基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法技术

本发明专利技术公开了基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，涉及电机控制技术领域。本发明专利技术包括：首先采集三路霍尔信号，利用传统平均速度法得到初步的转子位置θ

【技术实现步骤摘要】
基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体为基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法。

技术介绍

[0002]在永磁同步电机控制系统矢量控制中，需要精确的转子位置和速度信息来保证控制性能。通过在电机转子轴端部安装光电编码器、旋转变压器等高精度位置的引入可以保证电机的控制结果，也存在系统可靠性降低，控制成本增加等一系列问题。开关霍尔传感器具有安装简单、成本低、对工作环境抗性高等优点，适合在永磁同步电机转子位置检测中使用。然而，开关霍尔传感器在一个电周期内，三个霍尔传感器只能提供六个离散的位置信号，不能直接用于永磁同步电机矢量控制系统；无位置传感器使用磁链信息获取转子，避免了传统使用反电势获取转子位置在低速下信噪比低，然后使用纯积分法计算磁链时，存在磁链积分漂移与初始值偏置的问题。
[0003]因此利用六个离散的霍尔信号与永磁同步电机磁链模型得到高精度的转子位置信息是基于霍尔传感器的永磁同步电机矢量控制技术的关键，为此我们提出基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，用于解决因开关霍尔传感器的低分辨率特性以及使用纯积分计算磁链引起的初始值偏置、积分漂移导致的转子位置精度不高及估算滞后的问题。
[0005]基于开关霍尔位置传感器的永磁同步电机的高精度转子位置拟合方法，具体步骤如下：
[0006]采集三路安装在永磁同步电机定子上的霍尔传感器输出的信号Hall_A，Hall_B，Hall_C，得到一系列离散的电角度值θ
n
，并根据得到的电角度值θ
n
利用平均速度法计算得到初步的转子位置θ
H
和速度ω
H
；
[0007]采集永磁同步电机定子电流和电压，建立永磁同步电机在静止两相坐标系下磁链的电压模型与电流模型；
[0008]根据建立的磁链电压模型中的纯积分法计算得到初步的定子磁链，然后判断本PWM周期霍尔区间是否发生变化，若变化，则通过磁链的电流模型计算得到定子磁链，并对电压模型中纯积分法得到的定子磁链进行校正与更新；
[0009]根据校正后的定子磁链与平均速度法得到的转子位置θ
H
，通过磁链的电流模型计算得到电流估计值，比较实际电流与电流估计值，得到电流估计误差Δi；
[0010]根据永磁同步电机磁链与定子电流和转子位置的二元函数关系，计算得到平均速度法下所得转子位置的转子估计误差Δθ，补偿此误差后，最终得到磁链观测器结合霍尔信号法拟合的转子位置
[0011]进一步的，根据霍尔传感器信号与转子位置关系，一个360
°
电周期被划分为六个霍尔区间H＝4*Hall_A+2*Hall_B+Hall_C。
[0012]进一步的，利用平均速度法计算得到初步的转子位置θ
H
，具体步骤如下：
[0013](1)利用转子通过上一个霍尔区间所用的时间来计算的平均速度作为转子在当前霍尔区间的平均速度；
[0014]对霍尔区间进行展开，计算转子在前一霍尔区间平均速度的方法如下：
[0015][0016]式中，T
(n
‑
1)
为转子通过上一霍尔区间的时间，ω
(n
‑
1)
为上一霍尔区间转子的平均速度；
[0017](2)由于在数字控制系统中，霍尔捕获定时器捕获到的角度传递到控制运算周期时，会存在Δt
H
的延时误差，致使无法得到准确的六个离散霍尔角度，从而无法准确进行后续计算。本专利技术通过使用霍尔捕获定时器在捕获到霍尔信号时记录时间t1，PWM周期计算开始时刻记录时间t2，使用平均速度法如下式，对六个离散霍尔角度进行数字延时补偿：
[0018]θ'
n
＝θ
n
+(t2
‑
t1)*ω(n
‑
1)
[0019]利用平均速度法拟合的连续转子角度公式为：
[0020]θ
H
＝θ'
n
+ΔT*ω(n
‑
1)
[0021]其中，ΔT为转子在当前霍尔区间的运行时间，θ
H
为平均速度法下转子估计位置。
[0022]进一步的，建立永磁同步电机在静止两相坐标系下磁链的电压模型与电流模型，具体步骤如下：
[0023](1)建立静止两相坐标系下表贴式永磁同步电机的数学模型：根据采集到的电机三相电流，经过Clark变换得到两相静止坐标系下的电流，根据电机两相静止坐标系下的电流、相电阻和相电感，建立永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压数学模型为：
