CN107565870B - 家用料理机霍尔闭环控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家用料理机霍尔闭环控制方法，包括：获取第一时刻和第二时刻之间的第一时长；获取第二时刻霍尔元件检测到的电机转子的实际位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异；在第二时刻后的与第一时刻和第二时刻的间隔长度相同的第一时长时间范围内，将所述差异调节至零。本发明特别采用霍尔位置传感器检测的角速度、转子位置与控制电机运转所用闭环控制电机转子位置角度之间的大小关系，通过在一个或者近似一个霍尔位置变化时间内，将其差值调节到零的方法，控制电机的运行，解决了电机控制容易造成控制失败、电机电流波形变差、高次谐波幅度大、噪音大等控制问题。

Description

家用料理机霍尔闭环控制方法

技术领域

本发明涉及永磁无刷电机控制技术，特别涉及一种家用料理机霍尔闭环控制方法技术。

背景技术

传统的霍尔闭环控制，一般采用霍尔位置信号测试电机的转速和位置，通过发出控制矢量指向当前电机的d轴垂直的位置，同时控制电机转动频率来控制电机的运行。但是，传统的控制方法，没有公开霍尔检测得到的电机转子的位置γ和闭环控制时采用的转子位置θ，之间的关系，即当γ≥θ,γ＜θ时，对控制矢量角度怎么调整和控制，控制不好，容易造成控制失败、电机电流波形变差、高次谐波幅度大、噪音大等控制问题。

发明内容

本发明提供了一种家用料理机霍尔闭环控制方法，以解决现有技术容易造成控制失败、电机电流波形变差、高次谐波幅度大、噪音大等问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种家用料理机霍尔闭环控制方法，其特征在于，包括：获取两次霍尔信号发生变化之第一时刻和第二时刻之间的第一时长；获取第二时刻霍尔元件检测到的电机转子的实际位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异；

在第二时刻后的与第一时刻和第二时刻的间隔长度相同的第一时长时间范围内，将所述差异调节至零。

优选地，将所述差异调节至零包括：在每个PWM波控制周期内，计算补偿量；根据所述补偿量对所述差异进行补偿，从而将用于控制坐标变换的电机转子位置调节至根据第一时刻与第二时刻用霍尔元件检测到的电机转子的实际位置所预估出的位置。

优选地，根据所述补偿量对所述差异进行补偿包括：当霍尔元件检测到的电机转子位置超前闭环控制所使用的电机转子位置时，在每个计算控制周期增加电机转子闭环控制角度；当霍尔元件检测到的电机转子位置落后于闭环控制所使用的电机转子位置，在每个计算控制周期减小电机转子闭环控制角度。

优选地，根据所述补偿量对所述差异进行补偿还包括：根据下式将所述差异平均分配到所述时间范围内：

其中，T₀为所述时间范围，n为正整数且n＞＝1，Δt为定时器的时间间隔，ω₀为第i次霍尔信号变化时刻霍尔位置变化获得的转子角速度，同时电机转子位置为θ₀，θ₀为第i次霍尔信号发生变换时刻，霍尔检测到的电机转子的位置，0≤nΔt≤T_n-1，n为正整数，Δθ_n-1为第i次霍尔信号变化时刻霍尔信号变化获得的转子位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异,i为大于0的正整数。

优选地，利用积分和矩形面积的近似关系，上式简化为：

Δt越小，计算精度越高。

优选地，Δt为家用料理机的PWM波周期，T₀为PWM波载波周期时间T_PWM的整数倍。

优选地，所述方法具体包括：

步骤a，i赋初值1；

步骤b，检测两次霍尔信号变化之间的时间T_i-1、通过霍尔检测电机转子的位置，获得电机转子转动角速度ω_i-1和当前电机转子位置γ_i；i为大于0的正整数；

步骤c，在每个PWM周期，通过下式计算闭环控制所用转子角度θ_n'

θ_n'＝θ_i-1+n·T_PWM·ω_i-1+n·Δδ_i-1

其中，i为大于0的正整数，n为自然数，θ₀＝0，Δδ_i-1为下述步骤d、步骤e的计算结果，Δδ₀＝0，θ_n'用于闭环控制时的坐标变换，是电机转子位置估计值；

步骤d，当检测到霍尔信号发生变化时，将θ_n'赋值给θ_i，计算获取Δθ_i，Δθ_i＝γ_i-θ_i，其中，i为大于0的正整数；

步骤e，在每个PWM波周期，计算修正项

其中T_PWM为PWM波载波周期时间，n为PWM载波周期计数值，n为自然数，i为大于0的正整数；

步骤f，当下一个霍尔信号变化到来时刻，n清零，同时i加1，完成一个循环；

步骤g，重复步骤a-f。

本发明特别采用霍尔位置传感器检测的角速度、转子位置与控制电机运转所用闭环控制电机转子位置角度之间的大小关系，通过在一个或者近似一个霍尔位置变化时间内，将其差值调节到零的方法，控制电机的运行，解决了电机控制容易造成控制失败、电机电流波形变差、高次谐波幅度大、噪音大等控制问题。

