一种永磁同步电机转角和转速的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种永磁同步电机转角和转速的测量方法及装置。所述方法包括：实时监测开关型霍尔传感器的输出电平状态，实时监测永磁同步电机的电流；基于永磁同步电机的电压和电流计算电动势及电角度；利用每个开关型霍尔传感器输出信号的跳变沿对应的电角度修正每个跳变沿处由电动势计算得到的电角度；基于相邻电平状态跳变沿之间的时间差计算第一转速，基于由电动势得到的电角度的微分计算第二转速，对两个转速进行融合得到电机转速。本发明专利技术采用开关型霍尔传感器替换了位置传感器，解决了现有技术存在的位置传感器成本高、接线多，成本高等问题；本发明专利技术基于两个维度得到的转角和转速的融合计算转角和转速，提高了转角和转速的测量精度。测量精度。测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机转角和转速的测量方法及装置


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种永磁同步电机转角和转速的测量方法及装置。

技术介绍

[0002]目前永磁同步电机的应用越来越广泛，控制精度要求也越来越高。永磁同步电机的数学模型是一个复杂的非线性模型，采用矢量控制方法，利用CLARK和PARK数学变换实现解耦，使其数学模型变成一个线性模型，等效成一个直流电机，更加容易控制。要实现电机矢量控制，须通过采用高分辨率的位置传感器获得精确的电机转子位置(电机电角度)和转速。主流的伺服电机位置传感器包括增量式编码器、绝对式编码器和旋转变压器，但这些位置传感器成本高、接线多，驱动器硬件电路复杂、成本高。
[0003]有鉴于此，本专利技术提出一种基于开关型霍尔传感器的永磁同步电机转角转速测量方法。开关型霍尔传感器成本很低，单个霍尔传感器每个电周期只输出高低两种电平的信号，即使3个相位角度相差1200的霍尔传感器组合每个电周期也只能输出6个位置信息，电机单圈分辨率为电机的极对数的6倍，因此分辨率仍较低，控制精度也较低。因此，如果只依靠开关型霍尔传感器获得位置信息，是无法满足控制精度要求的。为此，本专利技术利用永磁同步电机的感应电动势进行状态观测，计算得到电角度和转速，并利用开关型霍尔信号对电角度、转速进行修正，提高转角和转速的计算精度。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种永磁同步电机转角和转速的测量方法及装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种永磁同步电机转角和转速的测量方法，包括以下步骤：
[0007]实时监测每个开关型霍尔传感器的输出电平状态，利用设置的电流传感器实时监测永磁同步电机的电流；
[0008]基于永磁同步电机的电压和电流计算电动势，并基于所述电动势计算电角度；
[0009]确定每个开关型霍尔传感器输出信号的跳变沿对应的电角度，并利用所述电角度修正每个跳变沿处由电动势计算得到的电角度；
[0010]基于相邻电平状态跳变沿之间的时间差计算第一转速，基于由电动势得到的电角度的微分计算第二转速，对第一电转速和第二转速进行融合，得到永磁同步电机的转速。
[0011]进一步地，计算永磁同步电机电动势和电角度的方法包括：
[0012]对于基于两相定子静止坐标系即α、β坐标系的表贴式永磁同步电机，α、β轴电动势e
α
、e
β
分别为：
[0013][0014]式中，ψ
f
为转子永磁体在定子绕组感应生成的磁链幅值，p
n
为电机极对数，ω
r
为电机转速，θ
e
为电机电角度；
[0015]采用后向欧拉差分法，得到离散化方程：
[0016][0017]其中，
[0018][0019]x＝[i
α i
β e
α e
β
]T
，y＝[e
α e
β
]T
，u＝[u
α u
β
]T
[0020]式中，i
α
、i
β
分别为α、β轴的电流，u
α
、u
β
分别为α、β轴的电压，R、L分别为电机定子绕组的电阻和电感，T
s
为离散采样周期；
[0021]求解所述离散化方程得到e
α
、e
β
，按下式计算电角度：
[0022][0023]进一步地，开关型霍尔传感器的数量为3个，且等角度间隔安装，3个所述传感器的输出信号分别为H
u
、H
v
和H
w
；电机正转时，H
u
、H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为300
°
、60
°
和180
°
，H
v
和H
w
的下降沿对应的电角度分别为120
°
、240
°
和0
°
；电机反转时，H
u
、H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为60
°
、180
°
和300
°
