CN108400733A - 一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法 - Google Patents

一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本本发明涉及电机转子位置检测方法，具体涉及永磁同步电机转子位置检测，其步骤为：在永磁同步电机定子侧互差120°电角度的位置安装三个霍尔元件，来获取霍尔信号，在得到霍尔检信号之后，一方面通过霍尔信号与转子角度对应关系，确定转子位于哪个区域内，另一方面通过T方法对转子转速进行计算；根据得到的转子所在区域和转子转速就能估算转子角度；再利用角度慢校正的方法为转子角度进行矫正，进而确定转子的位置。本发明采用霍尔元件检测转子位置，具有成本低，简单方便的优点；对定时器时钟分频值进行实时修正，能够保证最佳分辨率；利用角度慢校正法来校正转子角度，能有效减小电流波动，电机运行平稳。

Description

一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法
技术领域
本发明涉及电机转子位置检测方法，具体涉及永磁同步电机转子位置检测。
背景技术
随着能源短缺的日益凸显以及环境污染的日益恶化，电动汽车作为一种使用电能驱动的新能源汽车，受到人们越来越多的关注。永磁同步电动机因体积小、效率高、过载能力大和响应速度快等优点，已经在伺服领域中占据了重要地位，是电动汽车电驱动系统的理想选择。
对于永磁同步电机的控制精度，在很大程度上取决于转子位置检测的精度。传统的获取转子位置的方法是通过旋转变压器，光电编码器等高分辨率位置传感器实现的，能够准确实时地获得高分辨率的转子的磁通位置，但是此方法成本较高。为减小转子位置检测的成本，无位置传感器控制技术得到发展，通过检测电流、电压等变量，结合电机本身参数，对转子位置进行估计，但是其控制算法复杂，对参数要求高，且无法适用于全速范围。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了基于霍尔传感器的转子位置检测方法，对霍尔传感器信号进行分析和处理，实现精确计算电机转速及估算转子位置，结合提出的角度慢校正的控制方法，有效抑制转矩脉动，电机运行更平稳。本方法具有成本低、简单方便、可靠性高的优点。
本发明具体采用以下技术方案：
一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法，包括以下步骤：首先是利用霍尔元件检测转子位于哪个区域内；同时根据霍尔信号对转子转速进行计算；然后是转子角度的估算；最后为转子角度的校正。
所述霍尔元件检测转子区域过程如下：永磁同步电机在定子侧互差120°电角度的位置安装三个霍尔元件，将转子位置分为6个扇区，当电机转动时，会产生相位相差120°的方波信号。将电机的A相接电源正极，BC两相并在一起后接电源负极，通入小于额定电流的直流电流，在无外力作用下，定子磁场与转子磁极永磁场相互作用，最终定位至互差0°相位的平衡位置上，这样就能确定转子角度为零时对应的霍尔信号情况，根据霍尔信号顺序，得出霍尔信号与转子角度对应关系。
所诉转子转速计算采用T法，本控制器的硬件平台是基于数字信号控制器STM32F103RBT6实现的，将STM32的定时器配置为输入捕获模式，在该模式下，当检测到霍尔传感器发生设定的边沿跳变时，计数器的当前值被锁存到捕获/比较寄存器中，通过该计数值及计数器的频率，即可得到计时时间，进而得出当前电机的转速，计算公式如下：
其中，fclk为计数器的频率，P为电机转一圈输出的霍尔脉冲数，M为计数器的值。在运行时需要不断调整定时器的时钟分频，这样既能减小时间又能避免计数器溢出。
所述转子角度估算是利用上一时刻计算的转速估计电机在一定时间内转过的角度，从而计算当前转子的角度，计算公式如下：
θt＝θi+ωkT
其中T为斩波周期，k为ti到t的斩波周期次数，当前转子的角度θt，起始角度θi，起始角度所在扇区的平均转速为ω。
所述转子角度的校正是一种角度慢校正的方法，当计算的角度与霍尔对应的校正值存在偏差时，根据转速情况，在1/8电周期内均匀的补偿回去。
附图说明
图1是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法的过程流程图；
图2是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法在霍尔元件检测转子位置区域时，霍尔信号与转子角度对应关系图；
图3是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法在计算转速时，设置输入捕获定时器分频值的过程流程图；
