 4/11 页 8 CN 112104270 A 8 0077 2)摆动频率第三代泥浆脉冲器一般为高频往复摆动或连续旋转， 一般摆动频率可 以高达40Hz以上， 摆动频率决定着载波频率， 较高的载波频率可以为丰富调制方式提供了 可能性， 在调制方式上， 多频的可以使用调频， 单一频率可以使用调相。 0078 3)电机功率运动轨迹决定着控制电机功率， 运动轨迹有方波、 三角波、 正弦波等， 不同的波形其执行功率也不同。 比如方波， 其转矩需求大， 消耗的功率大。 0079 4)压力波幅值运动轨迹的。

28、不同对压力波幅值的贡献也不同。 0080 5)运动位置和实际位置的误差这个误差包括幅值误差和相位误差， 需要进行分 析， 这两个误差需要控制在一定范围， 才能准确地把调制好的信号精确传输到地面。 0081 高速泥浆脉冲遥传系统中电机输出转矩带动脉冲器转子在特定的角度范围内往 复摆动， 这个角度一般不超过45 。 电机的实时位置对于电机的控制十分重要。 获得准确的 实时位置可以有效控制电机， 对电机运行过程中出现的异常状况也能提供分析数据。 针对 于该泥浆脉冲遥传系统， 本申请实施例提供一种电机位置获取方法。 0082 图1为本申请实施例的电机位置获取方法流程图， 如图1所示， 包括步骤100-。

29、103： 0083 步骤100.利用所述数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点对所述旋转变压器 输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到采样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和 采样频率所确定； 0084 步骤101.分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压器输 出的正弦信号和余弦信号的拟合函数； 0085 步骤102.分别根据拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信 号的幅值； 0086 步骤103.根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信息。 0087 在一些示例性实施例中， 该电机位置获取方法应用于电气系统， 该电气系统包括 电机和旋。

30、转变压器， 该旋转变压器并联数据采集卡， 旋转变压器输出的差分信号通过接线 端口输入到数据采集卡中。 在一些实施例中， 也可以采用其他型号的数据采集卡， 对于该数 据采集卡的类型并不具体限定。 0088 NI USB-6351的性能指标包括： 0089 1)X系列数据采集。 0090 2)16路模拟输入通道,1.25MS/s(单通道),1MS/s(多通道)； 16位分辨率,10V 2 路模拟输出,2.86MS/s,16位分辨率,10V。 3)24条数字I/O线(其中8条为10MHz硬件定时 线)。 0091 4)4路32位计数器/定时器,针对PWM、 编码器、 频率、 事件计数。 0092 5。

31、)高级定时和触发,配有NI-STC3定时和同步技术。 0093 6)支持Windows 7/Vista/XP操作系统。 0094 在步骤100中， 利用所述数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点对所述旋转变 压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集得到采样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长 度和采样频率所确定。 0095 在一些示例性实施例中， 利用数据采集卡进行数据采集之前， 预先设置数据采集 卡的采集参数和预先设置采集时间段； 其中， 采集参数包括： 采样时钟源、 采样频率； 采集时 间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 对于该采集时间段的设置， 可以根据具体情况进 说明书 5/11 页。

32、 9 CN 112104270 A 9 行设置， 此处所设置的五个周期是数据采集卡的默认参数。 0096 关于数据采集卡参数的设置包括： 0097 1、 关于采样时钟源的设置： 该时钟源将为数据采集卡提供时钟基准， 可以选择NI USB-6351自带的板上时钟， 该板上时钟的频率为10MHz。 在本实施例中， 采用了多通道采集 的模式， 数据采集卡根据采样时钟进行顺序采集， 即在10MHz时钟下进行3通道的采样， 理论 上采样频率最大为3.3MHz。 在实际的测试中， 当执行数据采样的采样率大于等于3MHz采样 率时， 数据采集卡无法运行。 在本实施例中， 设置采样频率Sampling rat。

