CN103475282A - 一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，由如下步骤组成：A)测量单个霍尔传感器的安装位置偏差角θ，并存储;B)启动电机;C)计量霍尔传感器在上一个360度电角度周期内的转子旋转角速度ω＝360°/T；D)微处理器计算本360度电角度周期的转子的实时位置角α=ωt+θ;E)微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换：U=1×SINαV=Ev×SIN(α+120°)W=Ev×SIN(α+240°)来换向，它算法简单，控制精确，节省微处理器的运转资源，同时进一步降低成本。

Description

一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法

技术领域：

本发明涉及一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法。 

背景技术：

常规的3相无刷电机需要安装3个hall传感器，通过常规的6步换相，才能实现电机的正常运行，某些电机取消了hall位置传感器，但是需要较为复杂的算法来获得转子的实时位置，尤其是正弦波驱动的电机，计算电机的位置需要知道电机的数学模型，而且估算的角度受电机参数变化影响严重，导致控制不精确。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，算法简单，控制精确，节省微处理器的运转资源，同时进一步降低成本。 

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。 

一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，所述的三相直流无刷电机包括电机实体和电机控制器，电机实体包括永磁转子组件和定子组件，定子组件包括定子铁芯和三相绕组（U、V、W)，电机控制器包括微处理器、逆变器和单个霍尔传感器，所述的逆变器的输出端连接三相绕组（U、V、W)，单个霍尔传感器将转子位置信号送到微处理器，微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，其特征在于：该控制方法由如下步骤组成： 

A)测量单个霍尔传感器的安装位置偏差角θ，并存储; 

B)启动电机:微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，使定子产生以一定速度运转的旋转磁场，使电机的转子以一定的速度V0旋转起来，以使单个霍尔传感器能连续稳定检测位置信号; 

C)微处理器计量霍尔传感器在上一个360度电角度周期内的时间段T，得到上一个360度电角度周期内转子旋转角速度ω＝360°/T； 

D)微处理器计算本360度电角度周期的转子的实时位置角α=ωt+θ，其中 ω为上一个360度电角度周期内的电机转动的角速度，t为时间; 

E)微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，从而控制3相绕组（U、V、W)同时通电运行，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换： 

U=Ev×SINα 

V=Ev×SIN(α+120°) 

W=Ev×SIN(α+240°) 

其中，Ev为各相绕组平均通电的电压，即U相绕组在一个360度电角度周期，在α=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α=120°和300°换向。 

上述步骤E）中的Ev=Vdc×K，其中Vdc为电机的母线供电电压，K为微处理器输出PWM信号的占空比。 

上述步骤E）中可以引入相位超前角β，以消除电流滞后的影响，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换： 

U=Ev×SIN（α+β） 

V=Ev×SIN(α+β+120°) 

W=Ev×SIN(α+β+240°) 

即U相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=120°和300°换向。 

本发明与现有技术相比，具有如下效果：1）本发明采用单个单个霍尔传感器检测转子的位置，利用简单的控制算法得到转子的位置信号，同时利用简单的算法控制3相绕组同时供电驱动电机，算法简单，控制精确，节省微处理器的运转资源，同时进一步降低成本；2）可以引入相位超前角β，以消除电流滞后的影响，使控制更加精确。 

附图说明：

图1是本发明的三相直流无刷电机电路原理图。 

图2是本发明的永磁转子与霍尔传感器的安装示意图。 

图3是本发明三相直流无刷电机的控制流程图。 

图4是图2的具体展开图。 

图5是本发明的逆变器的电子开关第一种工作状态示意图。 

图6是本发明的逆变器的电子开关第二种工作状态示意图。 

图7是本发明的逆变器的电子开关第三种工作状态示意图。 

图8是本发明的逆变器的电子开关第四种工作状态示意图。 

图9是本发明的逆变器的电子开关第五种工作状态示意图。 

图10是本发明的逆变器的电子开关第六种工作状态示意图。 

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。 

如图1至图4所示，本发明是一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机包括电机实体和电机控制器，电机实体包括永磁转子组件1和定子组件，定子组件包括定子铁芯和三相绕组U、V、W，电机控制器包括微处理器、逆变器和单个霍尔传感器HALL IC，所述的逆变器的输出端连接三相绕组U、V、W，单个霍尔传感器HALL IC将转子位置信号送到微处理器，微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，逆变器由6个电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成3个桥臂，微处理器输出P1、P2、P3、P4、P5、P6等6路PWM信号分别控制电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的打开或者断开。 

本发明应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法由如下步骤组成： 

A)测量单个霍尔传感器的安装位置偏差角θ，并存储; 

B)启动电机:微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，使定子产生以一定速度运转的旋转磁场，使电机的转子以一定的速度V0旋转起来，以使单个霍尔传感器能连续稳定检测位置信号; 

C)微处理器计量霍尔传感器在上一个360度电角度周期内的时间段T，得到上一个360度电角度周期内转子旋转角速度ω＝360°/T； 

D)微处理器计算本360度电角度周期的转子的实时位置角α=ωt+θ，其中ω为上一个360度电角度周期内的电机转动的角速度，t为时间; 

E)微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，从而控制3相绕组（U、V、W)同时通电运行，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换： 

U=Ev×SINα 

V=Ev×SIN(α+120°) 

W=Ev×SIN(α+240°) 

其中，Ev为各相绕组平均通电的电压， 

即U相绕组在一个360度电角度周期，在α=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α=120°和300°换向。 