附图说明

图1示意性地示出了本发明转子位置坐标示意图；

图2示意性地示出了信号时序框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明公开了一种根据霍尔检测得到的电机转子的位置和闭环控制时采用的转子位置之间的关系及其控制方法，以克服传统控制方法造成的电机控制问题。

本发明中的家用料理机霍尔闭环控制方法采用霍尔元件检测电机转子的实际位置和实际转速，检测前后两次霍尔位置信号变化的时间间隔，在每次霍尔信号发生变化时刻，计算霍尔元件检测的电机转子的实际位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异，在随后与前面两次霍尔信号发生变化相同的时间间隔内，将这个差值调节到0的方法，控制电机的运行。

在一个实施例中，本发明中的家用料理机霍尔闭环控制方法，包括：

获取第一时刻和第二时刻之间的第一时长；

获取第二时刻霍尔元件检测到的电机转子的实际位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异；

在第二时刻后的与第一时刻和第二时刻的间隔长度相同的第一时长时间范围内，将所述差异调节至零。

本发明特别采用霍尔位置传感器检测的角速度、转子位置与控制电机运转所用闭环控制电机转子位置角度之间的大小关系，通过在一个或者近似一个霍尔位置变化时间内，将其差值调节到零的方法，控制电机的运行，解决了电机控制容易造成控制失败、电机电流波形变差、高次谐波幅度大、噪音大等控制问题。

优选地，将所述差异调节至零包括：在每个PWM波控制周期内，计算补偿量；根据所述补偿量对所述差异进行补偿，从而将用于控制坐标变换的电机转子位置调节至根据第一时刻与第二时刻用霍尔元件检测到的电机转子的实际位置所预估出的位置。

优选地，根据所述补偿量对所述差异进行补偿包括：当霍尔元件检测到的电机转子位置超前闭环控制所使用的电机转子位置时，在每个计算控制周期增加电机转子闭环控制角度；当霍尔元件检测到的电机转子位置落后于闭环控制所使用的电机转子位置，在每个计算控制周期减小电机转子闭环控制角度。

优选地，根据所述补偿量对所述差异进行补偿还包括：根据下式将所述差异平均分配到所述时间范围内：

其中，T₀为所述时间范围，i为正整数且i＞＝1，Δt为定时器的时间间隔，ω₀为第i次霍尔信号变化时刻霍尔位置变化获得的转子角速度，同时电机转子位置为θ₀，θ₀为霍尔信号发生变换时刻，霍尔检测到的电机转子的位置，0≤nΔt≤T_n-1，n为正整数，Δθ_n-1为第i次霍尔信号变化时刻霍尔信号变化获得的转子位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异。

优选地，利用积分和矩形面积的近似关系，上式简化为：

Δt越小，计算精度越高优选地，Δt为家用料理机的PWM波周期，T₀为PWM波载波周期时间T_PWM的整数倍。

优选地，所述方法具体包括：

步骤a，i赋初值1；

步骤b，检测两次霍尔信号变化之间的时间T_i-1、通过霍尔检测电机转子的位置，获得电机转子转动角速度ω_i-1和当前电机转子位置γ_i；i为大于0的正整数；

步骤c，在每个PWM周期，通过下式计算闭环控制所用转子角度θ_n'

θ_n'＝θ_i-1+n·T_PWM·ω_i-1+n·Δδ_i-1

其中，i为大于0的正整数，n为自然数，θ₀＝0，Δδ_i-1为下述步骤d、步骤e的计算结果，Δδ₀＝0，θ_n'用于闭环控制时的坐标变换，是电机转子位置估计值；

步骤d，当检测到霍尔信号发生变化时，将θ_n'赋值给θ_i，计算获取Δθ_i，Δθ_i＝γ_i-θ_i，其中，i为大于0的正整数；

步骤e，在每个PWM波周期，计算修正项

其中T_PWM为PWM波载波周期时间，n为PWM载波周期计数值，n为自然数，i为大于0的正整数；

步骤f，当下一个霍尔信号变化到来时刻，n清零，同时i加1，完成一个循环；

步骤g，重复步骤a-f。

下面对本发明进行更为详细的说明：

请参考图1所示，其中γ为霍尔检测到的电机转子位置，θ为闭环控制所使用的电机转子位置，也叫电机转子估计位置，用于各种坐标变换。

根据霍尔位置检测，获得两个霍尔信号变化之间的时间差和电机此时转过的角度，据此计算获得电机转子运行角速度ω，由公式θ＝∫ωdt获得闭环控制所使用的电机转子位置θ，但是，γ可能超前θ，如图1所示，γ也可能落后于θ。

