CN113437909A - 一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，增加了三相霍尔位置矫正部分电路，使用了R1，R2，R3，R4，R5，R6，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号，还能通过使用R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，增加了对三相过零点的采样，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号，解决了电流大，噪音大，电机效率低的问题。

Description

一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法
技术领域
本发明涉及无刷电机技术领域，具体为一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法。
背景技术
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步，霍尔效应是电磁效应的一种，当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差，霍尔效应使用左手定则判断，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器，广泛应用于电力系统中。
然而，在有霍尔传感器的三相无刷电机的生产，使用过程中，因为三颗霍尔的灵敏度的误差，霍尔安装的偏差和转子安装的误差以及转子磁场的变化等，使得霍尔感应到的磁场信号与实际磁场容易有较大的误差，引起的电流大，噪音大，电机效率低等现象，为了精确获取转速闭环和空间矢量脉冲调制所需要的转子速度和位置信息，一般需要在电机转子轴端安装高精度的位置传感器，虽然高精度位置传感器的引入可以保证电机的控制结果，但是也存在系统可靠性不高，成本增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，以解决上述背景技术中提出在有霍尔传感器的三相无刷电机的生产，使用过程中，因为三颗霍尔的灵敏度的误差，霍尔安装的偏差和转子安装的误差以及转子磁场的变化等，使得霍尔感应到的磁场信号与实际磁场容易有较大的误差，引起的电流大，噪音大，电机效率低等现象，为了精确获取转速闭环和空间矢量脉冲调制所需要的转子速度和位置信息，一般需要在电机转子轴端安装高精度的位置传感器，虽然高精度位置传感器的引入可以保证电机的控制结果，但是也存在系统可靠性不高，成本增加的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其步骤如下：
步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常。
步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理。
步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一所述的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录。
步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正，再次修正后的霍尔位置参数重新启动电机，检测电机运转是否正常。
优选的，所述三相无刷电机内安装有霍尔传感器、主控微处理器、功率驱动部分，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号。
优选的，所述三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有六个联结的电阻。
优选的，所述三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有九个联结的电阻，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号。
优选的，所述霍尔电角度通过公式
Figure 780104DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中，
Figure 676516DEST_PATH_IMAGE002
表示霍尔电角度，T1表示第一相霍尔信号电平跳变的时间，T2表示T1后第一次出现第二相正弦波电流值由正变负的时间，所述第一相为U、V、W中任一相，所述第二相为顺相序中所述第一相的下一相，T表示所述正弦波电流的周期，或者任一相霍尔信号的脉冲周期。
优选的，所述信号采用如下公式进行计算，公式为
Figure 436880DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure 252390DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为第x次步进，y为总步进次数，Vout为实际输出值，k为当前斜率值，VO为矫正值，tk1和tk2分别表示比较器在固定斜率k1和k2下的延时最后输出矫正结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，增加了三相霍尔位置矫正部分电路，使用了R1，R2，R3，R4，R5，R6，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号，还能通过使用R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，增加了对三相过零点的采样，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号，将无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，霍尔电角度通过公式
Figure 337020DEST_PATH_IMAGE005
计算，其中，
Figure 771544DEST_PATH_IMAGE006
表示霍尔电角度，T1表示所述第一相霍尔信号电平跳变的时间，T2表示T1后第一次出现第二相正弦波电流值由正变负的时间，所述第一相为U、V、W中任一相，所述第二相为顺相序中所述第一相的下一相，T表示所述正弦波电流的周期，或者任一相霍尔信号的脉冲周期，信号通过公式
Figure 749864DEST_PATH_IMAGE007
，其中，区间标号
Figure 516701DEST_PATH_IMAGE008
，其中x为第x次步进，y为总步进次数，Vout为实际输出值，k为当前斜率值，VO为矫正值，tk1和tk2分别表示比较器在固定斜率k1和k2下的延时最后输出矫正结果，根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正。
附图说明
图1为无刷电机霍尔位置矫正方法中六电阻连接结构示意图；
图2为无刷电机霍尔位置矫正方法中九电阻连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其步骤如下：
步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常。
步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理。
步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一所述的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录。
步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正，再次修正后的霍尔位置参数重新启动电机，检测电机运转是否正常；
进一步的，三相无刷电机内安装有霍尔传感器、主控微处理器、功率驱动部分，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号；
进一步的，三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有六个联结的电阻；
进一步的，三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有九个联结的电阻，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号；
进一步的，霍尔电角度通过公式
Figure 213261DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中，
Figure 717055DEST_PATH_IMAGE002
表示霍尔电角度，T1表示第一相霍尔信号电平跳变的时间，T2表示T1后第一次出现第二相正弦波电流值由正变负的时间，第一相为U、V、W中任一相，第二相为顺相序中第一相的下一相，T表示正弦波电流的周期，或者任一相霍尔信号的脉冲周期；
