一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法技术

本发明专利技术公开了一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，涉及电机技术领域，该方法利用三扇区平均速度补偿方法中存在的位置偏差分量的数学模型，利用变参数的PI型锁相环进行位置估计，该方法对一定范围内的霍尔安装偏差具有较强的鲁棒性，适应了不同偏差情况下位置估计精度，采用以电角速度为基础的归一化锁相环参数设计，保证了在不同转速下同等的观测效果。

【技术实现步骤摘要】
一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法
本专利技术涉及电机
，尤其是一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)以其效率高、功率密度大等优点在新能源电动车和小功率伺服系统中的应用日益广泛，而其矢量控制策略因其控制性能优越在工业中被大量采用。高性能的矢量控制系统以电机转子位置的精确检测为基础，目前主要有高精度位置传感器矢量控制方案、无位置传感器矢量控制方案和低精度位置传感器矢量控制方案三种：(1)高精度位置传感器矢量控制方案利用高精度位置传感器检测电机转子位置，应用最多的是旋转变压器和高精度光栅编码器，但位置解码电路复杂且成本相对较高。(2)无位置传感器矢量控制方案主要以反电势观测和高频信号注入法为主，总体上尚未成熟，在对系统可靠性要求较高的场合无法有效应用。(3)低精度位置传感器矢量控制方案介于前两者之间，是利用低精度霍尔位置传感器检测转子位置，可靠性较高且实现方式较简单、成本较低，在工程应用中日益增多。但在低精度位置传感器矢量控制方案中，霍尔信号和电机转子位置存在确定的关系，当霍尔传感器存在安装偏差时会导致位置估计精度低的问题，影响系统控制的准确性。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，包括如下步骤：在永磁同步电机运行时，通过安装在转子周围的三个霍尔传感器获取三路霍尔信号，根据霍尔信号将转子一周分为六个霍尔扇区；利用上一次霍尔检测计算得到的位置信号以及前三个连续的霍尔扇区的时间计数平均值进行线性插值得到当前霍尔检测计算得到的位置信号；将当前霍尔检测计算得到的位置信号和位置信号估算值按照公式sinθHallcosθes-cosθHallsinθes计算得到角度的偏差信号，将偏差信号作为PI型锁相环的输入；其中，θHall表示当前霍尔检测计算得到的位置信号，θes表示位置信号估算值；确定实时电角速度并根据实时电角速度和带宽下限确定PI锁相环的实时截止频率，PI型锁相环根据实时截止频率对偏差信号进行调节，并将PI型锁相环的输出作为位置信号估算值进行闭环反馈直至偏差信号达到0；根据PI型锁相环的输出得到转子位置角度。其进一步的技术方案为，偏差信号θerr(ωet)的表达式为：其中θoffset为直流分量，直流分量的取值与三个霍尔传感器的霍尔偏差角度存在对应关系；表示交流偶次分量，an和bn均为参数，n为参数，ωe表示电角速度参数；则PI型锁相环包括串联的陷波器和PI调节器，PI型锁相环根据实时截止频率滤除偏差信号中的交流偶次分量，根据三个霍尔传感器的霍尔偏差角度滤除偏差信号中的直流分量。其进一步的技术方案为，偏差信号中的直流分量为其中，θHa、θHb、θHc分别表示三个霍尔传感器的霍尔偏差角度。其进一步的技术方案为，根据实时电角速度和带宽下限确定PI锁相环的实时截止频率，包括确定实时截止频率为实时电角速度或带宽下限，实时截止频率ωc的取值为：其中，表示实时电角速度，ωth表示带宽下限。其进一步的技术方案为，确定实时电角速度包括确定实时电角速度为：其中，表示实时电角速度，Tav6表示前6个连续的霍尔扇区的时间计数平均值，Ti-j表示前第j+1个霍尔扇区的时间计数值，0≤j≤5，Tb为控制器定时器的时基且单位为秒。其进一步的技术方案为，利用上一次霍尔检测计算得到的位置信号以及前三个连续的霍尔扇区的时间计数平均值进行线性插值得到当前霍尔检测计算得到的位置信号，包括确定当前霍尔检测计算得到的位置信号为：其中，θHall表示当前霍尔检测计算得到的位置信号，K是最近一次霍尔跳变发生的时间计数值，Tav3表示前3个连续的霍尔扇区的时间计数平均值，Ti-k表示前第k+1个霍尔扇区的时间计数值，0≤k≤2。本专利技术的有益技术效果是：本专利提供了一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，针对PMSM霍尔位置存在偏差时，三扇区平均速度位置补偿方法存在的问题，提出了采用一种N-PI型变参数PLL的位置估计方法，该方法对一定范围内的霍尔安装偏差具有较强的鲁棒性，适应了不同偏差情况下位置估计精度，采用以电角速度为基础的归一化锁相环参数设计，保证了在不同转速下同等的观测效果。附图说明图1是本申请的方法的逻辑流程图。图2是霍尔传感器的安装示意图以及霍尔偏差角度示意图。图3是补偿结果示意图。图4是本申请的方法在750rpm-1500rpm加速中的位置和速度效果图。图5是采用本申请的方法补偿时与采用传统单扇区补偿时的对比效果图。图6是采用本申请的方法补偿时与采用传统单扇区补偿时的电流控制效果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。本申请公开了一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，请结合图1所示的流程图，该方法的过程及原理如下：在永磁同步电机运行时，通过安装在转子周围中心的三个霍尔传感器获取三路霍尔信号，根据霍尔信号将转子一周分为六个霍尔扇区。当永磁同步电机(PMSM)采用低精度的霍尔传感器检测转子的位置时，如图2所示，理论上三个霍尔传感器Ha、Hb、Hc应该安装在转子周围(通常安装在定子上)互差120°电角度的位置，当转子匀速旋转的过程中，三个霍尔传感器通过检测磁场变化产生三个互差120°电角度的方波信号，在一个电周期内，三个霍尔信号共输出六个状态。在Ha检测到磁场极性跳变的时候，正好是A相绕组反电势过零的时刻，当转子转过180°电角度时，Ha完成一个上升沿和一个下降沿的检测，Hb、Hc也检测到一次磁场过零，从而将转子转过的位置分为三个霍尔扇区，在每个霍尔扇区的时记为T1、T2、T3，同理，在180°～360°电角度的三个霍尔扇区的时间记为T4、T5、T6，当霍尔传感器的位置没有偏差且电机匀速旋转时T1～T6相等。当三个霍尔传感器发生位置偏差时，假设三个霍尔传感器的霍尔偏差角度依次为θHa、θHb、θHc，如图2中所示，以三个霍尔传感器互差120°的安装位置为三个霍尔传感器的理论安装位置，霍尔偏差角度是霍尔传感器的实际安装位置与理论安装位置之间的角度差，霍尔偏差角度的正负表示实际安装位置相对于理论安装位置的顺逆时针的不同，比如在本申请中，假设当实际安装位置相对于理论安装位置存在顺时针的偏差时、霍尔偏差角度为正，反之为负，图2以三个霍尔偏差角度均为正为例。这时如果三个霍尔传感器的霍尔偏差角度互不相等，则检测到六个霍尔扇区时间T1～T6不再满足相等关系，因为同一个霍尔传感器检测到的是电机一个完整的180°电角度跳变，所以同一个霍尔传感器检测到的方波信号依然满足50％占空比，即在如下式(1)中，三个霍尔信号的脉宽时间THa_sum、THb_sum、THc_sum均分别和理想时相同，同时，T1与T4、T2与T5、T3与T6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：/n在永磁同步电机运行时，通过安装在转子周围的三个霍尔传感器获取三路霍尔信号，根据霍尔信号将转子一周分为六个霍尔扇区；/n利用上一次霍尔检测计算得到的位置信号以及前三个连续的霍尔扇区的时间计数平均值进行线性插值得到当前霍尔检测计算得到的位置信号；/n将当前霍尔检测计算得到的位置信号和位置信号估算值按照公式sinθ