33、e小于3MHz。 0098 2.采样频率和采样数： 该设置将会决定NI USB-6351在进行采集时的采样频率 Sampling rate以及根据预先设置的单次采样时间段， 计算出单次采样获取的数据个数。 0099 3.物理通道和接线端配置： 在进行电机位置采集的任务中， 电机的3路输出信号为 差分输出， 因此， 接线端配置也应当设置为差分。 0100 一些示例性实施例中， 由于旋转变压器相对零位置的偏转角度 变化频率远小于 旋转变压器的激励信号频率， 在旋转变压器的激励信号5个周期的时间段内可以将旋转 变压器相对零位置的偏转角度变化视为一个常数。 预先设置采集时间段， 可以设置为激励 信号的。

34、五个周期。 例如： 旋转变压器的激励信号频率是250khz， 电机的最大转速是每分钟 400转， 电机转动的频率为7hz， 读取激励信号5个周期时， 激励信号5个周期的时间段只占电 机转动周期的0.014， 在此处引入的误差也就只有0.014， 因此， 可以近似认为激励信号 的5个周期的时间段内， 电机也可以看做未动， 即在5个周期内旋转变压器相对零位置的偏 转角度变化视为一个常数。 0101 在步骤101中， 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表示旋转变压 器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数。 0102 一些示例性实施例中， 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法。

35、和预 先设置的拟合函数进行线性拟合处理； 0103 分别得到相应的正弦信号的拟合函数和余弦信号的拟合函数； 0104 其中， 所述预先设置的拟合函数为： 0105 ya0sin(t)+a1cos(t)+a2； 0106 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器 激励信号的频率即采样结果的数字角频率， Sampling rate表示采样频率， 0107 0108 一些示例性实施例中， 广义线性拟合的原理如下所示： 0109 假设线性拟合的拟合函数是yax+b， a、 b作为参拟合观测关系(x、 y)之间的关系。 0110 在广义线性拟合中， 拟合。

36、函数可以不局限为yax+b， 拟合函数是 0111 0112 其中， n是拟合函数的数量。 f0(x)f1(x).是拟合函数a0a1.为需要进行计算的 拟合结果参数。 0113 该广义线性拟合的过程就是通过观测点(x、 y)的集合， 假定关系式为 说明书 6/11 页 10 CN 112104270 A 10 0114 0115 最终使用最小二乘法获得关系参数的结果a的集合。 在本实施例中， 根据上述广义 线性拟合的原理进行线性拟合。 0116 在步骤102中， 分别根据拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余 弦信号的幅值； 0117 旋转变压器的输入为： 0118 INPUTKsi。

37、nt 0119 旋转变压器输出的两路正弦信号和余弦信号的数据(该数据是实际采集的数据) 为： 0120 OUTPUT1KTsintsin 0121 OUTPUT2KTsintcos 0122 在本实施例中， 进行线性拟合过程是将预设时间段内的看做了固定值， 进行线性 拟合， 拟合结果可以表示为： 0123 OUTPUT1 af(x)KTsin sint 0124 OUTPUT2 af(x)KTcos sint 0125 上述表达式中， KTsin 以及KTcos 是通过拟合运算得到的拟合结果。 0126 前面已经说明了默认参数的采集时间段内的 看作定值， 因此， 在每个预先设置的 采集时间段内。

38、拟合的KTsin 以及KTcos 可以看作定值。 在拟合函数的过程中， 通过拟合 函数获得输出的正弦信号和余弦信号的幅值， 但是数据采集卡所采集的数据并不是一个零 相位的Asint函数， 而是一个带相位信息的三角函数即Asin(t+)， 在该函数中相位 是未知的数， 并且是一个非固定的值， 因此， 设计拟合函数时采用sint进行拟合是无法正 确拟合的。 在本实施例中， 预先设计ya0sin(t)+a1cos(t)+a2拟合函数组合的形式， 该 拟合函数中， a2是用来补偿抵消可能产生的直流偏置， 在该拟合函数中设置参数a2目的是使 拟合的结果更为准确。 0127 根据三角函数的计算公式， 计算。

