CN110247604A - 一种永磁同步电机正弦驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机正弦驱动方法，通过均布在电机外围的3个线性霍尔传感器输出三相模拟信号对三相模拟信号处理获得具有120度固定相位差的正弦波Hn(n＝1，2，3)，进而得到正弦驱动的三相电压VN(N＝A，B，C)；根据转子相对于霍尔传感器的角度位移θ、转子相对于定子线圈的角度位移和固定角度偏差之间的数量关系，得到新的三相电压；本发明通过线性组合的方式实现霍尔信号相移变换，使得相移后的霍尔信号与期望的电压矢量方向一致，从而在不计算三角函数的情况下补偿传感器和线圈的角度偏差，获得正弦驱动的三相电压数值。
Description
技术领域
本发明属于电机驱动技术领域，具体涉及一种永磁同步电机正弦驱动方法。
背景技术
永磁同步电机的特性适合采用正弦方式驱动，需要转子旋转角度和三角函数的计算获得相应参数。线性霍尔传感器具有体积小、成本低等特点，不仅提供换向信息，还可以取代高分辨率编码器实现位置反馈，输出转子角度的正弦信号。通过对霍尔信号线性组合的方式获得正弦驱动的所需参数，可避免三角函数的计算，从而减少计算消耗。
现有论文Position estimation and control of compact bldc motors basedon analog linear hall effect sensors提出了一种由霍尔传感器输出解算位置，再通过三角函数的计算获得三相电压值的方式实现正弦方式驱动，然而反复计算三角函数会引入较多的计算消耗。
现有论文Sinusoidal brushless drive with low-cost linear hall effectposition sensors提出了一种直接把线性霍尔输出当做对应相电流参考值的驱动方法，然而由于传感器和线圈之间通常存在角度偏移，参考电流和霍尔信号并不严格对应。
基于转子位置，计算三角函数获得三相电压数值的方式会引入较多的内存占用和计算延迟。直接由霍尔输出获得对应相电流参考值的方式，不适用于传感器和线圈之间存在角度偏差的情况。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，提出了一种永磁同步电机正弦驱动方法，通过线性组合的方式实现霍尔信号相移变换，使得相移后的霍尔信号与期望的电压矢量方向一致，从而在不计算三角函数的情况下补偿传感器和线圈的角度偏差，获得正弦驱动的三相电压数值。
本发明所采用的技术方案如下：
一种永磁电机角度检测方法，通过均布在电机外围的3个线性霍尔传感器输出三相模拟信号对三相模拟信号处理获得具有120度固定相位差的正弦波Hn(n＝1，2，3)，进而得到正弦驱动的三相电压VN(N＝A，B，C)；根据转子相对于霍尔传感器的角度位移θ、转子相对于定子线圈的角度位移和固定角度偏差之间的数量关系，得到新的三相电压表示为为常数矩阵表示为：
进一步，获得新的三相电压方法为：
S1，通过线性组合的方式得到三相驱动A相电压VA：VA＝k1H1+k2H2+k3H3；
S2，令k1＝0，上式为：
S3，将上式通过和差角公式展开，cos和sin对应项系数相等，可得
S4，得到三相电压：
进一步，所述三相模拟信号表示为：其中，An和Dn(n＝1,2,3)分别为第n路霍尔信号的幅值增益和直流分量。
进一步，所述正弦波Hn(n＝1，2，3)表示为：
本发明的有益效果：
本发明通过线性组合的方式实现霍尔信号相移变换，使得相移后的霍尔信号与期望的电压矢量方向一致，从而在不计算三角函数的情况下补偿传感器和线圈的角度偏差，获得正弦驱动的三相电压数值。
本发明能够补偿霍尔传感器和定子线圈的角度偏差，适用于霍尔信号和三相电压期望相位不一致的情况。
附图说明
图1是线性霍尔传感器排布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，环绕电机相差120度均匀排布有3个线性霍尔传感器，线性霍尔传感器检测出三相模拟信号为原始的静态霍尔信号：
然而原始的静态霍尔信号存在幅值误差和直流误差。其中，θ为转子相对于霍尔传感器的角度位移，An和Dn(n＝1,2,3)分别为第n路霍尔信号的幅值增益和直流分量，可以通过测量得到。
通过：将三相模拟信号转换为具有120度固定相位差的正弦波形，正弦波表达式为：
其中，N为归一化后的幅值增益。
进而得到正弦驱动的三相电压表达式为：
其中，VA、VB、VC分别为三相驱动A相、B相、C相电压，为转子相对于定子线圈的角度位移，U为驱动电压幅值；当霍尔传感器与定子的安装位置固定，θ和之间具有固定角度偏差三者之间的关系为：在θ和未知的情况下，由Hn通过线性组合的方式得到三相驱动A相电压VA：
VA＝k1H1+k2H2+k3H3 (4)
为简化计算，令k1＝0，上式写为：
通过和差角公式展开，cos和sin对应项系数相等，可得 同理通过霍尔信号获得所有三相电压：
其中，为常数矩阵表示为：
从式(7)可以看出，由于是定值，所以与电机转子当前位置和θ无关，可通过离线计算获得。因此，既不需要解算转子角度，也不需要计算三角函数cos，直接利用霍尔信号基于线性变换就可得到正弦驱动的三相电压。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种永磁同步电机正弦驱动方法，其特征在于，通过均布在电机外围的3个线性霍尔传感器输出三相模拟信号对三相模拟信号处理获得具有120度固定相位差的正弦波Hn,n＝1，2，3，进而得到正弦驱动的三相电压VN,N＝A，B，C；根据转子相对于霍尔传感器的角度位移θ、转子相对于定子线圈的角度位移和固定角度偏差之间的数量关系，得到新的三相电压表示为 为常数矩阵表示为：
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机正弦驱动方法，其特征在于，获得新的三相电压方法为：
S1，通过线性组合的方式得到三相驱动A相电压VA：VA＝k1H1+k2H2+k3H3；
S2，令k1＝0，上式为：
S3，将上式通过和差角公式展开，cos和sin对应项系数相等，可得
S4，得到三相电压：
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机正弦驱动方法，其特征在于，所述三相模拟信号表示为：其中，An和Dn，n＝1,2,3分别为第n路霍尔信号的幅值增益和直流分量。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机正弦驱动方法，其特征在于，所述正弦波Hn表示为：
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