一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，由如下步驟組成：A)測(cè)量單個(gè)霍爾傳感器的安裝位置偏差角θ，并存儲(chǔ);B)啟動(dòng)電機(jī);C)計(jì)量霍爾傳感器在上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω＝360°/T；D)微處理器計(jì)算本360度電角度周期的轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置角α=ωt+θ;E)微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換：U=1×SINαV=Ev×SIN(α+120°)W=Ev×SIN(α+240°)來(lái)?yè)Q向，它算法簡(jiǎn)單，控制精確，節(jié)省微處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)資源，同時(shí)進(jìn)一步降低成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]常規(guī)的3相無(wú)刷電機(jī)需要安裝3個(gè)hall傳感器，通過(guò)常規(guī)的6步換相，才能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行，某些電機(jī)取消了 hall位置傳感器，但是需要較為復(fù)雜的算法來(lái)獲得轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置，尤其是正弦波驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，計(jì)算電機(jī)的位置需要知道電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而且估算的角度受電機(jī)參數(shù)變化影響嚴(yán)重，導(dǎo)致控制不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，算法簡(jiǎn)單，控制精確，節(jié)省微處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)資源，同時(shí)進(jìn)一步降低成本。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，所述的三相直流無(wú)刷電機(jī)包括電機(jī)實(shí)體和電機(jī)控制器，電機(jī)實(shí)體包括永磁轉(zhuǎn)子組件和定子組件，定子組件包括定子鐵芯和三相繞組(U、V、W)，電機(jī)控制器包括微處理器、逆變器和單個(gè)霍爾傳感器，所述的逆變器的輸出端連接三相繞組(u、v、w)，單個(gè)霍爾傳感器將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)送到微處理器，微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，其特征在于:該控制方法由如下步驟組成:
[0006]A)測(cè)量單個(gè)霍爾傳感器的安裝位置偏差角Θ，并存儲(chǔ)；
[0007]B)啟動(dòng)電機(jī):微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，使定子產(chǎn)生以一定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子以一定的速度VO旋轉(zhuǎn)起來(lái)，以使單個(gè)霍爾傳感器能連續(xù)穩(wěn)定檢測(cè)位置信號(hào)；
[0008]C)微處理器計(jì)量霍爾傳感器在上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的時(shí)間段T，得到上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω = 360° /T ；
[0009]D)微處理器計(jì)算本360度電角度周期的轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置角α =αη+Θ，其中ω為上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，t為時(shí)間；
[0010]E)微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，從而控制3相繞組(U、V、W)同時(shí)通電運(yùn)行，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換:
[0011]U=EvXSINa
[0012]V=EvXSIN(a+120。)
[0013]W=Ev X SIN (a+240。)
[0014]其中，Ev為各相繞組平均通電的電壓，即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a=0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a=60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a =120°和300°換向。
[0015]上述步驟E)中的Ev=Vdc XK，其中Vdc為電機(jī)的母線供電電壓，K為微處理器輸出PWM信號(hào)的占空比。[0016]上述步驟E)中可以引入相位超前角β，以消除電流滯后的影響，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換:
[0017]U=EvXSIN ( α + β )
[0018]V=EvXSIN(a+β+120。)
[0019]W=EvXSIN(a+β+240。)
[0020]即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α +β =0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α+β =60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α + β =120。和 300。換向。
[0021 ] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下效果:I)本發(fā)明采用單個(gè)單個(gè)霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，利用簡(jiǎn)單的控制算法得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，同時(shí)利用簡(jiǎn)單的算法控制3相繞組同時(shí)供電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，算法簡(jiǎn)單，控制精確，節(jié)省微處理器的運(yùn)轉(zhuǎn)資源，同時(shí)進(jìn)一步降低成本；2)可以引入相位超前角β，以消除電流滯后的影響，使控制更加精確。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0022]圖1是本發(fā)明的二相直流無(wú)刷電機(jī)電路原理圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的永磁轉(zhuǎn)子與霍爾傳感器的安裝示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明二相直流無(wú)刷電機(jī)的控制流程圖。
[0025]圖4是圖2的具體展開(kāi)圖。
