CN104184374A - 永磁同步电机控制系统中超前角调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，电机转速和参考速度作对比，其差值经过PI调节器产生控制逆变器的导通角；过零检测模块检测反电动势和相电压过零点时间差△t，通过公式计算功率因数角，其中f为电网频率，将功率因数角作为超前调整角与导通角相加，相加角作为逆变器的开关导通角。简单易实现，不用添加额外的设备和硬件模块，具有成本优势。且因为反电势和hall的对应关系使得反电势的检测过程变得非常简单，主要工作量放在检测相电流过零点即可，由反电势和相电流波形过零点之间的时间差来计算功率因数角，所得结果最接近其物理意义，避免了由其他物理量间接求解时的系统误差累积，准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机控制技术，特别涉及一种永磁同步电机控制系统中超前角调整方法。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、易于维护的优点，在越来越多的领域得以应用。然而，在传统的电机控制中超前角调整有一定的盲目性，这使得在电机控制系统中电压利用率不高的同时，也增加了电机的运行噪声，使电机的运行特性不佳。目前调整超前角的方法主要有两种：一种是给超前角赋固定的值。该方法忽略了超前角会随着电机负载的变化而变化的事实，实时性差，运行特性不好；另一种超前角调整方法虽然在算法里实时更新赋值，但超前角计算依赖实验和经验，缺少科学依据，准确性不佳，如附图1所示传统超前角调整系统框图。随着永磁同步电机在控制系统特别是伺服系统中的应用越来越广泛，对永磁同步电机的控制要求也越来越高，新的超前角调整策略的研究就显得很有必要。
永磁同步电机没有传统直流电动机的电刷和机械换向器，是由永磁同步电机本体，转子位置检测器（BQ）和电子开关电路（如附图2所示全桥式驱动电路图）组成的电动机系统。典型的转子位置传感器有光电编码器，旋转变压器和霍尔（hall）传感器等，比较常见的是hall元件。电机的换相信息由hall传感器提供：hall元件通过感应电机定、转子之间的相对位置关系给全控桥逆变电路提供开关信息，控制电子开关的导通角度来改变占空比，从而控制三相电源的导通顺序和导通时间以此达到控制电机的转速和转向的目的。hall传感器的位置输出反应反电势的信息，所以以hall位置信号为参考相位，依据霍尔状态生成的正弦波相电压和转子反电势同相位。但由于电机是感性元件，其相电流要滞后相电压一定的角度，也就是功率因数角，如附图3所示相电压、相电压过零检测示意图。亦即相电流会滞后反电动势一个功率因数角，这就使相电流和反电势在相位上不能很好地契合，降低电压利用率的同时还会增加电机的噪声，而霍尔最大转矩输出时，电机相电流与反电势同步，因此需要调整电压相位以使相电流和反电势同相位。由此可见，如何提供合适的补偿角来拟合反电势和相电流之间的相位差成为超前角控制的关键所在。
发明内容
本发明是针对相电流和反电势相位差导致电压利用率低的问题，提出了一种永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，使得相电流和反电势同相位，避免由相位差引起的电机噪声和电压效率降低。
本发明的技术方案为：一种永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，电机转速和参考速度作对比，其差值经过PI调节器产生控制逆变器的导通角；过零检测模块检测反电动势和相电压过零点时间差△t，通过公式 计算功率因数角，其中f为电网频率，将功率因数角作为超前调整角与导通角相加，相加角作为逆变器的开关导通角。
所述相电流过零检测模块检测方法：当电机稳定运行时，先通过反电势的过零检测测得反电势过零点，以此作为参考时间节点，启动相电流过零检测，直到检测到相电流过零点的时候，结束检测，其间的时间差便是反电势和相电流的零点之间的时间差。
所述反电势的过零检测可利用反电势和hall位置信号的对应关系，通过对应反电势过零点时的hall相位作为参考时间节点；所述电流过零点检测的相电流可为流经晶闸管的内阻经过放大器之后得到的相电流。
本发明的有益效果在于：本发明永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，方法的突出优点是简单易实现，不用添加额外的设备和硬件模块，只在软件上做相应改变便能实现，所以具有成本优势。且因为反电势和hall的对应关系使得反电势的检测过程变得非常简单，主要工作量放在检测相电流过零点即可，由反电势和相电流波形过零点之间的时间差来计算功率因数角，所得结果最接近其物理意义，避免了由其他物理量间接求解时的系统误差累积，准确性高。
附图说明
图1为传统超前角调整系统框图；
图2为全桥式驱动电路图；
图3为相电压、相电压过零检测示意图；
图4为本发明永磁同步电机超前角调整矢量图；
图5为本发明感性负载功率因数角示意图；
图6为本发明过零点时间差计算流程图；
图7为本发明改进超前角调整系统框图。
具体实施方式
一、永磁同步电机超前角调整分析
由图4永磁同步电机超前角调整矢量图可以看出，以hall位置信号作为参考，不做超前角调整时的相电压u、反电势E o是同相的，这也是正弦波控制的特点。且相电压和反电势都超前于相电流i一个功率因数角φ，为了提高系统输出转矩和电压利用率，给相电压一个超前角α，这就使得全桥逆变器在原控制要求的导通角的基础上提前导通α角度，矢量图4中的相位关系变为黑色细虚线位置，可见缩小了相电流i与反电势E0之间的夹角,此时两者之间的夹角为φ-α。且电机的有功功率为：
（1）
式中θ为相电压超前角α后反电势和相电流之间的夹角。
