CN112304211B - 一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，所述方法包括如下步骤：向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势和各个霍尔扇区跳变的时间和各相反电动势过零点的时间；将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值；根据各相相邻的两个过零点值之间的时间间隔、各个霍尔扇区跳变的时间和各反电动势中第一个过零点的时间值，得到各扇区跳变边沿与第一过零点值的电角度差值，再与各扇区跳变边沿与第一个过零点的电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度，算法数据量小，计算效率高；针对不同霍尔个数的电机的鲁棒性好。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法。
背景技术
电动自行车和电动摩托车用电机一般采用低成本的霍尔传感器作为位置传感器，不仅安装方便，而且节约了电机设计成本。3个开关型霍尔间隔120度安装。当电机转子旋转一个周期，一个霍尔传感器完成一个周期的检测，输出 50% 占空比的方波信号，3路霍尔一个周期可以检测到 6 个转子位置，即将一个周期划分为 6 个扇区，理想情况下一个扇区为60度。
电机控制多采用矢量控制方法，需要精准的转子位置信号，霍尔信号和电机转子位置存在确定的关系。但是霍尔安装很难保证绝对精准，多少存在机械误差，使得扇区不是理论的60度，霍尔传感器检测到的转子位置与理想的转子位置之间存在偏差，使得控制精度降低，导致电流畸变和转矩脉动，产生噪声和抖动。
传统方式是运行电机到匀速稳定一段时间，通过各扇区时间比例来计算扇区大小。但是扇区未校准前不能很好实现匀速转动，另外由于多一个匀速的步骤可能影响用户使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，以解决现有技术中霍尔传感器安装误差使电机不能匀速控制的缺陷。
一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，所述方法包括如下步骤：
向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势，并记录各个霍尔扇区跳变的时间和各相反电动势过零点的时间；
将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值；
根据各相相邻的两个过零点值之间的时间间隔、各个霍尔扇区跳变的时间和各反电动势中第一个过零点的时间值，得到各扇区跳变边沿与第一过零点值的电角度差值；
根据反电动势中第一个过零点的时间值计算得到反电动势第一个过零点的电角度；
通过反电动势第一个过零点的电角度和各扇区跳变边沿与第一个过零点的电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度。
进一步的，向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势的方法包括如下步骤：
将检测信号通入三相电机的其中两相，获取得到另一相的反电动势；
以此方法导通其他两相，分别获取三相电机的各相反电动势。
进一步的，将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值的方法包括如下步骤：
以电机A相反电动势峰值点作为电角度0度，得到A相反电动势的2个过零点分别为90度和270度，B相反电动势的2个过零点分别为30度和210度，C相反电动势的2个过零点分别为150度和330度。
进一步的，记录各相霍尔扇区边沿的时间和各相反电动势过零点的时间的方法包括如下步骤：
将其中一相的反电动势过零点作为时间0点，依次记录各项霍尔扇区边沿切换时间点为T1~T6，各相反电动势过零点的时间Z0~Z6，Z0为时间0点。
进一步的，根据各相相邻的两个过零点之间的时间间隔、各霍尔扇区边沿时间和各反电动势中第一个过零点的时间，得到各扇区边沿与第一个过零点时间的电角度差值的方法包括如下步骤：
根据各相反电动势过零点的时间计算得到相邻两个过零点的时间间隔ΔZ0；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值记为ΔT1~ΔT6；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值除以相邻两个过零点值的时间间隔，再乘以180度得到各霍尔扇区与第一个过零点时间的电角度差值，即为：ΔT1/ΔZ0 * 180。
进一步的，根据反电动势中第一个过零点的时间值计算得到反电动势第一个过零点的电角度的方法包括如下步骤：
当第一个过零点为A相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为90度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为270度；
当第一个过零点为B相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为210度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为30度；
当第一个过零点为C相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为330度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为150度。
进一步的，通过反电动势第一各过零点的电角度和电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度的方法包括如下步骤：
将第一个过零点电角度与电角度差值相加后计算得到各霍尔扇区边沿的电角度，如第一个扇区边沿电角度为θ+ΔT1/ΔZ0 * 180。
进一步的，所述检测信号为方波信号。
本发明的优点在于：
1，算法数据量小，计算效率高；
2，开机即校准，执行效率高；
3，开机瞬间实现匀速控制，用户体验好；
4，针对不同霍尔个数的电机的鲁棒性好。
附图说明
图1为本发明中霍尔信号、霍尔扇区、反电动势与电角度对应关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势，并记录各个霍尔扇区跳变的时间和各相反电动势过零点的时间：
将检测信号通入三相电机的其中两相，获取得到另一相的反电动势；
以此方法导通其他两相，分别获取三相电机的各相反电动势；
将其中一相的反电动势过零点作为时间0点，依次记录各项霍尔扇区边沿切换时间点为T1~T6，各相反电动势过零点的时间Z0~Z6，Z0为时间0点；
所述检测信号为方波信号；
步骤二：将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值：
以电机A相反电动势峰值点作为电角度0度，得到A相反电动势的2个过零点分别为90度和270度，B相反电动势的2个过零点分别为30度和210度，C相反电动势的2个过零点分别为150度和330度；
步骤三：根据各相相邻的两个过零点值之间的时间间隔、各个霍尔扇区跳变的时间和各反电动势中第一个过零点的时间值，得到各扇区跳变边沿与第一过零点值的电角度差值：
