CN111464096A - 校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法。当空气压缩机电机高速旋转时校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法包括：第一步骤，其为当在电机的运行期间发生惯性制动部分时，通过执行零电流控制，根据应用q轴电压和d轴电压的电压等式来计算偏移角θ；第二步骤，其为通过利用用于计算偏移角θ的等式、通过利用在惯性制动部分中的任意两个点处的角速度ω来计算霍尔传感器的参考偏移角θoffset和延迟时间t0；以及第三步骤，其为通过校正后的零电流控制来计算校正后的q轴电压和校正后的d轴电压，并且将校正后的q轴电压和校正后的d轴电压与参考误差进行比较。

Description

校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年1月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0000641的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法。具体地，本发明涉及一种校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法，该方法提高了空气压缩机电机高速旋转时的速度控制稳定性。
背景技术
考虑到关于车辆的空气压缩机的成本和封装，需要利用廉价的霍尔传感器而不是利用旋转变压器来控制驱动电机，以实现在100,000rpm或更高的高速运行控制。为了实现与燃料经济性直接相关的高效率，通过三相脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)矢量控制来实现上述功能，该技术目前尚未用于相关行业中的安装有霍尔传感器的电机。通过利用微型计算机精确地计算霍尔传感器速度可以大大降低高速时的电机速度误差。因此，各种因素的影响与电机的速度成比例地增加。这些因素可以包括硬件(H/W)制造偏差(例如，霍尔传感器安装位置偏移的偏差)、由霍尔传感器输出和感测电路的滤波器组件引起的时间延迟要素、印刷电路板(PCB)的无源元件的误差，以及由软件(SW)滤波引起的时间延迟要素，这些因素影响相关技术中的霍尔传感器位置的测量。因此，当该技术应用于燃料电池原型(Proto)汇流条功率控制单元(BPCU)SW时，这些因素的影响的效果非常显著。
在这方面，相关技术中的韩国专利申请公开申请No.10-2016-0036210(韩国申请10-2016-0036210)(利用霍尔传感器检测电机的位置并计算电机的速度的方法)涉及一种通过利用霍尔传感器来检测电机的位置并计算电机的速度的方法。更具体地，韩国申请10-2016-0036210涉及这样一种利用霍尔传感器来检测电机的位置并计算电机的速度的方法：该方法可以提高利用霍尔传感器计算高速旋转的电机的速度和转子位置的精度。
然而，因为将电机的霍尔传感器的信号延迟要素作为设计参数进行管理，所以存在由于批量生产期间出现的制造偏差而在电机高速运行时可能产生位置误差的风险。因为电机的霍尔传感器的信号延迟要素是由电机的霍尔传感器测量电路引起的，因此，存在需要管理PCB上的诸如无源误差和滤波器组件误差的公差的问题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种对于霍尔传感器信号的输出补偿测量延迟要素的方法，所述方法影响通过利用霍尔传感器作为位置传感器的具有高转速的表面式永磁同步电动机(surface mounted permanent magnetic synchronous motor，SMPMSM)的高速运行控制期间的速度精度。
本发明的实施方案提供一种校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法，所述方法控制燃料电池车辆的空气压缩机电机高速旋转时的扭矩振荡的速度误差。所述方法包括第一步骤，其为当在电机的运行期间发生惯性制动部分时，通过执行零电流控制、根据应用q轴电压和d轴电压的电压等式计算偏移角θ。所述方法进一步包括第二步骤，其为通过利用用于计算偏移角θ的等式、通过利用在惯性制动部分中的任意两个点处的角速度ω来计算霍尔传感器的参考偏移角θoffset和延迟时间t0。所述方法还包括第三步骤，其为通过由参考偏移角θoffset和延迟时间t0校正后的零电流控制来计算校正后的q轴电压和校正后的d轴电压，并且将校正后的q轴电压和校正后的d轴电压与参考误差进行比较。当校正后的q轴电压和校正后的d轴电压超过参考误差的范围时，重复所述第一步骤至所述第三步骤，以校正霍尔传感器的信号延迟。