上述步骤E）中的Ev=Vdc×K，其中Vdc为电机的母线供电电压，K为微处理器输出PWM信号的占空比。 

上述步骤E）中可以引入相位超前角β，以消除电流滞后的影响，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换： 

U=Ev×SIN（α+β） 

V=Ev×SIN(α+β+120°) 

W=Ev×SIN(α+β+240°) 

即U相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=120°和300°换向。 

本发明的原理是：采用单个霍尔传感器HALL IC来测量转子位置，如本领域普通技术人员所示，一个转子有磁极对数P，那麽转子转动一圈，霍尔传感器测量出P个正弦波波形，即总电角度=P×360°，图2中有2对磁极，每对磁极由N极和S极组成，那麽转子转动一圈，霍尔传感器测量出2个正弦波波形， 即总电角度=2×360°=720°，假设霍尔传感器HALL IC安装位置并不处于0°，而是有偏差，假设霍尔传感器的安装位置偏差角θ=10°，假设微处理器计量霍尔传感器在上一个360度电角度周期内的时间段0.5秒，得到上一个360度电角度周期内转子旋转角速度ω＝720°/秒，如图5至图10所示，可以计算出本360度电角度周期各电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的工作状态： 

图5中，α=ωt+θ=0°电角度时，电子开关Q1关闭，电子开关Q2断开，电子开关Q3关闭，电子开关Q4断开，电子开关Q5断开，电子开关Q6闭合，流过U相绕组的电流是由左至右，流过V相绕组的电流是由左至右，流过W相绕组的电流是由右至左； 

图6中，α=ωt+θ=60°电角度时，电子开关Q1关闭，电子开关Q2断开，电子开关Q3断开，电子开关Q4闭合，电子开关Q5断开，电子开关Q6闭合，流过U相绕组的电流是由左至右，流过V相绕组的电流是由右至左，流过W相绕组的电流是由右至左； 

图7中，α=ωt+θ=120°电角度时，电子开关Q1关闭，电子开关Q2断开，电子开关Q3断开，电子开关Q4闭合，电子开关Q5闭合，电子开关Q6断开，流过U相绕组的电流是由左至右，流过V相绕组的电流是由右至左，流过W相绕组的电流是由左至右； 

图8中，α=ωt+θ=180°电角度时，电子开关Q1断开，电子开关Q2关闭，电子开关Q3断开，电子开关Q4闭合，电子开关Q5闭合，电子开关Q6断开，流过U相绕组的电流是由右至左，流过V相绕组的电流是由右至左，流过W相绕组的电流是由左至右； 

图9中，α=ωt+θ=240°电角度时，电子开关Q1断开，电子开关Q2关闭，电子开关Q3闭合，电子开关Q4断开，电子开关Q5闭合，电子开关Q6断开，流过U相绕组的电流是由右至左，流过V相绕组的电流是由左至右，流过W相绕组的电流是由左至右； 

图10中，α=ωt+θ=300°电角度时，电子开关Q1断开，电子开关Q2关闭，电子开关Q3闭合，电子开关Q4断开，电子开关Q5断开，电子开关Q6闭合，流过U相绕组的电流是由右至左，流过V相绕组的电流是由左至右，流过W相绕组的电流是由右至左； 

转子再转过60度的电角度回复到图5的状态。 

Claims (3)

1.一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，所述的三相直流无刷电机包括电机实体和电机控制器，电机实体包括永磁转子组件和定子组件，定子组件包括定子铁芯和三相绕组（U、V、W)，电机控制器包括微处理器、逆变器和单个霍尔传感器，所述的逆变器的输出端连接三相绕组（U、V、W)，单个霍尔传感器将转子位置信号送到微处理器，微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，其特征在于：该控制方法由如下步骤组成：

A)测量单个霍尔传感器的安装位置偏差角θ，并存储;

B)启动电机:微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，使定子产生以一定速度运转的旋转磁场，使电机的转子以一定的速度V0旋转起来，以使单个霍尔传感器能连续稳定检测位置信号;

C)微处理器计量霍尔传感器在上一个360度电角度周期内的时间段T，得到上一个360度电角度周期内转子旋转角速度ω＝360°/T；

D)微处理器计算本360度电角度周期的转子的实时位置角α=ωt+θ，其中ω为上一个360度电角度周期内的电机转动的角速度，t为时间;

E)微处理器输出6路PWM信号控制逆变器工作，从而控制3相绕组（U、V、W)同时通电运行，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换：

U=Ev×SINα

V=Ev×SIN(α+120°)

W=Ev×SIN(α+240°)

其中，Ev为各相绕组平均通电的电压，

即U相绕组在一个360度电角度周期，在α=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α=120°和300°换向。

2.根据权利要求1所述的一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，其特征在于：步骤E）中的Ev=Vdc×K，其中Vdc为电机的母线供电电压，K为微处理器输出PWM信号的占空比。

3.根据权利要求1所述的一种应用单个霍尔传感器的三相直流无刷电机的控制方法，其特征在于：步骤E）中可以引入相位超前角β，以消除电流滞后的影响，各绕组的通电方向的切换按如下公式进行切换：

U=Ev×SIN（α+β）

V=Ev×SIN(α+β+120°)

W=Ev×SIN(α+β+240°)

即U相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=0°和180°换向；V相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=60°和240°换向；W相绕组在一个360度电角度周期，在α+β=120°和300°换向。

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