39、出函数的幅值： 0128 0129根据上述三角函数计算公式中， 可以计算拟合函数的幅值为：表示 Asin(t+)函数A，表示， 即： 0130 一些示例性实施例中， 所述分别根据拟合函数确定相对应的旋转变压器输出的正 弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算 公式， 得到旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 其中， 幅值计算公式， 包括： 0131 拟合出对应的旋转变压器输出的正弦或余弦信号函数ya0sin(t)+a1cos(t) +a2， 得到拟合函数的幅值：该幅值或KTcos 。 0132 其中， KTsin 为拟合的旋转变压器输出的。

40、正弦信号的幅值； KTcos 为拟合的旋 说明书 7/11 页 11 CN 112104270 A 11 转变压器输出的余弦信号的幅值。 0133 在步骤103中， 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻电机的位置信 息。 0134 一些示例性实施例中， 该计算是根据预先设置的采集时间段所采集的旋转变压器 输出的正弦信号和余弦信号， 虽然代表了本采集时间段中电机的位置信息， 但是由于在采 集时间段内， 将旋转变压器相对零位置的偏转角度变化很小， 电机也可以看做未动， 因此可 以将计算结果看成是当前时刻电机的位置信息。 0135 一些示例性实施例中， 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得。

41、到当前时刻电机的 位置信息， 包括： 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位置信息 在直角坐标系中的象限； 通过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正切计算， 确定当前时刻的电机的位置信息 。 0136 一些示例性实施例中， 获得旋转变压器拟合的正弦信号和余弦信号的幅值后， 就 相当于获得了KTsin 以及KTcos 两个参数， 将两个参数相除即可获得tan ， 然后进行反 正切计算获得 的取值。 但是通过tan 计算 的反正切函数的值域是该值域的 不 能表示电机的360度旋转状况。 在实际的计算过程中， 使用了arctan2函数进行反正切计算 得到。

42、当前时刻电机的位置信息， 过程包括： 0137 第一步， 将拟合所得的KTsin 以及KTcos 输入arctan2函数中； 0138 第二步， 判断KTsin 以及KTcos 两个参数的正负关系确定当前时刻电机的位置 信息 位于哪个象限； 0139 第三步， 通过计算确定 的取值作为当前时刻电机的位置信息。 0140 在本实施例中， 由于该arctan2函数函数的值域是- ， ， 通过计算确定 的取值 能够表示电机的360度旋转状况。 0141 一些示例性实施例中， 针对每个预先设置的采集时间段， 执行上述操作获得预先 设置的采集时间段中 的取值后， 反复执行上述实施例的操作， 即可获得连续。

43、的 的变化曲 线。 将曲线连成线就获得了电机的位置曲线。 0142 本公开还提供了一种电机控制系统， 控制系统包括： 电机、 旋转变压器、 数据采集 卡、 处理器， 其中， 所述旋转变压器并联所述采集卡； 电机用于输出正弦波形信号和余弦波 形信号； 旋转变压器用于监测所述电机输出的正弦波形信号和余弦波形信号， 输出正弦信 号和余弦信号； 数据采集卡用于按照预先设置的采集时间段对所述旋转变压器输出的正弦 信号和余弦信号进行采集， 得到每个采集时间段内的N个采样点作为本采集时间段内的采 样结果， 其中， N由预先设置的时间段的长度和采样频率所确定； 处理器， 针对每个预先设置 的采集时间段， 分别。

44、执行以下操作： 分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合， 得到表 示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数； 分别根据所述拟合函数确定相对应 的旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 根据所确定的幅值进行反正切计算， 得 到当前时刻电机的位置信息。 0143 一种示例性的实施例中， 所述处理器分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟 合， 得到表示旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的拟合函数， 包括： 分别利用所采集N 个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的拟合函数进行线性拟合处理； 分别得到 说明书 8/11 页 12 CN 112104270 A 12 相应的正弦信号的拟。