【技术特征摘要】
1.一种变参数的霍尔传感器永磁同步电机转子位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：
在永磁同步电机运行时，通过安装在转子周围的三个霍尔传感器获取三路霍尔信号，根据霍尔信号将转子一周分为六个霍尔扇区；
利用上一次霍尔检测计算得到的位置信号以及前三个连续的霍尔扇区的时间计数平均值进行线性插值得到当前霍尔检测计算得到的位置信号；
将当前霍尔检测计算得到的位置信号和位置信号估算值按照公式sinθHallcosθes-cosθHallsinθes计算得到角度的偏差信号，将所述偏差信号作为PI型锁相环的输入；其中，θHall表示当前霍尔检测计算得到的位置信号，θes表示位置信号估算值；
确定实时电角速度并根据所述实时电角速度和带宽下限确定所述PI锁相环的实时截止频率，所述PI型锁相环根据所述实时截止频率对所述偏差信号进行调节，并将所述PI型锁相环的输出作为所述位置信号估算值进行闭环反馈直至所述偏差信号达到0；
根据所述PI型锁相环的输出得到转子位置角度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏差信号θerr(ωet)的表达式为：



其中θoffset为直流分量，所述直流分量的取值与三个霍尔传感器的霍尔偏差角度存在对应关系；表示交流偶次分量，an和bn均为参数，n为参数，ωe表示电角速度参数；
则所述PI型锁相环包括串联的陷波器和PI调节器，所述PI型锁相环根据实时截止频率滤除所述偏差信号中的交流偶次分量，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈正言，廖勇，
申请(专利权)人：无锡凌博电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32