第一步骤可以通过利用
Figure BDA0002256043850000031
(Vd：d轴电压，Vq：q轴电压)来计算偏移角θ。
在第一步骤中，当执行零电流控制时，q轴电压可以是反电动势。当既不存在偏移角也不存在延迟时间时，可以对d轴电压应用0值。
第二步骤可以通过应用等式θ＝θoffset+ωot0(ω0：角速度(rad/s)，t0：霍尔传感器的信号延迟时间)并且输入惯性制动部分中的任意角速度ω1和ω2以及θ1和θ2，计算参考偏移角θoffset和延迟时间t0。
根据具有上述配置的本发明，其优点在于，通过降低空气压缩机电机高速旋转时的电机扭矩振荡，提高了电机的电流控制的稳定性和速度控制的稳定性。
根据本发明，使控制空气压缩机电机的电流时由霍尔传感器的信号测量延迟所引起的电机位置误差最小化。因此，具有这样的优点：减小了不必要的d轴电流并且减小了空气压缩机的电流消耗，这有助于提高车辆的燃料经济性。
根据本发明，具有另一个优点：通过减小影响空气压缩机电机的霍尔传感器的位置的因素的制造偏差和霍尔传感器电路的信号延迟的效果，提高了生产率和质量。
附图说明
图1为示出根据本发明的实施方案的校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法的流程图。
具体实施方式
下文中，参考所附附图对本发明进行详细描述。然而，本发明不受这些实施方案的约束或限制。
在各个附图中所指示的相同附图标记表示基本执行相同功能的构件。根据以下描述，本发明的目的和效果可以自然而然地理解或者可以变得更加清楚。本发明的目的和效果不仅限于以下描述。另外，在本发明的描述中，当确定特定描述可能使本发明的主题不必要地模糊时，将省略与本发明相关的公知技术的具体描述。
图1为示出根据本发明的实施方案的校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法的流程图。
参考图1，校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法可以包括第一步骤至第三步骤S10、S30和S50。
所述方法校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟，其对燃料电池车辆的空气压缩机电机高速旋转时的扭矩振荡的速度误差进行控制。第一步骤S10通过在电机的运行过程中发生惯性制动部分时执行零电流控制，根据应用q轴电压和d轴电压的电压等式来计算偏移角θ。
在第一步骤至第三步骤S10、S30和S50中，为了在补偿控制过程中准确并快速地对霍尔传感器信号的测量延迟要素进行补偿，需要计算惯性制动期间零电流控制时Vd从0偏离的量。在这种情况下，除了指示霍尔传感器从电机的参考位置偏离多少的霍尔传感器的参考偏移角之外，还能够对由控制器进行识别的偏移由于霍尔传感器的信号延迟时间而变大的现象进行数学化。
下面所示的等式1用于通过利用三角函数关系公式、并且通过将霍尔传感器的参考偏移角和时间延迟乘以角速度而获得的值与执行零电流控制的惯性制动部分中的速度点1(角速度ω1)处的偏移角相加来分析Vd与Vq之间的关系。同样地，推导出在速度点2(角速度ω2)处的等式2。根据霍尔传感器的参考偏移角和信号延迟所推导出的时间基于等式1和等式2来获得。通过利用该时间可以执行用于补偿霍尔传感器的参考偏移角和霍尔传感器的信号延迟两者的控制。
在第一步骤S10中，可以基于以下等式1和等式2来计算偏移角。当电机运行过程中发生惯性制动部分时，计算电机位置的参考偏移角和霍尔传感器的信号延迟要素的方法执行零电流控制，并且为了方便计算，可以通过利用以下等式1转换为d-q转换电压等式来执行该方法。
[等式1]
Figure BDA0002256043850000041
Figure BDA0002256043850000042
Vemf＝λ×ωe
(Vdsyn：d轴输出电压，Vqsyn：q轴输出电压，Rs：相电阻，Idsyn：d轴电流测量值，Iqsyn：q轴电流测量值，Ld：d轴电感值，Lq：q轴电感值，ωe：电角速度，Vemf：反电动势，λ：反电动势常数)
[等式2]
Figure BDA0002256043850000051
第一步骤(S10)可以通过利用
Figure BDA0002256043850000052
(Vd：d轴电压，Vq：q轴电压)来计算偏移角θ。当执行零电流控制时，q轴电压可以是反电动势。当既不存在偏移角也不存在延迟时间时，可以对d轴电压应用0值。