进一步的，所述信号采用如下公式进行计算，公式为
Figure 690827DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure 723505DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为第x次步进，y为总步进次数，Vout为实际输出值，k为当前斜率值，VO为矫正值，tk1和tk2分别表示比较器在固定斜率k1和k2下的延时最后输出矫正结果。
实施例一
步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常，霍尔电角度通过公式
Figure 641783DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中T1 数值为0，T2数值为30，则能够得到，角度为180度。
步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理，公式
Figure 919574DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure 482273DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为5，y为20，Vout为200，K为1，能够得出V0数值为23度。
步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一所述的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录。
步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正，再次修正后的霍尔位置参数重新启动电机，检测电机运转是否正常。
实施例二
步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常，霍尔电角度通过公式
Figure 810486DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中T1 数值为0，T2数值为20，则能够得到，角度为120度。
步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理，公式
Figure 825847DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure 530498DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为1，y为30，Vout为250，K为1，能够得出V0数值为32度。
步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录。
步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正
工作原理：步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常，三相无刷电机内安装有霍尔传感器、主控微处理器、功率驱动部分，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号，在三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有六个联结的电阻，在三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有九个联结的电阻，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号，霍尔电角度通过公式
Figure 213283DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中，
Figure 712397DEST_PATH_IMAGE002
表示霍尔电角度，T1表示第一相霍尔信号电平跳变的时间，T2表示T1后第一次出现第二相正弦波电流值由正变负的时间，第一相为U、V、W中任一相，第二相为顺相序中第一相的下一相，T表示正弦波电流的周期，或者任一相霍尔信号的脉冲周期，步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理，步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录，步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正，信号通过公式
Figure 713589DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure 956352DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为第x次步进，y为总步进次数，Vout为实际输出值，k为当前斜率值，VO为矫正值，tk1和tk2分别表示比较器在固定斜率k1和k2下的延时最后输出矫正结果，增加了三相霍尔位置矫正部分电路，使用了R1，R2，R3，R4，R5，R6，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号，还能通过使用R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，增加了对三相过零点的采样，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤一：将三相无刷电机和电机的电源进行连接，连接完成之后启动电机，启动电机后，检测霍尔信号是否存在异常，若无异常，则计算霍尔电角度，检测电机运转时是否出现以下情况：失速、抖动、反转、停转或转速波动大，若未出现上述任一种情况，则判断所述电机运转正常;
步骤二：根据霍尔传感器收集的信号对电机的霍尔位置进行矫正，通过在直流母线上连接阻值相同的电阻，在一个脉冲宽度调制周期内进行两次电流采样，对非观测区补偿，进行脉冲宽度调制周期移相，并根据基尔霍夫定律重构出三相电流完成单电阻法采集电机运行相电流，将数据进行传递，通过传感器进行处理;
步骤三：将电机进行重启的工作，重复步骤一所述的检测步骤，若无异常，将修正之后的霍尔位置参数进行记录;
步骤四：若重启的电机无法正常的进行使用，重新进行计算，重新进行霍尔位置的矫正，再次修正后的霍尔位置参数重新启动电机，检测电机运转是否正常。
2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：所述三相无刷电机内安装有霍尔传感器、主控微处理器、功率驱动部分，当电机开始运行时，对电机三相线圈，做电压采样，采样到的信号，直接给主控微处理器，三相信号可以反映电机的实际磁场位置的反电动势信号以及换相的零点信号，主控微处理器根据三路采样到的电压信号，计算霍尔感应到的信号的位置，与三相霍尔位置矫正部分采样到的信号的偏差，得到正确的位置信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：所述三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有六个联结的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：所述三相无刷电机中具有三路霍尔传感器的同时，具有三相U，V，W相线上具有九个联结的电阻，采样后四路信号送到主控微处理器计算霍尔位置与实际磁场位置的偏差，得到经过矫正的位置信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：所述霍尔电角度通过公式
Figure DEST_PATH_780104DEST_PATH_IMAGE001
计算，其中，
Figure DEST_PATH_676516DEST_PATH_IMAGE002
表示霍尔电角度，T1表示第一相霍尔信号电平跳变的时间，T2表示T1后第一次出现第二相正弦波电流值由正变负的时间，所述第一相为U、V、W中任一相，所述第二相为顺相序中所述第一相的下一相，T表示所述正弦波电流的周期，或者任一相霍尔信号的脉冲周期。
6.根据权利要求1所述的一种基于霍尔传感器的无刷电机霍尔位置矫正方法，其特征在于：所述信号采用如下公式进行计算，公式为
Figure DEST_PATH_436880DEST_PATH_IMAGE003
，其中，区间标号
Figure DEST_PATH_252390DEST_PATH_IMAGE004
，其中x为第x次步进，y为总步进次数，Vout为实际输出值，k为当前斜率值，VO为矫正值，tk1和tk2分别表示比较器在固定斜率k1和k2下的延时最后输出矫正结果。
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