由于γ是霍尔传感器检测获得的位置信号，认为是电机转子真实位置，需要在下一个霍尔信号变化到来时，将θ调整到γ位置。

假设前一个周期所检测两次霍尔信号变化之间的时间差为T₀，可以认为下一个霍尔信号变化之间的时间差由于差别很小，也是T₀，则需要在后续T₀的时间内，需要将差值Δθ＝γ-θ平均分配到T₀时间内，如图2所示，其中，i为正整数，i>＝1,按照公式：

进行补偿，其中Δt为定时器的时间间隔，ω₀为第i次霍尔信号变化时刻霍尔位置变化获得的转子角速度，同时第i次霍尔信号变化时刻霍尔信号检测到的电机转子位置为θ₀，公式(1)变形为：

Δt越小，计算精度越高。由公式(1)或者(2)可见，当霍尔检测到的电机转子位置γ超前闭环控制所使用的电机转子位置θ，需要在每个计算控制周期增加电机转子闭环控制角度，此时θ_n增加，当霍尔检测到的电机转子位置γ落后于闭环控制所使用的电机转子位置θ，需要在每个计算控制周期减小电机转子闭环控制角度，此时θ_n减小，满足要求。

由于家用料理机PWM波载波频率较高，为了获得更好的控制效果，可以设计每个PWM波周期，对闭环控制角度θ_n进行调节，此时T₀为PWM波载波周期时间T_PWM的整数倍，公式(1)、(2)中的Δt为T_PWM。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种家用料理机霍尔闭环控制方法，其特征在于，包括：

获取第一时刻和第二时刻之间的第一时长；

获取第二时刻霍尔元件检测到的电机转子的实际位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异；

在第二时刻后的与第一时刻和第二时刻的间隔长度相同的第一时长时间范围内，将所述差异调节至零；

将所述差异调节至零包括：在每个PWM波控制周期内，计算补偿量；根据所述补偿量对所述差异进行补偿，从而将用于控制坐标变换的电机转子位置调节至根据第一时刻与第二时刻用霍尔元件检测到的电机转子的实际位置所预估出的位置；

根据所述补偿量对所述差异进行补偿包括：当霍尔元件检测到的电机转子位置超前闭环控制所使用的电机转子位置时，在每个计算控制周期增加电机转子闭环控制角度；当霍尔元件检测到的电机转子位置落后于闭环控制所使用的电机转子位置，在每个计算控制周期减小电机转子闭环控制角度；

根据所述补偿量对所述差异进行补偿还包括：根据下式将所述差异平均分配到所述时间范围内：

上式中，T₀为所述时间范围，n为正整数且n>＝1，Δt为定时器的时间间隔，ω₀为第i次霍尔信号变化时刻霍尔位置变化获得的转子角速度，同时电机转子位置为θ₀，θ₀为第i次霍尔信号发生变换时刻，霍尔检测到的电机转子的位置，0≤nΔt≤T_n-1，n为正整数，Δθ_n-1为第i次霍尔信号变化时刻霍尔信号变化获得的转子位置与用于控制坐标变换的电机转子推定位置之间的差异，i为大于0的正整数。

2.根据权利要求1所述的家用料理机霍尔闭环控制方法，其特征在于，利用积分和矩形面积的近似关系，上式简化为：

Δt越小，计算精度越高，此式中的Δt为家用料理机的PWM波周期，T₀为PWM波载波周期时间T_PWM的整数倍。

3.根据权利要求2所述的家用料理机霍尔闭环控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤a，i赋初值1；

步骤b，检测两次霍尔信号变化之间的时间T_i-1、通过霍尔检测电机转子的位置，获得电机转子转动角速度ω_i-1和当前电机转子位置γ_i；i为大于0的正整数；

步骤c，在每个PWM周期，通过下式计算闭环控制所用转子角度θ_n'

θ_n'＝θ_i-1+n·T_PWM·ω_i-1+n·Δδ_i-1

其中，i为大于0的正整数，n为自然数，θ₀＝0，Δδ_i-1为下述步骤d、步骤e的计算结果，Δδ₀＝0，θ_n'用于闭环控制时的坐标变换，是电机转子位置估计值；

步骤d，当检测到霍尔信号发生变化时，将θ_n'赋值给θ_i，计算获取Δθ_i，Δθ_i＝γ_i-θ_i，其中，i为大于0的正整数；

步骤e，在每个PWM波周期，计算修正项

其中T_PWM为PWM波载波周期时间，n为PWM载波周期计数值，n为自然数，i为大于0的正整数；

步骤f，当下一个霍尔信号变化到来时刻，n清零，同时i加1，完成一个循环；

步骤g，重复步骤a-f。