CN101764553A - 一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法，其步骤：(1)通过三个开关型霍尔传感器输出六个离散的位置信号，把一个电周期分成6个扇区；(2)计算出上一扇区的平均速度ω_i-1，把上一扇区的速度作为当前扇区的速度，将电机转子速度v作为位置估算模式的切换值，转子位置估算方法：(21)如果电机运行速度v大于10Hz，转子当前位置为θ_id＝θ_i+ω_i-1*k*Ts，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；(22)如果电机运行速度v小于5Hz时，给定一个与指令速度一样频率的位置信号θ_id＝θ_i+v*k*Ts，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；(23)如果电机运行速度v在5Hz＜v＜10Hz时，设置一个速度滞环区。该方法控制永磁同步电机时，使用方便，所用设备体积小，成本低廉。

Description

一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机控制方法，具体地是涉及一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高、转矩脉动小等一系列优点，因此在现代交流运动控制***应用越来越广泛。相对于无刷直流电机而言，永磁同步电机的转矩控制性能更为优良。永磁同步电动机的控制***离不开对转子位置的检测，准确、可靠的转子位置检测装置是调速***运行的必要条件，转子位置检测方法分为有位置传感器法和无位置传感器法。有位置传感器法是在永磁同步电机转子轴上安装旋转变压器、光电编码器等，有位置传感器法虽然可以保证转子的位置精度，但传感器的存在增加了控制***的尺寸和成本，增加了转子的惯量，且传感器的性能易受到高温、潮湿等恶劣环境和的影响。无位置传感器法除去了机械位置传感器，简化了***设计，降低了***成本，但无位置控制算法复杂，位置检测精度不高，运行转速范围受到很大的限制。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法，该方法控制永磁同步电机，使用方便，所用设备体积小，成本低廉。

为达到上述目的，本发明的构思是：利用三个开关型霍尔位置传感器产生的6个离散信号，在高速区和低速区，用不同的估算方法，估算出转子实际位置，进而实现永磁同步电机正弦波驱动控制。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案：

一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法，其具体步骤如下：

(1)、通过安装在永磁同步电机定子上的三个开关型霍尔传感器输出方波信号，产生六个离散的位置信号，把一个电周期分成6个扇区，每个扇区为60度电角度；

(2)、计算出上一扇区的平均速度ω_i-1，把上一扇区的速度作为当前扇区的速度，将电机转子的运行速度v作为位置估算模式的切换值，具***置估算方法如下：

(21)、如果电机运行速度v大于10Hz时，转子当前位置估算为θ_id＝θ_i+ω_i-1*k*Ts，θ_i为当前扇区起始位置，θ_id为当前转子位置，k为采样次数，Ts为采样周期，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；

(22)、如果电机运行速度v小于5Hz时，转子位置估算为：给定一个与指令速度一样频率的位置信号θ_id＝θ_i+v*k*Ts，v为当前的指令速度，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；

(23)、如果电机运行速度v在5Hz＜v＜10Hz时，定义这个速度范围为滞环区，在滞环区内，沿用上一次位置估算模式，当速度由低到高过渡出该滞环区时，则转步骤(21)，当速度由高到低过渡出该滞环区时，则转步骤(22)。

本发明的一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法与现有技术相比具有的优点和效果是：该方法采用3个开关型霍尔传感器代替机械位置传感器，实现6个离散位置信号下多个转子位置信号的估计，省去了光电编码盘、旋转变压器等位置检测设备。该方法控制永磁同步电机驱动时，使用方便，所用设备体积小，成本低廉。

附图说明

图1为永磁同步电机开关型霍尔传感器的安装位置的示意图；

图2为开关型霍尔传感器产生的离散信号图；

图3为本发明的一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法的控制结构框图；

图4为转子位置估算示意图；

图5为高、低速区估算位置切换图。

具体实施方式

下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明的一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法，其具体步骤如下：

(1)在永磁同步电机定子上固装三个开关型霍尔传感器H_a、H_b、H_c，开关型霍尔传感器H_a安装在永磁同步电机绕组A相的轴线处，开关型霍尔传感器H_b安装在永磁同步电机绕组B相的轴线处，开关型霍尔传感器H_c安装在永磁同步电机绕组C相的轴线处，如图1所示，图中A为绕组ax的轴线，B为绕组by的轴线，C为绕组cz的轴线。当转子转动时，每个开关型霍尔传感器输出一个上升沿和下降沿与转子磁场强度B的过零点相对应的方波信号，每一个电角度周期产生六个离散的位置信号，该6个离散的位置信号把一个电周期分成6个扇区，每个扇区为60度电角度，如图2所示，图中1～6为扇区编号，横坐标θ为转子位置。运用SVPWM调制技术，采用id＝0矢量控制方式对永磁同步电机进行控制，如图3所示，图中ω为转子机械角速度，n_ref为***给定的指令速度，i_d为dq轴坐标下的d轴分量，i_q为dq轴坐标下的q轴分量，i_a、i_b、i_c为三相电流。在DSP中开启一个定时器用来记录上一扇区作用时间T_i-1；使能DSP捕获中断，用来捕获霍尔信号的上升沿和下降沿；