可知当θ越来越小时，有功越大，转矩也越大，也就意味着在同样负载的情况下能量利用效率越大。当θ为零时，给全桥电路提前导通一个功率因数角φ的角度，此时矢量图4中的相位关系变为黑色粗虚线位置，即i'和u'位置，可见，此时反电势E o与相电流i'同相，hall输出转矩最大，有功功率最大，效率也最高，同时也因为反电势和相电流的同相使得电机的噪声大大减少。由此可知当超前角：
（2）
效果是最好的，也就是说功率因数角φ就是我们要给逆变电路提供的超前导通角α。
二、感性元件波形
永磁同步电机本身是一个感性元件，其相电压超前于相电流φ角度，如附图5所示感性负载功率因数角示意图。相电压、相电流表达式分别为：
（3）
（4）
式中V m和Im分别是电机相电压和相电流的峰值，，f为电网频率。
三、反电动势和相电流过零点检测
对于感性元件，如果能够测得相电压和相电流到达峰值或零点的时间差，再结合电网频率经过简单地运算就能获得该元件的功率因数角。本发明采用捕捉反电势和相电流过零点的方法计算功率因数角。过程为：因为反电势和hall位置信号有着对应的关系，便可通过对应反电势过零点时的hall相位，以此作为参考时间节点和判决条件，启动相电流过零检测模块工作，同时计数器开始工作，在得到相电流过零点之后，以该条件作为电流过零检测模块结束检测的判决条件，同时停止计数器工作，得到两者过零点之间的计数值，通过简单的计算即可得下两者在过零点的时间差。所检测的相电流可以是流经晶闸管的内阻经过放大器之后得到的相电流。这种功能可直接利用电动机驱动电路的晶闸管内阻检测电路来实现，不需要额外添加硬件模块。
四、时间差的计算流程和功率因数角的确定
前面所述的计数器得到实际上是两过零点之间的脉冲数n，则两者之间的时间差为：
（5）
式中k为单片机的时间周期。的具体程序计算流程参见附图6。该方案对于相电流过零点检测有着苛刻的要求，因为如果采样跳过相电流零点，则有可能在半个周期之后采到下一个零点：这明显会使检测结果多出半个周期的相角，造成很大的误差，当采样频率不高，在采样漏掉实际电流零点时这种情况的确有可能会发生。由采样定理可知，当采样频率大于信号最高频率的2倍的时候，采样之后的数字信号才完整地保留了原始信号中的信息。即：
（6）
式中f s 为采样频率，f max 为采样信号的最高频率。我国的电压频率为50hz,而一般的单片机的采样频率都会远远大于采样频率，所以该问题可以得到保证。
在得到反电势和相电流峰值时间差之后，易得功率因数角为：
（7）
五．超前角调整的完整过程
结合图7改进超前角调整系统框图，可得该方法调整超前角的完整过程：首先经过采样并滤波信号，一方面为获得逆变电路导通角和开关信号提供信息；另一方面也用来计算电机转速。计算出的电机转速和参考速度作对比，其差值经过PI调节器产生控制量给逆变电路。由反电势、相电流过零点检测模块检测到两者的零点之间的时间差。由结合电网频率得到电机的功率因数角，也就是我们要求的超前调整角。把该超前角和控制所需的导通角之和作为全控逆变器的开关导通角，其作用在逆变电路上的效果就是使功率管在估算角度的基础上再提前导通一个超前角α的角度，从而把相电压的相位超前了α角度，调整结果如附图4的虚线处所示，此时的相电流与反电动势同相，hall输出最大转矩，也减小了噪声。当负载发生变化时，电机的功率因数角也会发生变化，由附图7可知超前角同时也会跟随着变化，从而使电机在面对不同的负载时都可以保持高效率的输出和低的噪声，提高了控制品质。
Claims (3)
1.一种永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，其特征在于，电机转速和参考速度作对比，其差值经过PI调节器产生控制逆变器的导通角；过零检测模块检测反电动势和相电压过零点时间差△t，通过公式 计算功率因数角，其中f为电网频率，将功率因数角作为超前调整角与导通角相加，相加角作为逆变器的开关导通角。
2.根据权利要求1所述永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，其特征在于，所述相电流过零检测模块检测方法：当电机稳定运行时，先通过反电势的过零检测测得反电势过零点，以此作为参考时间节点，启动相电流过零检测，直到检测到相电流过零点的时候，结束检测，其间的时间差便是反电势和相电流的零点之间的时间差。
3.根据权利要求2所述永磁同步电机控制系统中超前角调整方法，其特征在于，所述反电势的过零检测可利用反电势和hall位置信号的对应关系，通过对应反电势过零点时的hall相位作为参考时间节点；所述电流过零点检测的相电流可为流经晶闸管的内阻经过放大器之后得到的相电流。
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|---|---|
| CN (1) | CN104184374A (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836493A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-08-12 | 西北工业大学 | 无位置传感器无刷直流电机转子位置补偿方法 |
| CN106452217A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-02-22 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种静止变频器脉冲换相阶段转矩控制方法 |
| CN107526306A (zh) * | 2016-06-17 | 2017-12-29 | 半导体元件工业有限责任公司 | 使用单个电机集成电路引脚对超前角的控制 |
