專利名稱:一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機控制方法,具體地是涉及一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法。
背景技術(shù):
永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)矩脈動小等一系列優(yōu)點,因此在現(xiàn)代交流運動控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。相對于無刷直流電機而言,永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩控制性能更為優(yōu)良。永磁同步電動機的控制系統(tǒng)離不開對轉(zhuǎn)子位置的檢測,準確、可靠的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置是調(diào)速系統(tǒng)運行的必要條件,轉(zhuǎn)子位置檢測方法分為有位置傳感器法和無位置傳感器法。有位置傳感器法是在永磁同步電機轉(zhuǎn)子軸上安裝旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等,有位置傳感器法雖然可以保證轉(zhuǎn)子的位置精度,但傳感器的存在增加了控制系統(tǒng)的尺寸和成本,增加了轉(zhuǎn)子的慣量,且傳感器的性能易受到高溫、潮濕等惡劣環(huán)境和的影響。無位置傳感器法除去了機械位置傳感器,簡化了系統(tǒng)設(shè)計,降低了系統(tǒng)成本,但無位置控制算法復(fù)雜,位置檢測精度不高,運行轉(zhuǎn)速范圍受到很大的限制。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法,該方法控制永磁同步電機,使用方便,所用設(shè)備體積小,成本低廉。
為達到上述目的,本發(fā)明的構(gòu)思是利用三個開關(guān)型霍爾位置傳感器產(chǎn)生的6個離散信號,在高速區(qū)和低速區(qū),用不同的估算方法,估算出轉(zhuǎn)子實際位置,進而實現(xiàn)永磁同步電機正弦波驅(qū)動控制。
根據(jù)上述構(gòu)思,本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法,其具體步驟如下 (1)、通過安裝在永磁同步電機定子上的三個開關(guān)型霍爾傳感器輸出方波信號,產(chǎn)生六個離散的位置信號,把一個電周期分成6個扇區(qū),每個扇區(qū)為60度電角度; (2)、計算出上一扇區(qū)的平均速度ωi-1,把上一扇區(qū)的速度作為當(dāng)前扇區(qū)的速度,將電機轉(zhuǎn)子的運行速度v作為位置估算模式的切換值,具體位置估算方法如下 (21)、如果電機運行速度v大于10Hz時,轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置估算為θid=θi+ωi-1*k*Ts,θi為當(dāng)前扇區(qū)起始位置,θid為當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置,k為采樣次數(shù),Ts為采樣周期,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正; (22)、如果電機運行速度v小于5Hz時,轉(zhuǎn)子位置估算為給定一個與指令速度一樣頻率的位置信號θid=θi+v*k*Ts,v為當(dāng)前的指令速度,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正; (23)、如果電機運行速度v在5Hz<v<10Hz時,定義這個速度范圍為滯環(huán)區(qū),在滯環(huán)區(qū)內(nèi),沿用上一次位置估算模式,當(dāng)速度由低到高過渡出該滯環(huán)區(qū)時,則轉(zhuǎn)步驟(21),當(dāng)速度由高到低過渡出該滯環(huán)區(qū)時,則轉(zhuǎn)步驟(22)。
本發(fā)明的一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點和效果是該方法采用3個開關(guān)型霍爾傳感器代替機械位置傳感器,實現(xiàn)6個離散位置信號下多個轉(zhuǎn)子位置信號的估計,省去了光電編碼盤、旋轉(zhuǎn)變壓器等位置檢測設(shè)備。該方法控制永磁同步電機驅(qū)動時,使用方便,所用設(shè)備體積小,成本低廉。
圖1為永磁同步電機開關(guān)型霍爾傳感器的安裝位置的示意圖; 圖2為開關(guān)型霍爾傳感器產(chǎn)生的離散信號圖; 圖3為本發(fā)明的一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法的控制結(jié)構(gòu)框圖; 圖4為轉(zhuǎn)子位置估算示意圖; 圖5為高、低速區(qū)估算位置切換圖。
具體實施例方式 下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細說明。
本發(fā)明的一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法,其具體步驟如下 (1)在永磁同步電機定子上固裝三個開關(guān)型霍爾傳感器Ha、Hb、Hc,開關(guān)型霍爾傳感器Ha安裝在永磁同步電機繞組A相的軸線處,開關(guān)型霍爾傳感器Hb安裝在永磁同步電機繞組B相的軸線處,開關(guān)型霍爾傳感器Hc安裝在永磁同步電機繞組C相的軸線處,如圖1所示,圖中A為繞組ax的軸線,B為繞組by的軸線,C為繞組cz的軸線。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,每個開關(guān)型霍爾傳感器輸出一個上升沿和下降沿與轉(zhuǎn)子磁場強度B的過零點相對應(yīng)的方波信號,每一個電角度周期產(chǎn)生六個離散的位置信號,該6個離散的位置信號把一個電周期分成6個扇區(qū),每個扇區(qū)為60度電角度,如圖2所示,圖中1~6為扇區(qū)編號,橫坐標θ為轉(zhuǎn)子位置。運用SVPWM調(diào)制技術(shù),采用id=0矢量控制方式對永磁同步電機進行控制,如圖3所示,圖中ω為轉(zhuǎn)子機械角速度,nref為系統(tǒng)給定的指令速度,id為dq軸坐標下的d軸分量,iq為dq軸坐標下的q軸分量,ia、ib、ic為三相電流。