，H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为240
°
、0
°
和120
°
。
[0024]进一步地，开关型霍尔传感器输出信号跳变沿处的电角度θ的计算公式为：
[0025]θ＝k1θ
e
+k2θ
e
‑
h
[0026]式中，θ
e
为由电动势计算得到的电角度，θ
e
‑
h
为开关型霍尔传感器输出信号跳变沿对应的电角度，k1、k2为加权系数，k1+k2＝1，且k1＜k2。
[0027]进一步地，所述方法还包括：利用开关型霍尔传感器输出信号跳变沿对应的电角度对由电动势计算得到的电角度θ
e
进行限幅处理，用公式表示为：
[0028][0029]式中，θ为限幅处理后的电角度，θ
max
、θ
min
分别为相邻的上升沿和下降沿对应的电角度中的较大值和较小值。
[0030]进一步地，第一转速ω
r
‑
h
的计算公式为：
[0031][0032]式中，m为开关型霍尔传感器的数量，p
n
为电机极对数，T
h
为相邻跳变沿的时间差。
[0033]进一步地，第二转速ω
r
的离散计算公式如下：
[0034][0035][0036]式中，p
n
为电机极对数，θ
e
为电角度，T为对电角度进行一阶低通滤波的时间常数，T
s
为离散采样周期。
[0037]进一步地，永磁同步电机的转速ω计算公式为：
[0038]ω＝k3ω
r
‑
h
+k4ω
r
[0039]式中，ω
r
‑
h
为第一转速，ω
r
为第二转速，k3、k4为加权系数，k3+k4＝1，且k3＞k4。
[0040]第二方面，本专利技术提供一种永磁同步电机转角和转速的测量装置，包括：
[0041]数据采集模块，用于实时监测每个开关型霍尔传感器的输出电平状态，利用设置的电流传感器实时监测永磁同步电机的电流；
[0042]第一计算模块，用于基于永磁同步电机的电压和电流计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转角和转速的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：实时监测每个开关型霍尔传感器的输出电平状态，利用设置的电流传感器实时监测永磁同步电机的电流；基于永磁同步电机的电压和电流计算电动势，并基于所述电动势计算电角度；确定每个开关型霍尔传感器输出信号的跳变沿对应的电角度，并利用所述电角度修正每个跳变沿处由电动势计算得到的电角度；基于相邻电平状态跳变沿之间的时间差计算第一转速，基于由电动势得到的电角度的微分计算第二转速，对第一电转速和第二转速进行融合，得到永磁同步电机的转速。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转角和转速的测量方法，其特征在于，计算永磁同步电机电动势和电角度的方法包括：对于基于两相定子静止坐标系即α、β坐标系的表贴式永磁同步电机，α、β轴电动势e
α
、e
β
分别为：式中，ψ
f
为转子永磁体在定子绕组感应生成的磁链幅值，p
n
为电机极对数，ω
r
为电机转速，θ
e
为电机电角度；采用后向欧拉差分法，得到离散化方程：其中，x＝[i
α i
β e
α e
β
]
T
，y＝[e
α e
β
]
T
，u＝[u
α u
β
]
T
式中，i
α
、i
β
分别为α、β轴的电流，u
α
、u
β
分别为α、β轴的电压，R、L分别为电机定子绕组的电阻和电感，T
s
为离散采样周期；求解所述离散化方程得到e
α
、e
β
，按下式计算电角度：3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转角和转速的测量方法，其特征在于，开关型霍尔传感器的数量为3个，且等角度间隔安装，3个所述传感器的输出信号分别为H
u
、H
v
和H
w
；电机正转时，H
u
、H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为300
°
、60
°
和180
°
，H
v
和H
w
的下降沿对应的电角度分别为120
°
、240
°
和0
°
；电机反转时，H
u
、H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为60
°
、180
°
和300
°
，H
v
和H
w
的上升沿对应的电角度分别为240
°
、0
°
和120
°
。4.根据权利要求1所述的永磁同步电机转角和转速的测量方法，其特征在于，开关型霍
尔传感器输出信号跳变沿处的电角度θ的计算公式为：θ＝k1θ
e
+k2θ
e
‑
h
式中，θ
e
为由电动势计算得到的电角度，θ
e
‑
h
为开关型霍尔传感器输出信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧勇，巫伟男，朱政，唐文武，张春雷，
申请(专利权)人：北京特种机械研究所，
类型：发明
国别省市：