(2)、计算出上一扇区的平均速度ω_i-1，把上一扇区的速度作为当前扇区的速度，当前转子的位置为θ_id＝θ_i+ω_i-1*k*Ts，θ_i为当前扇区起始位置，θ_id为当前转子位置，k为采样次数，Ts为采样周期，将电机转子的运行速度v作为位置估算模式的切换值，电机转子的运行速度v分别设定：v＞10Hz为高速区；v＜10Hz为低速区；5Hz＜v＜10Hz为滞环区，转子具***置估算如下：

(21)、如果电机转子运行在高速区时，转子位置估算如图4所示，图中校正点为DSP发生霍尔边沿捕获时刻，转子位置θ_i-1、θ_i、θ_i+1分别为离散的位置，当前扇区转子估计速度和角度为：

速度： ${\mathrm{\ω}}_{i-1}=\frac{\mathrm{\π}/3}{T_{i-1}}---\left(1\right)$

角度：θ_id＝θ_i+ω_i-1*k*Ts             (2)

${\mathrm{\θ}}_i\≤{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{id}}\≤{\mathrm{\θ}}_i+\frac{\mathrm{\π}}{3}---\left(3\right)$

式中，Ts为采样周期，k为采样次数，ω_i-1为上一扇区的平均速度，T_i-1为上一扇区所用时间。

当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正，以避免误差积累，如图2所示，图中虚线为霍尔信号边沿，所对应的横坐标角度为当前转子校正位置。

(22)、如果电机运行在低速区时，给定一个与指令速度一样频率的位置信号，当前扇区转子估计速度和角度为：

速度： ${\mathrm{\ω}}_{i-1}=\frac{\mathrm{\π}/3}{T_{i-1}}---\left(4\right)$

角度：θ_id＝θ_i+v*k*Ts            (5)

${\mathrm{\θ}}_i\≤{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{id}}\≤{\mathrm{\θ}}_i+\frac{\mathrm{\π}}{3}---\left(6\right)$

式中，v为电机给定的指令速度，Ts为采样周期，k为采样次数，ω_i-1为上一扇区的平均速度，T_i-1为上一扇区所用时间。

当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正，以避免误差积累，如图2所示，图中虚线为霍尔信号边沿，所对应的横坐标角度为当前转子校正位置。

(23)、如果电机运行在高速区时，用公式(1)(2)(3)来估算电机转子位置，如果运行在低速区时，切换用公式(4)(5)(6)来估算转子位置，为了避免在高、低速临界转速值附近两种控制方法频繁切换而造成电机响应变慢，甚至电机运行停止，设置一个滞环区，如图5所示，在滞环区内，沿用上一次位置估算模式，当速度由低到高过渡出该滞环区时，则转步骤(21)，当速度由高到低过渡出该滞环区时，，则转步骤(22)。

Claims (1)

1.一种开关型霍尔传感器的永磁同步电机控制方法，该方法利用三个开关型霍尔传感器产生的6个离散信号，在高速区和低速区，利用不同的位置估算方法，估算出转子实际位置，进而实现永磁同步电机正弦波驱动控制，其具体步骤如下：

(1)、通过安装在永磁同步电机定子上的三个开关型霍尔传感器输出方波信号，产生六个离散的位置信号，把一个电周期分成6个扇区，每个扇区为60度电角度；

(2)、计算出上一扇区的平均速度ω_i-1，把上一扇区的速度作为当前扇区的速度，将电机转子的运行速度v作为位置估算模式的切换值，具***置估算方法如下：

(21)、如果电机运行速度v大于10Hz时，转子当前位置估算为θ_id＝θ_i+ω_i-1*k*Ts，θ_i为当前扇区起始位置，θ_id为当前转子位置，k为采样次数，Ts为采样周期，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；

(22)、如果电机运行速度v小于5Hz时，转子位置估算为：给定一个与指令速度一样频率的位置信号θ_id＝θ_i+v*k*Ts，v为当前的指令速度，当发生霍尔边沿捕获时，对位置信号强制矫正；

(23)、如果电机运行速度v在5Hz＜v＜10Hz时，定义这个速度范围为滞环区，在滞环区内，沿用上一次位置估算模式，当速度由低到高过渡出该滞环区时，则转步骤(21)，当速度由高到低过渡出该滞环区时，则转步骤(22)。

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