在DSP中開啟一個定時器用來記錄上一扇區(qū)作用時間Ti-1;使能DSP捕獲中斷,用來捕獲霍爾信號的上升沿和下降沿; (2)、計算出上一扇區(qū)的平均速度ωi-1,把上一扇區(qū)的速度作為當(dāng)前扇區(qū)的速度,當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置為θid=θi+ωi-1*k*Ts,θi為當(dāng)前扇區(qū)起始位置,θid為當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置,k為采樣次數(shù),Ts為采樣周期,將電機轉(zhuǎn)子的運行速度v作為位置估算模式的切換值,電機轉(zhuǎn)子的運行速度v分別設(shè)定v>10Hz為高速區(qū);v<10Hz為低速區(qū);5Hz<v<10Hz為滯環(huán)區(qū),轉(zhuǎn)子具體位置估算如下 (21)、如果電機轉(zhuǎn)子運行在高速區(qū)時,轉(zhuǎn)子位置估算如圖4所示,圖中校正點為DSP發(fā)生霍爾邊沿捕獲時刻,轉(zhuǎn)子位置θi-1、θi、θi+1分別為離散的位置,當(dāng)前扇區(qū)轉(zhuǎn)子估計速度和角度為 速度 角度θid=θi+ωi-1*k*Ts (2) 式中,Ts為采樣周期,k為采樣次數(shù),ωi-1為上一扇區(qū)的平均速度,Ti-1為上一扇區(qū)所用時間。
當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正,以避免誤差積累,如圖2所示,圖中虛線為霍爾信號邊沿,所對應(yīng)的橫坐標角度為當(dāng)前轉(zhuǎn)子校正位置。
(22)、如果電機運行在低速區(qū)時,給定一個與指令速度一樣頻率的位置信號,當(dāng)前扇區(qū)轉(zhuǎn)子估計速度和角度為 速度 角度θid=θi+v*k*Ts(5) 式中,v為電機給定的指令速度,Ts為采樣周期,k為采樣次數(shù),ωi-1為上一扇區(qū)的平均速度,Ti-1為上一扇區(qū)所用時間。
當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正,以避免誤差積累,如圖2所示,圖中虛線為霍爾信號邊沿,所對應(yīng)的橫坐標角度為當(dāng)前轉(zhuǎn)子校正位置。
(23)、如果電機運行在高速區(qū)時,用公式(1)(2)(3)來估算電機轉(zhuǎn)子位置,如果運行在低速區(qū)時,切換用公式(4)(5)(6)來估算轉(zhuǎn)子位置,為了避免在高、低速臨界轉(zhuǎn)速值附近兩種控制方法頻繁切換而造成電機響應(yīng)變慢,甚至電機運行停止,設(shè)置一個滯環(huán)區(qū),如圖5所示,在滯環(huán)區(qū)內(nèi),沿用上一次位置估算模式,當(dāng)速度由低到高過渡出該滯環(huán)區(qū)時,則轉(zhuǎn)步驟(21),當(dāng)速度由高到低過渡出該滯環(huán)區(qū)時,,則轉(zhuǎn)步驟(22)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法,該方法利用三個開關(guān)型霍爾傳感器產(chǎn)生的6個離散信號,在高速區(qū)和低速區(qū),利用不同的位置估算方法,估算出轉(zhuǎn)子實際位置,進而實現(xiàn)永磁同步電機正弦波驅(qū)動控制,其具體步驟如下
(1)、通過安裝在永磁同步電機定子上的三個開關(guān)型霍爾傳感器輸出方波信號,產(chǎn)生六個離散的位置信號,把一個電周期分成6個扇區(qū),每個扇區(qū)為60度電角度;
(2)、計算出上一扇區(qū)的平均速度ωi-1,把上一扇區(qū)的速度作為當(dāng)前扇區(qū)的速度,將電機轉(zhuǎn)子的運行速度v作為位置估算模式的切換值,具體位置估算方法如下
(21)、如果電機運行速度v大于10Hz時,轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置估算為θid=θi+ωi-1*k*Ts,θi為當(dāng)前扇區(qū)起始位置,θid為當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置,k為采樣次數(shù),Ts為采樣周期,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正;
(22)、如果電機運行速度v小于5Hz時,轉(zhuǎn)子位置估算為給定一個與指令速度一樣頻率的位置信號θid=θi+v*k*Ts,v為當(dāng)前的指令速度,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正;
(23)、如果電機運行速度v在5Hz<v<10Hz時,定義這個速度范圍為滯環(huán)區(qū),在滯環(huán)區(qū)內(nèi),沿用上一次位置估算模式,當(dāng)速度由低到高過渡出該滯環(huán)區(qū)時,則轉(zhuǎn)步驟(21),當(dāng)速度由高到低過渡出該滯環(huán)區(qū)時,則轉(zhuǎn)步驟(22)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)型霍爾傳感器的永磁同步電機控制方法,其步驟(1)通過三個開關(guān)型霍爾傳感器輸出六個離散的位置信號,把一個電周期分成6個扇區(qū);(2)計算出上一扇區(qū)的平均速度ωi-1,把上一扇區(qū)的速度作為當(dāng)前扇區(qū)的速度,將電機轉(zhuǎn)子速度v作為位置估算模式的切換值,轉(zhuǎn)子位置估算方法(21)如果電機運行速度v大于10Hz,轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置為θid=θi+ωi-1*k*Ts,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正;(22)如果電機運行速度v小于5Hz時,給定一個與指令速度一樣頻率的位置信號θid=θi+v*k*Ts,當(dāng)發(fā)生霍爾邊沿捕獲時,對位置信號強制矯正;(23)如果電機運行速度v在5Hz<v<10Hz時,設(shè)置一個速度滯環(huán)區(qū)。該方法控制永磁同步電機時,使用方便,所用設(shè)備體積小,成本低廉。
文檔編號H02P6/08GK101764553SQ201010023080
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者曾風(fēng)平, 鄭成勇, 章躍進 申請人:上海大學(xué)