[發(fā)明專利]電機(jī)控制中轉(zhuǎn)子位置觀測的裝置和方法

無效

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• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN102347726A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李練兵;趙昭;趙治國
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制中轉(zhuǎn)子位置的觀測與控制方法和裝置，特別是具有轉(zhuǎn)子位置檢測及角度計(jì)算的方法及裝置，具體是一種在矢量控制中對轉(zhuǎn)子角度信息進(jìn)行精確觀測的方法和裝置。本發(fā)明可以提高電機(jī)的運(yùn)行性能，并且加入了轉(zhuǎn)子加速度的計(jì)算方法，提高了電機(jī)響應(yīng)速度，對簡化矢量控制控制程序，降低硬件成本具有重要意義。?

背景技術(shù)

隨著技術(shù)更新的步伐逐漸加快，人們對電機(jī)控制性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的電機(jī)控制方式已經(jīng)漸漸不能滿足人們的生產(chǎn)、生活需要，而矢量控制技術(shù)因其良好的控制性能已成為電機(jī)控制的首選技術(shù)。?

在矢量控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程中，最關(guān)鍵的因素在于對轉(zhuǎn)子位置角的精確測量及計(jì)算，傳統(tǒng)方式通過光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器雖然能達(dá)到比較好的位置測量效果，但是卻存在著成本過高，程序開銷過大的缺點(diǎn)，對控制芯片性能與系統(tǒng)成本提出了較高的要求。?

影響矢量控制性能的因素主要有初始角的確定，角速度計(jì)算，加減速波動(dòng)等原因。由矢量控制D-Q解耦公式：?

可知，勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量與轉(zhuǎn)子位置角有密切關(guān)系。假如在轉(zhuǎn)子位置角的觀測過程中出現(xiàn)偏差不僅會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平滑的問題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹣到y(tǒng)崩潰，可能會(huì)造成很大損失。所以，如何有效、精確的觀測轉(zhuǎn)子位置角是矢量控制中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前多采用用硬件傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置觀測，如霍爾傳感器，光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等，其中霍爾傳感器價(jià)格便宜，應(yīng)用最廣，但是直接應(yīng)用在矢量控制時(shí)其觀測精度不足，不能滿足對電機(jī)平滑性的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)控制中轉(zhuǎn)子位置的觀測與控制方法和裝置，它能對電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置角進(jìn)行觀測；通過軟件進(jìn)行在線辨識(shí)，消除因霍爾傳感器安裝角度不精確引起的角度誤差；提供一種實(shí)時(shí)速度檢測程序，消除因角速度ω不精確引起的角度積累誤差；當(dāng)電機(jī)在矢量控制運(yùn)行過程中精確跟蹤轉(zhuǎn)子位置角，防止轉(zhuǎn)子角度溢出，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)?機(jī)的自檢測；當(dāng)某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自己判斷出故障點(diǎn)，并進(jìn)行自適應(yīng)達(dá)到依舊能正常運(yùn)行的功能。并且在電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行中引入了加速度的概念，對提高啟動(dòng)性能，加快響應(yīng)速度作用明顯。本發(fā)明可減少對硬件電路的依賴，是一種軟件開支小，跟隨精度高的軟硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置角的觀測及實(shí)時(shí)跟蹤，其故障判斷的功能，能用于保護(hù)電機(jī)，防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)或者跑飛造成損失，尤其是對電動(dòng)汽車、精密機(jī)床而言，具有很大的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明運(yùn)行可靠、成本低、適用面廣。?

本發(fā)明提供的電機(jī)控制中轉(zhuǎn)子位置觀測與控制方法的裝置包括硬件部分與軟件部分：?

硬件部分：主要由霍爾位置傳感器與信號檢測電路組成，作用為得到轉(zhuǎn)子位置信息。霍爾位置傳感器由三個(gè)霍爾元件組成，霍爾元件采用120°放置，由此構(gòu)成的霍爾位置傳感器會(huì)輸出三個(gè)0/1信號，這三個(gè)信號分別輸入三個(gè)6N137型光耦，經(jīng)光耦隔離后得到穩(wěn)定的位置信號，并輸入MCU的I/O端口，由MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對照表1得到轉(zhuǎn)子位置信息。?

軟件部分：主要由初始角度觀測控制程序；防止角度溢出程序；正反轉(zhuǎn)程序；故障檢測程序；故障狀態(tài)下保證電機(jī)正常運(yùn)行程序五部分組成。各部分具體實(shí)現(xiàn)方法為：?

初始角度觀測程序：此程序通過分析硬件觀測部分采集到的位置數(shù)據(jù)，對照表1得到轉(zhuǎn)子對應(yīng)的實(shí)際角度，并記錄每一相霍爾狀態(tài)對應(yīng)的角度值，通過每相霍爾狀態(tài)持續(xù)時(shí)間及所占電角度獲得角速度ω及轉(zhuǎn)子位置角θ，將得到的ω和θ應(yīng)用于矢量控制程序。?

防止角度溢出程序：由上一程序得到ω，可實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置角θ，并判斷θ是否溢出，假如θ溢出則不再對θ進(jìn)行加減運(yùn)算，直至收到一轉(zhuǎn)子定位信號之后再進(jìn)行對θ的運(yùn)算；假如θ沒有溢出，則對θ進(jìn)行正常運(yùn)算。?

正反轉(zhuǎn)程序：當(dāng)MCU沒有收到反轉(zhuǎn)信號時(shí)，對PWM輸出進(jìn)行正常運(yùn)算，收到反轉(zhuǎn)信號時(shí)則首先停止PWM信號輸出，并實(shí)時(shí)記錄每相霍爾狀態(tài)持續(xù)時(shí)間；當(dāng)霍爾狀態(tài)持續(xù)時(shí)間沒有達(dá)到規(guī)定長度時(shí)則繼續(xù)封鎖PWM輸出，當(dāng)霍爾狀態(tài)持續(xù)時(shí)間達(dá)到規(guī)定長度時(shí)，則允許PWM輸出，并進(jìn)入反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)。?

故障檢測程序：在程序初始化之后首先檢測霍爾狀態(tài)是否符合正常狀態(tài)，不符合正常狀態(tài)則進(jìn)入故障運(yùn)行，符合則進(jìn)入下一通電組合；電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行時(shí)，要實(shí)時(shí)監(jiān)測霍爾狀態(tài)，霍爾出現(xiàn)讀數(shù)重復(fù)時(shí)要及時(shí)切入故障狀態(tài)運(yùn)行，并判斷霍爾狀態(tài)是否符合正反轉(zhuǎn)理論讀數(shù)順序，不符合則說明霍爾故障進(jìn)行報(bào)警，符合則記錄6個(gè)霍爾狀態(tài)及所占時(shí)間，計(jì)算霍爾角度。?