如以下等式3所示，关于偏移角，霍尔传感器的参考偏移角误差和延迟信号可以表示为速度的函数。
[等式3]
θ＝θoffset+ωot0
(ω0：角速度(rad/s)，t0：霍尔传感器的信号延迟时间)
第二步骤S30通过利用用于计算偏移角θ的等式、利用在惯性制动部分中的任意两个点处的角速度ω来计算霍尔传感器的参考偏移角θoffset和延迟时间t0。参考以下等式4：
[等式4]
Figure BDA0002256043850000053
Figure BDA0002256043850000054
通过应用等式θ＝θoffset+ωot0(ω0：角速度(rad/s)，t0：霍尔传感器的信号延迟时间)并且通过输入惯性制动部分中的任意角速度ω1和ω2以及θ1和θ2(S301和S303)，第二步骤S30可以计算参考偏移角θoffset和延迟时间t0(S305)。
为了提高Vd1和Vq1的测量值精确性，第二步骤S30可以获取通过从ω1的±a rpm计算Vd1和Vq1所获得的值的平均值，并且为了提高Vd2和Vq2的测量值精确性，第二步骤S30可以获取通过从ω2的±a rpm计算Vd2和Vq2所获得的值的平均值(S301)。
当通过利用等式4获得解时，能够获得参考偏移角θoffset和延迟时间t0。此后，在惯性制动部分中通过零电流控制测量值Vd，使得当该值超过接近于0的参考值(考虑到测量误差和采样误差)时，能够再次执行校正。
第三步骤S50通过由参考偏移角θoffset和延迟时间t0校正后的零电流控制来计算校正后的q轴电压和校正后的d轴电压。第三步骤S50将校正后的q轴电压和校正后的d轴电压与参考误差进行比较。当校正后的q轴电压和校正后的d轴电压超过参考误差的范围时，通过重复第一步骤至第三步骤S10、S30和S50，能够校正霍尔传感器的信号延迟。
传统燃料电池FE车辆相比于当前制造的线性模型跟随控制(linear modelfollowing control，LMFC)车辆曾存在过如下问题：空气压缩机电机的霍尔传感器信号测量迟延增加了4μs，并且最大速度增加了2.5倍，从而位置误差增加3倍。但是，根据本发明实施方案的信号迟延的校正方法，可以实现燃料电池FE车辆的位置误差被补偿的改善效果。
尽管以上已经参考代表性实施方案详细描述了本发明，但是本发明所属领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对实施方案进行各种修改。因此，本发明的范围应当不限于所描述的实施方案，而是应当不仅由所附权利要求书限定，而且还应当由从与权利要求书等同的概念引起的所有改变或修改形式限定。

Claims (4)

1.一种校正用于空气压缩机电机的霍尔传感器的信号延迟的方法，所述方法控制燃料电池车辆的空气压缩机电机高速旋转时的扭矩振荡的速度误差，所述方法包括：
第一步骤，其为当在电机的运行期间发生惯性制动部分时，通过执行零电流控制，根据应用q轴电压和d轴电压的电压等式来计算偏移角θ；
第二步骤，其为通过利用用于计算偏移角θ的等式、通过利用在惯性制动部分中的任意两个点处的角速度ω来计算霍尔传感器的参考偏移角θoffset和延迟时间t0；以及
第三步骤，其为通过由参考偏移角θoffset和延迟时间t0校正后的零电流控制来计算校正后的q轴电压和校正后的d轴电压，并且将校正后的q轴电压和校正后的d轴电压与参考误差进行比较；
其中，当校正后的q轴电压和校正后的d轴电压超过参考误差的范围时，重复所述第一步骤至所述第三步骤，以校正霍尔传感器的信号延迟。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤通过利用
Figure FDA0002256043840000011
来计算偏移角θ，其中，Vd为d轴电压，Vq为q轴电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一步骤中，当执行零电流控制时，q轴电压为反电动势，当既不存在偏移角又不存在延迟时间时，对d轴电压应用0。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤通过应用等式θ＝θoffset+ωoto并且输入惯性制动部分中的任意角速度ω1和ω2以及θ1和θ2来计算参考偏移角θoffset和延迟时间t0，其中，ω0为角速度，t0为霍尔传感器的延迟时间。
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