[0026]圖5是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第一種工作狀態(tài)示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第二種工作狀態(tài)示意圖。
[0028]圖7是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第三種工作狀態(tài)示意圖。
[0029]圖8是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第四種工作狀態(tài)示意圖。
[0030]圖9是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第五種工作狀態(tài)示意圖。
[0031]圖10是本發(fā)明的逆變器的電子開(kāi)關(guān)第六種工作狀態(tài)示意圖。
[0032]【具體實(shí)施方式】:
[0033]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0034]如圖1至圖4所示，本發(fā)明是一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)包括電機(jī)實(shí)體和電機(jī)控制器，電機(jī)實(shí)體包括永磁轉(zhuǎn)子組件I和定子組件，定子組件包括定子鐵芯和三相繞組U、V、W，電機(jī)控制器包括微處理器、逆變器和單個(gè)霍爾傳感器HALL IC,所述的逆變器的輸出端連接三相繞組U、V、W，單個(gè)霍爾傳感器HALL IC將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)送到微處理器，微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，逆變器由6個(gè)電子開(kāi)關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6組成3個(gè)橋臂，微處理器輸出Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4、Ρ5、Ρ6等6路PWM信號(hào)分別控制電子開(kāi)關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的打開(kāi)或者斷開(kāi)。
[0035]本發(fā)明應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法由如下步驟組成:
[0036]Α)測(cè)量單個(gè)霍爾傳感器的安裝位置偏差角Θ，并存儲(chǔ)；
[0037]B)啟動(dòng)電機(jī):微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，使定子產(chǎn)生以一定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子以一定的速度VO旋轉(zhuǎn)起來(lái)，以使單個(gè)霍爾傳感器能連續(xù)穩(wěn)定檢測(cè)位置信號(hào)；
[0038]C)微處理器計(jì)量霍爾傳感器在上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的時(shí)間段Τ，得到上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω = 360° /T ；
[0039]D)微處理器計(jì)算本360度電角度周期的轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置角α=αη+θ，其中ω為上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，t為時(shí)間；
[0040]E)微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，從而控制3相繞組(U、V、W)同時(shí)通電運(yùn)行，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換:
[0041]U=EvXSINa
[0042]V=EvXSIN(a+120。)
[0043]W=Ev X SIN (a+240。)
[0044]其中，Ev為各相繞組平均通電的電壓，
[0045]即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a =0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a=60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a =120°和300。換向。
[0046]上述步驟E)中的Ev=VdcXK,其中Vdc為電機(jī)的母線供電電壓，K為微處理器輸出PWM信號(hào)的占空比。
[0047]上述步驟E)中可以引入相位超前角β，以消除電流滯后的影響，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換:
[0048]U=EvXSIN ( α + β )
[0049]V=EvXSIN(a +β +120° )
[0050]W=EvXSIN(a+β+240。)
[0051]即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α+β=0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α+β =60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α + β =120。和 300。換向。
[0052]本發(fā)明的原理是:采用單個(gè)霍爾傳感器HALL IC來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子位置，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所示，一個(gè)轉(zhuǎn)子有磁極對(duì)數(shù)P，那麼轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器測(cè)量出P個(gè)正弦波波形，即總電角度=PX 360°，圖2中有2對(duì)磁極，每對(duì)磁極由N極和S極組成，那麼轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器測(cè)量出2個(gè)正弦波波形，即總電角度=2X360° =720°，假設(shè)霍爾傳感器HALL IC安裝位置并不處于0°，而是有偏差，假設(shè)霍爾傳感器的安裝位置偏差角θ=10°，假設(shè)微處理器計(jì)量霍爾傳感器在上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的時(shí)間段0.5秒，得到上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω = 720° /秒，如圖5至圖10所示，可以計(jì)算出本360度電角度周期各電子開(kāi)關(guān)管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的工作狀態(tài):
[0053]圖5中，a =Cot+θ=0°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q3關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q4斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q5斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q6閉合，流過(guò)U相繞組的電流是由左至右，流過(guò)V相繞組的電流是由左至右，流過(guò)W相繞組的電流是由右至左；
