一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法技术

本发明专利技术公开一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，属于永磁同步直线电机控制技术领域；一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法包括：将线性霍尔传感器安装于永磁同步直线电机的定子侧，沿NS方向间隔2/3极距均匀分布；沿动子运动方向，由线性霍尔传感器产生一直流偏置为V

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法


[0001]本专利技术属于永磁同步直线电机控制
，具体涉及一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着直线电机控制理论、电力电子技术、材料工艺的发展，直线电机的应用进入了新的发展阶段。当前直线电机的应用场合众多，如需直线运动的机械加工机床、轨道交通等。永磁同步直线电机具有结构体积小、推力大、效率高等优势，相比于传统机械中由滚珠丝杆提供的直线进给运动，直线电机可直接与直线运动部件刚性连接，能有效改善在机械传动中存在的摩擦、噪音等问题，因此直线电机控制系统具有更好的运动性能。如今，工业化、自动化的快速发展对高精度运动控制也提出了更高的要求，直线电机以其高精度和较快的动态响应特性成为了研究和工程应用的热点，在交流调速系统中占据了重要地位。
[0003]位置检测方法是直线电机控制系统研究中的关键环节之一，直接影响到直线电机的控制成本和性能，位置检测精度对电机的控制精度至关重要。直线电机磁极位置检测方法主要分为有位置传感器检测法和无位置传感器检测法两大类。目前应用较多的位置传感器有磁栅、光栅、拉杆位移传感器和霍尔传感器等。磁栅和光栅虽然检测精度较高，但其造价高、体积较大、对工作环境要求较高，严重限制了电机的使用范围。低分辨率的开关型和锁定型霍尔传感器尽管造价较低，但位置检测精度有限，多用于对位置检测精度要求不高的方波控制下的永磁无刷电机中。无位置传感器检测技术种类繁多，但对电机参数依赖性大、控制鲁棒性差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，利用线性霍尔传感器，对永磁同步直线电机的位置进行实时检测，降低了位置传感器的成本，提高了位置精度，对工作环境要求更为宽松。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：将线性霍尔传感器安装于永磁同步直线电机的定子侧，沿NS方向间隔2/3极距均匀分布；
[0008]步骤二：沿动子运动方向，由线性霍尔传感器产生一直流偏置为V
cc
/2的正弦电压信号；
[0009]步骤三：去除正弦电压信号的直流偏置，之后，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正弦信号，一个正弦周期对应两倍极距2τ，由此确定正弦信号的角度，即可提取出动子的位置信息。
[0010]进一步地，步骤三中，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正
弦信号，表达式为：
[0011][0012]式中，U
H
表示霍尔传感器感应出的感应电压幅值，以A相霍尔的输出0度作为电角度的参考0度，θ表示相当于0度的电角度；取中间变量U
α
和U
β
，满足下列关系式：
[0013][0014]电角度θ可通过中间变量的反正切计算得到，θ的具体表达式如下：
[0015][0016]进一步地，所述永磁同步直线电机当前运行位置的计算需要根据前后两次的电角度差值加以区分，并区分为：前后电角度的差值小于π以及前后电角度的差值大于π；并且当前后电角度的差值大于π时，认为前后两次的电角度不在同一个周期内。
[0017]进一步地，所述永磁同步直线电机当前运行位置计算的修正表达式为：
[0018][0019]式中，θ1为上一位置计算时刻动子对应的电角度，θ2为当前时刻直线电机的动子所处位置对应的电角度，τ为直线电机的动子极距。
[0020]进一步地，所述线性霍尔传感器的输出信号本身就是关于位置的正余弦信号，能够直接用于电流环的坐标变换中。
[0021]进一步地，使用STM32F407芯片对三路霍尔信号进行采集、滤波和计算。
[0022]进一步地，所述线性霍尔传感器与商业驱动器兼容，能够生成绝对位置式、正余弦式以及增量式位置信号。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、使用线性霍尔传感器进行永磁同步直线电机位置检测，缩小了电机整体驱动系统的体积，降低了控制硬件成本，提高了电机全行程段内的控制精度和平稳性，提升了对环
境的耐受度，具有较高的实际应用价值；
[0025]2、使用STM32F407芯片对三路霍尔信号的采集、处理和计算，最后得到电角度，可以作为后续电机控制的重要判别信号；
[0026]3、以线性霍尔作为永磁同步直线电机控制系统的位置传感器，随着电机动子的运动，线性霍尔传感器的输出信号本身就是关于位置的正余弦信号，所以可以直接用于电流环的坐标变换中而不需要进行位置的解算和正余弦运算，可以减小电流环的计算负担并提高电流环动态性能；
[0027]4、线性霍尔传感器可以与商业驱动器兼容，可以生成绝对位置式、正余弦式以及增量式位置信号。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术的线性霍尔传感器安装示意图；
[0030]图2为本专利技术的线性霍尔传感器信号示意图；
[0031]图3为本专利技术应用于永磁同步直线电机控制系统结构框图；
[0032]图4为本专利技术的硬件设计框图；
[0033]图5为本专利技术的程序流程图；
[0034]图6为本专利技术的电角度波形示意图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，包括以下步骤：
[0037]步骤一：将线性霍尔传感器固定安装于永磁同步直线电机的定子侧，沿NS方向间隔2/3极距均匀分布；线性霍尔传感器的安装位置如图1所示；
[0038]步骤二：沿动子运动方向，由线性霍尔传感器产生一直流偏置为V
cc
/2的正弦电压信号，电压信号如图2所示；
[0039]步骤三：去除正弦电压信号的直流偏置，之后，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正弦信号，一个正弦周期对应两倍极距2τ，由此确定正弦信号的角度，即可提取出动子的位置信息；
[0040]步骤三中，去除直流偏置后，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正弦信号，用下式表示为：
[0041][0042]式中，U
H
表示霍尔传感器感应出的感应电压幅值，以A相霍尔的输出0度作为电角度的参考0度，θ表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将线性霍尔传感器安装于永磁同步直线电机的定子侧，沿NS方向间隔2/3极距均匀分布；步骤二：沿动子运动方向，由线性霍尔传感器产生一直流偏置为V
cc
/2的正弦电压信号；步骤三：去除正弦电压信号的直流偏置，之后，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正弦信号，一个正弦周期对应两倍极距2τ，由此确定正弦信号的角度，即可提取出动子的位置信息。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步直线电机位置检测方法，其特征在于，步骤三中，匀速运动下的动子将在霍尔传感器中感应出三路对称的正弦信号，表达式为：式中，U
H
表示霍尔传感器感应出的感应电压幅值，以A相霍尔的输出0度作为电角度的参考0度，θ表示相当于0度的电角度；取中间变量U
α
和U
β
，满足下列关系式：电角度θ可通过中间变量的反正切计算得到，θ的具体表达式如下：3.根据权利要求2所述的一种基于线性霍尔的永磁同步直线电机位置检测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海涛，章嘉辉，张和生，庞玉毅，林岚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：