45、合函数和余弦信号的拟合函数； 其中， 所述预先设置的拟合函数为： 0144 ya0sin(t)+a1cos(t)+a2； 0145 其中， 上述拟合函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采样结果， 表示旋转变压器 激励信号的频率， Sampling rate表示采样频率， 0146 0147 一种示例性的实施例中， 所述处理器分别根据拟合函数确定相对应的旋转变压器 输出的正弦信号和余弦信号的幅值， 包括： 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照 幅值计算公式， 得到旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 其中， 所述幅值计算公 式， 包括： 0148或者KTcos ， 。

46、0149 KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压 器输出的正弦信号的幅值。 0150 一种示例性的实施例中， 所述根据所确定的幅值进行反正切计算， 得到当前时刻 电机的位置信息， 包括： 根据所获得的KTsin 以及KTcos 的正负关系确定当前电机的位 置信息 在直角坐标系中的象限； 通过所述KTsin 以及KTcos 相除得到的数据进行反正 切计算， 确定当前时刻的电机的位置信息 。 0151 一种示例性的实施例中， 所述数据采集卡用于按照预先设置的采集时间段对所述 旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号进行采集之前， 还用于： 0152 预先设置所。

47、述数据采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 0153 其中， 所述采集参数包括： 采样时钟源、 采样频率； 0154 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周期。 0155 下面用一个应用时的示例进行说明电机位置获取方法， 如图3所示， 包括下述步骤 S1-S5： 0156 步骤S1.旋转变压器并联数据采集卡。 0157 在本步骤中， 采用NI-6351型号采集卡， 该旋转变压器输出的信号通过差分端口输 入到采集卡中。 0158 步骤S2.预先设置数据采集卡的参数。 0159 在本步骤中， 预先设置所述数据采集卡的采集参数和预先设置采集时间段； 其中， 所述采集参数包括： 采样时钟源、 采。

48、样率； 所述采集时间段为旋转变压器激励信号的五个周 期。 0160 步骤S3.利用所述数据采集卡在本采集时间段内的N个采样点对旋转变压器输出 的正弦信号和余弦信号进行采集得到采样结果。 0161 在本步骤中， N由预先设置的时间段的长度和采样频率所确定。 0162 步骤S4.分别利用所采集的N个采样结果进行线性拟合。 0163 在本步骤中， 分别利用所采集N个采样结果， 采用广义线性拟合算法和预先设置的 拟合函数进行线性拟合处理， 包括： 0164 步骤S41.预先设置的拟合函数。 0165 在本步骤中， 结合广义线性拟合的原理以及旋转变压器工作的原理， 预先设计拟 说明书 9/11 页 13。

49、 CN 112104270 A 13 合函数为： 0166 ya0sin(t)+a1cos(t)+a2； 0167 其中， 上述拟合预先设计的函数中， a0、 a1和a2是未知参数； y表示采集卡所采集的 采样结果， 表示旋转变压器激励信号的频率， 该可以根据预先设置的Sampling rate采 样频率进行计算得到， ampling rate表示步骤S3所预先设置的采样频率， 0168 0169 步骤S42.根据N个采样结果拟合出旋转变压器输出的正弦信号的拟合函数。 0170 步骤S43.根据N个采样结果拟合出旋转变压器输出的余弦信号的拟合函数。 0171 步骤S5.分别根据所述拟合函数确定。

50、相对应的旋转变压器输出的正弦信号和余弦 信号的幅值。 0172 在本步骤中， 分别根据所确定的拟合函数的参数a0和a1， 按照幅值计算公式， 得到 旋转变压器输出的正弦信号和余弦信号的幅值； 0173 其中， 所述幅值计算公式， 包括： 0174或KTcos ， 0175 KTsin 为拟合的旋转变压器输出的正弦信号的幅值， KTcos 为拟合的旋转变压 器输出的正弦信号的幅值。 0176 根据步骤S42所拟合的函数确定旋转变压器输出的正弦信号的幅值。 根据步骤S43 所拟合的函数确定旋转变压器输出的余弦信号的幅值。 0177 步骤S6.根据所确定的幅值进行反正切计算。 0178 在本步骤中，。