[0054]圖6中，a =Cot+Θ =60°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q3斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q4閉合，電子開(kāi)關(guān)Q5斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q6閉合，流過(guò)U相繞組的電流是由左至右，流過(guò)V相繞組的電流是由右至左，流過(guò)W相繞組的電流是由右至左；
[0055]圖7中，a =Cot+θ=120°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q3斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q4閉合，電子開(kāi)關(guān)Q5閉合，電子開(kāi)關(guān)Q6斷開(kāi)，流過(guò)U相繞組的電流是由左至右，流過(guò)V相繞組的電流是由右至左，流過(guò)W相繞組的電流是由左至右；[0056]圖8中，a =Cot+Θ =180°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q2關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q3斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q4閉合，電子開(kāi)關(guān)Q5閉合，電子開(kāi)關(guān)Q6斷開(kāi)，流過(guò)U相繞組的電流是由右至左，流過(guò)V相繞組的電流是由右至左，流過(guò)W相繞組的電流是由左至右；
[0057]圖9中，α=ω?+θ=240°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q2關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q3閉合，電子開(kāi)關(guān)Q4斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q5閉合，電子開(kāi)關(guān)Q6斷開(kāi)，流過(guò)U相繞組的電流是由右至左，流過(guò)V相繞組的電流是由左至右，流過(guò)W相繞組的電流是由左至右；
[0058]圖10中，a =Cot+Θ =300°電角度時(shí)，電子開(kāi)關(guān)Ql斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q2關(guān)閉，電子開(kāi)關(guān)Q3閉合，電子開(kāi)關(guān)Q4斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q5斷開(kāi)，電子開(kāi)關(guān)Q6閉合，流過(guò)U相繞組的電流是由右至左，流過(guò)V相繞組的電流是由左至右，流過(guò)W相繞組的電流是由右至左；
[0059]轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)60度的電 角度回復(fù)到圖5的狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，所述的三相直流無(wú)刷電機(jī)包括電機(jī)實(shí)體和電機(jī)控制器，電機(jī)實(shí)體包括永磁轉(zhuǎn)子組件和定子組件，定子組件包括定子鐵芯和三相繞組(U、V、W)，電機(jī)控制器包括微處理器、逆變器和單個(gè)霍爾傳感器，所述的逆變器的輸出端連接三相繞組(U、V、W)，單個(gè)霍爾傳感器將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)送到微處理器，微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，其特征在于:該控制方法由如下步驟組成: A)測(cè)量單個(gè)霍爾傳感器的安裝位置偏差角Θ，并存儲(chǔ)； B)啟動(dòng)電機(jī):微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，使定子產(chǎn)生以一定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子以一定的速度VO旋轉(zhuǎn)起來(lái)，以使單個(gè)霍爾傳感器能連續(xù)穩(wěn)定檢測(cè)位置信號(hào)； C)微處理器計(jì)量霍爾傳感器在上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的時(shí)間段T，得到上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度ω = 360 /T ； D)微處理器計(jì)算本360度電角度周期的轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)位置角0=0^+0，其中(0為上一個(gè)360度電角度周期內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，t為時(shí)間； E)微處理器輸出6路PWM信號(hào)控制逆變器工作，從而控制3相繞組(U、V、W)同時(shí)通電運(yùn)行，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換: U=EvXSINa V=EvXSIN(a+120° ) W=EvX SIN(a+240。) 其中，Ev為各相繞組平均通電的電壓， 即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a =0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a=60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在a=120°和300。換向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，其特征在于:步驟E)中的Ev=Vdc XK，其中Vdc為電機(jī)的母線供電電壓，K為微處理器輸出PWM信號(hào)的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用單個(gè)霍爾傳感器的三相直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法，其特征在于:步驟E)中可以引入相位超前角β，以消除電流滯后的影響，各繞組的通電方向的切換按如下公式進(jìn)行切換:
U=EvXSIN ( α +β ) V=EvXSIN(a+β+120° ) W=EvXSIN(a+β+240。) 即U相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α+β=0°和180°換向；V相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α+β=60°和240°換向；W相繞組在一個(gè)360度電角度周期，在α + β =120。和 300。換向。
【文檔編號(hào)】H02P6/08GK103475282SQ201310390774
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】邊文清 申請(qǐng)人:中山大洋電機(jī)制造有限公司