| CN107994818A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-04 | 浙江大学台州研究院 | 以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法 |
| CN108054961A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-18 | 西北工业大学 | 一种高速无刷直流电机最优超前角实时控制方法 |
| CN109004882A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-12-14 | 苏州工业园区艾思科技有限公司 | 一种提高异步电机驱动效率的控制方法 |
| CN109962649A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-02 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种电机控制装置及其控制方法 |
| CN110492797A (zh) * | 2018-05-14 | 2019-11-22 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路 |
| CN110535377A (zh) * | 2018-05-25 | 2019-12-03 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN111162700A (zh) * | 2018-11-07 | 2020-05-15 | 美蓓亚三美株式会社 | 电机驱动控制装置、电子设备及电机的控制方法 |
| CN111987939A (zh) * | 2019-05-06 | 2020-11-24 | 迈来芯科技有限公司 | 用于bldc电机控制的超前角检测 |
| CN112350623A (zh) * | 2019-08-07 | 2021-02-09 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN114400934A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-26 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 永磁同步电机弱磁控制方法及其驱动控制系统 |
| CN114499351A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 北京信息科技大学 | 基于电流相位闭环控制的电机系统高可靠运行方法 |
| CN115267635A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-01 | 上海技涵电子科技有限公司 | 霍尔元件安装校验方法、装置、计算机设备及存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040007998A1 (en) * | 2002-07-15 | 2004-01-15 | Masahiro Yasohara | Motor driver |
| JP2011259606A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Honda Motor Co Ltd | モータ制御装置 |
| CN103688462A (zh) * | 2011-06-13 | 2014-03-26 | 斯佩尔汽车有限公司 | 电驱动单元 |
| CN103843243A (zh) * | 2012-03-12 | 2014-06-04 | 松下电器产业株式会社 | 电动机驱动方法以及电动机驱动装置 |
-
2014
- 2014-09-16 CN CN201410470136.9A patent/CN104184374A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040007998A1 (en) * | 2002-07-15 | 2004-01-15 | Masahiro Yasohara | Motor driver |
| CN1650509A (zh) * | 2002-07-15 | 2005-08-03 | 松下电器产业株式会社 | 电动机驱动器 |
| JP2011259606A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Honda Motor Co Ltd | モータ制御装置 |
| CN103688462A (zh) * | 2011-06-13 | 2014-03-26 | 斯佩尔汽车有限公司 | 电驱动单元 |
| CN103843243A (zh) * | 2012-03-12 | 2014-06-04 | 松下电器产业株式会社 | 电动机驱动方法以及电动机驱动装置 |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836493B (zh) * | 2015-05-14 | 2017-07-28 | 西北工业大学 | 无位置传感器无刷直流电机转子位置补偿方法 |
| CN104836493A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-08-12 | 西北工业大学 | 无位置传感器无刷直流电机转子位置补偿方法 |