根据各相反电动势过零点的时间计算得到相邻两个过零点值的时间间隔ΔZ0；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值记为ΔT1~ΔT6；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值除以相邻两个过零点值的时间间隔，再乘以180度得到各霍尔扇区与第一个过零点时间的电角度差值，即为：ΔT1/ΔZ0 * 180；
步骤四：根据反电动势中第一个过零点的时间值计算得到反电动势第一个过零点的电角度：
当第一个过零点为A相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为90度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为270度；
当第一个过零点为B相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为210度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为30度；
当第一个过零点为C相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为330度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为150度；
步骤五：通过反电动势第一个过零点的电角度和各扇区跳变边沿与第一个过零点的电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度：
将第一个过零点电角度与电角度差值相加后计算得到各霍尔扇区边沿的电角度，如第一个扇区边沿电角度为θ+ΔT1/ΔZ0 * 180。
以下通过实施例进一步阐述该方法：
采用方波两两导通的方式启动电机，即同一时刻只有两相通电，另外一相不通电；
从不通电的相采集电机反电动势，反电动势的相位对应了当前转子位置；
对霍尔信号和反电动势进行计时，记录霍尔扇区边沿的时间和反电动势过零点的时间；
以电机A相反电动势峰值点作为电角度0度，得到A相反电动势的2个过零点分别为90度和270度，B相反电动势的2个过零点分别为30度和210度，C相反电动势的2个过零点分别为150度和330度；
计算相邻2个过零点之间的时间间隔ΔZ0，其对应电角度间隔为180度；
计算各霍尔扇区边沿时间到第1个过零点的时间ΔT1~ΔT6；
把各扇区边沿到第1个过零点的时间除以2个过零点的时间间隔，再乘以180度，得到扇区边沿与第一个过零点的电角度差值，如第一个扇区边沿与第一个过零点的角度差为ΔT1/ΔZ0 * 180；
根据第一个过零点所在相及过零方向，得到其电角度θ；
根据第一个过零点电角度和前面计算的电角度差值，计算各扇区边沿的电角度，如第一个扇区边沿电角度为θ+ΔT1/ΔZ0 * 180；
当扇区角度计算完毕且电机转速大于20RPM时，切换到正弦运行；其中数值20RPM可以根据实际需要适当调整。
如图1所示，一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，实施例如下：
当第一个过零点为A相，且过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为90度。当A相反电动势第一个过零点与第二个过零点之间的时间间隔为ΔZ0，霍尔第3扇区到第2扇区的切换边沿到第1个过零点的时间为ΔT1，则该边沿与第一个过零点的角度差为ΔT1/ΔZ0 *180，则该边沿电角度为90+ΔT1/ΔZ0 * 180。
同样方法可算出其他扇区边沿电角度。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (4)
1.一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势，并记录各个霍尔扇区跳变的时间和各相反电动势过零点的时间；
将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值；
根据各相相邻的两个过零点之间的时间间隔、各个霍尔扇区跳变的时间和各反电动势中第一个过零点的时间值，得到各扇区跳变边沿与第一过零点的电角度差值；
根据反电动势中第一个过零点的时间值计算得到反电动势第一个过零点的电角度；
通过反电动势第一个过零点的电角度和各扇区跳变边沿与第一个过零点的电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度；向三相电机通入检测信号，获取三相电机各相的反电动势的方法包括如下步骤：
将检测信号通入三相电机的其中两相，获取得到另一相的反电动势；
以此方法导通其他两相，分别获取三相电机的各相反电动势；
将其中一相的反电动势峰值点作为电角度基准值，得到各相反电动势的过零点值的方法包括如下步骤：
以电机A相反电动势峰值点作为电角度0度，得到A相反电动势的2个过零点分别为90度和270度，B相反电动势的2个过零点分别为30度和210度，C相反电动势的2个过零点分别为150度和330度；
记录各相霍尔扇区边沿的时间和各相反电动势过零点的时间的方法包括如下步骤：
将其中一相的反电动势过零点作为时间0点，依次记录各项霍尔扇区边沿切换时间点为T1~T6，各相反电动势过零点的时间Z0~Z6，Z0为时间0点；
根据各相相邻的两个过零点之间的时间间隔、各霍尔扇区边沿时间和各反电动势中第一个过零点的时间，得到各扇区边沿与第一个过零点时间的电角度差值的方法包括如下步骤：
根据各相反电动势过零点的时间计算得到相邻两个过零点的时间间隔ΔZ0；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值记为ΔT1~ΔT6；
将各霍尔扇区边沿时间到第一个过零点的时间的差值除以相邻两个过零点的时间间隔，再乘以180度得到各霍尔扇区与第一个过零点时间的电角度差值，即为：ΔT1/ΔZ0 *180。
2.根据权利要求1所述的一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，其特征在于：根据反电动势中第一个过零点的时间值计算得到反电动势第一个过零点的电角度的方法包括如下步骤：
当第一个过零点为A相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为90度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为270度；
当第一个过零点为B相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为210度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为30度；
当第一个过零点为C相，若过零点是下降，则第一个过零点电角度θ为330度，若过零点是上升，则第一个过零点电角度θ为150度。
3.根据权利要求2所述的一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，其特征在于：通过反电动势第一个过零点的电角度和电角度差值，计算得到各扇区边沿的电角度的方法包括如下步骤：
将第一个过零点电角度与电角度差值相加后计算得到各霍尔扇区边沿的电角度，如第一个扇区边沿电角度为θ+ΔT1/ΔZ0 * 180。
4.根据权利要求1至3所述的任意一种通过反电动势校准电机霍尔扇区的方法，其特征在于：所述检测信号为方波信号。
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