[0024][0025]式中，u
α
、u
β
分别为静止两相坐标系下α轴、β轴电压；R
s
为定子相电阻；i
α
、i
β
分别为静止两相坐标系下α轴、β轴电流；ψ
α
、ψ
β
分别为静止两相坐标系下α轴、β轴定子磁链。
[0026](2)进而，得到永磁同步电机在两相静止坐标系下的磁链电压模型为：
[0027][0028](3)建立永磁同步电机在两相静止坐标系下的磁链电流模型为：
[0029][0030]其中，ψ
f
为电机转子的永磁体磁链。
[0031]进一步的，将采集到的电机三相电流，经过Clark变换得到两相静止坐标系下的电
流，具体方法如下：
[0032][0033]式中，i
a
、i
b
、i
c
为采集的三相电流值，i
α
、i
β
为转换后的两相静止坐标系下的电流值。
[0034]进一步的，磁链电压模型中纯积分法计算的定子磁链的初始值为：
[0035][0036]根据磁链电压模型，由纯积分法得到定子磁链：
[0037][0038]在霍尔信号跳变时刻，根据磁链电流模型对定子磁链进行校正及更新。
[0039]进一步的，通过磁链的电流模型计算得到电流估计值，具体步骤如下：
[0040]根据磁链的电流模型，转子位置θ
H
和定子磁链信息，可计算得到电流估计值，其实现公式如下：
[0041][0042]比较实际电流值与电流估计值之差，得到电流估计误差值Δi为：
[0043]Δi＝i
‑
i
*
。
[0044]进一步的，转子估计误差Δθ的计算方法，具体如下：
[0045]设θ＝θ
Hall
+Δθ，则θ在θ
Hall
的sinθ和cosθ泰勒展开式分别为：
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，其特征在于：采集三路安装在永磁同步电机定子上的霍尔传感器输出的信号Hall_A，Hall_B，Hall_C，得到一系列离散的电角度值θ
n
，并根据得到的电角度值θn利用平均速度法计算得到初步的转子位置θ
H
和速度ω
H
；采集永磁同步电机三相定子电流和电压，建立永磁同步电机在静止两相坐标系下磁链的电压模型与电流模型；根据建立的磁链电压模型中的纯积分法计算得到初步的定子磁链，然后判断本PWM周期霍尔区间是否发生变化，若变化，则通过磁链的电流模型计算得到定子磁链，并对电压模型中纯积分法得到的定子磁链进行校正与更新；根据校正后的定子磁链与平均速度法得到的转子位置θ
H
，通过磁链的电流模型计算得到电流估计值，比较电流实际值与电流估计值，得到电流估计误差Δi；根据永磁同步电机磁链与定子电流和转子位置的二元函数关系，计算得到平均速度法下所得转子位置的转子估计误差Δθ，补偿此误差后，即可得到磁链观测器结合霍尔信号法拟合的转子位置θ。2.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，其特征在于，根据霍尔传感器信号与转子位置关系，一个360
°
电周期被划分为六个霍尔区间H＝4*Hall_A+2*Hall_B+Hall_C。3.根据权利要求2所述的基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，其特征在于，利用平均速度法计算得到初步的转子位置θ
H
，具体步骤如下：(1)利用转子通过上一个霍尔区间所用的时间来计算的平均速度作为转子在当前霍尔区间的平均速度；对霍尔区间进行展开，计算转子在前一霍尔区间平均速度的方法如下：其中，T
(n
‑
1)
为转子通过上一霍尔区间的时间，ω
(n
‑
1)
为上一霍尔区间转子的平均速度；(2)由于在数字控制系统中，霍尔捕获定时器捕获到的角度传递到控制运算周期时，会存在Δt
H
的延时误差，致使无法得到准确的六个离散霍尔角度，从而无法准确进行后续计算。本发明通过使用霍尔捕获定时器在捕获到霍尔信号时记录时间t1，PWM周期计算开始时刻记录时间t2，使用平均速度法如下式，对六个离散霍尔角度进行数字延时补偿：θ'
n
＝θ
n
+(t2
‑
t1)*ω(n
‑
1)利用平均速度法拟合的连续转子角度公式为：θ
H
＝θ'
n
+ΔT*ω(n
‑
1)式中，ΔT为转子在当前霍尔区间的运行时间，θ
H
为平均速度法下转子估计位置。4.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置拟合方法，其特征在于，建立永磁同步电机在静止两相坐标系下磁链的电压模型与电流模型，具体步骤如下：(1)建立静止两相坐标系下表贴式永磁同步电机的数学模型：根据采集到的电机三相电流，经过Cl...

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，庞朋飞，章恒亮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：