| CN107526306A (zh) * | 2016-06-17 | 2017-12-29 | 半导体元件工业有限责任公司 | 使用单个电机集成电路引脚对超前角的控制 |
| CN107526306B (zh) * | 2016-06-17 | 2022-03-01 | 半导体元件工业有限责任公司 | 使用单个电机集成电路引脚对超前角的控制 |
| CN106452217A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-02-22 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种静止变频器脉冲换相阶段转矩控制方法 |
| CN109004882A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-12-14 | 苏州工业园区艾思科技有限公司 | 一种提高异步电机驱动效率的控制方法 |
| CN108054961B (zh) * | 2017-12-05 | 2020-05-12 | 西北工业大学 | 一种高速无刷直流电机最优超前角实时控制方法 |
| CN108054961A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-18 | 西北工业大学 | 一种高速无刷直流电机最优超前角实时控制方法 |
| CN107994818A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-05-04 | 浙江大学台州研究院 | 以内功率因数角实时闭环调整控制单相无刷直流电机方法 |
| CN110492797A (zh) * | 2018-05-14 | 2019-11-22 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路 |
| CN110492797B (zh) * | 2018-05-14 | 2023-03-10 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路 |
| CN110535377A (zh) * | 2018-05-25 | 2019-12-03 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN110535377B (zh) * | 2018-05-25 | 2021-06-01 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN111162700A (zh) * | 2018-11-07 | 2020-05-15 | 美蓓亚三美株式会社 | 电机驱动控制装置、电子设备及电机的控制方法 |
| CN109962649A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-02 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种电机控制装置及其控制方法 |
| CN109962649B (zh) * | 2019-03-08 | 2021-10-08 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 一种电机控制装置及其控制方法 |
| CN111987939A (zh) * | 2019-05-06 | 2020-11-24 | 迈来芯科技有限公司 | 用于bldc电机控制的超前角检测 |
| CN112350623B (zh) * | 2019-08-07 | 2022-06-24 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN112350623A (zh) * | 2019-08-07 | 2021-02-09 | 茂达电子股份有限公司 | 马达驱动电路及方法 |
| CN114400934A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-26 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 永磁同步电机弱磁控制方法及其驱动控制系统 |
| CN114400934B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-02-02 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 永磁同步电机弱磁控制方法及其驱动控制系统 |
| CN114499351A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-05-13 | 北京信息科技大学 | 基于电流相位闭环控制的电机系统高可靠运行方法 |
| CN114499351B (zh) * | 2022-01-21 | 2023-12-01 | 北京信息科技大学 | 一种电机系统故障检测方法 |
| CN115267635A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-01 | 上海技涵电子科技有限公司 | 霍尔元件安装校验方法、装置、计算机设备及存储介质 |
| CN115267635B (zh) * | 2022-07-04 | 2023-10-13 | 上海技涵电子科技有限公司 | 霍尔元件安装校验方法、装置、计算机设备及存储介质 |
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