图4是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法的转子角度慢校正的过程流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。
图1是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法的过程流程图。霍尔元件获取信号后，一方面通过霍尔信号与转子角度对应关系，确定转子位于哪个区域内，另一方面通过T方法对转子转速进行计算；根据得到的转子所在区域和转子转速就能估算转子角度；再利用角度慢校正的方法为转子角度进行矫正，这样就能确定转子的位置。
图3是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法在计算转速时，设置输入捕获定时器分频值的过程流程图。将STM32的定时器配置为输入捕获模式，在该模式下，当检测到霍尔传感器发生设定的边沿跳变时，计数器的当前值被锁存到捕获/比较寄存器中。定时器中断触发后，判断捕获/比较寄存器的值是否溢出，若发生溢出，将存储捕获值、溢出次数、时钟分频进行存储，重新计算捕获值，同时将定时器的分频值减1，以增加采样时间；若没有溢出，需判断捕获计时是否过低，若计时过低，捕获值和分频值存储后，将分频值加1，以减少采样时间，若计时正常，将捕获值和分频值存储后，结束即可。在这个过程中，需要同时将溢出次数与设定值进行比较，若超过设定值，将电机速度设为零，若没有超过设定值，存储溢出次数后，结束即可。这样通过该计数值及计数器的频率，即可得到计时时间。
图4是一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法的转子角度慢校正的过程流程图。当计算的角度与霍尔对应的校正值存在偏差时，根据转速情况，在1/8电周期内均匀的补偿回去。PWM更新中断后，计算当前转速下电周期的时间Ts，再计算当前斩波频率下电周期对应的斩波次数N，这样就能得到1/8周期完成校正的步距θstep，判断角度是否超前，若角度超前并且偏差大于步距，则角度减步距同时偏差减小一个步距；若角度超前但偏差小于步距，则角度减偏差同时偏差清零；若角度没有超前并且偏差大于步距，则角度加步距同时偏差减小一个步距；若角度没有超前但偏差小于步距，则角度加偏差同时偏差清零。通过以上角度慢校正处理，就能确定转子的位置。
综上所述，本发明所提出的一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法，采用霍尔元件，具有成本低，简单方便的优点；对定时器时钟分频值进行实时修正，能够保证最佳分辨率，利用角度慢校正法来校正转子角度，能有效减小电流波动，电机运行平稳。适合应用于以永磁同步电机作为驱动元件的电动车系统中。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：首先是利用霍尔元件检测转子位于哪个区域内；同时根据霍尔信号对转子转速进行计算；然后是转子角度的估算；最后为转子角度的校正。
2.如权利要求1所述的霍尔元件检测转子区域，其特征在于：永磁同步电机在定子侧互差120°电角度的位置安装三个霍尔元件，将转子位置分为6个扇区，当电机转动时，会产生相位相差120°的方波信号。将电机的A相接电源正极，BC两相并在一起后接电源负极，通入小于额定电流的直流电流，在无外力作用下，定子磁场与转子磁极永磁场相互作用，最终定位至互差0°相位的平衡位置上，这样就能确定转子角度为零时对应的霍尔信号情况，根据霍尔信号顺序，得出霍尔信号与转子角度对应关系。
3.如权利要求1所诉的转子转速计算，其特征在于：采用T法计算转速，本控制器的硬件平台是基于数字信号控制器STM32F103RBT6实现的，将STM32的定时器配置为输入捕获模式，在该模式下，当检测到霍尔传感器发生设定的边沿跳变时，计数器的当前值被锁存到捕获/比较寄存器中，通过该计数值及计数器的频率，即可得到计时时间，进而得出当前电机的转速。在运行时需要不断调整定时器的时钟分频，这样既能减小时间又能避免计数器溢出。
4.如权利要求1所述的转子角度估算，其特征在于：利用上一时刻计算的转速估计电机在一定时间内转过的角度，从而计算当前转子的角度。
5.如权利要求1所述的转子角度的校正，其特征在于：采用角度慢校正的方法，当计算的角度与霍尔对应的校正值存在偏差时，根据转速情况，在1/8电周期内均匀的补偿回去。
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