[發(fā)明專利]電機控制中轉(zhuǎn)子位置觀測的裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110272971.8
• 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）人: 李練兵;趙昭;趙治國
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 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)子角度信息進行精確觀測的方法和裝置。本發(fā)明可以提高電機的運行性能，并且加入了轉(zhuǎn)子加速度的計算方法，提高了電機響應(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，人們對電機控制性能的要求也越來越高，傳統(tǒng)的電機控制方式已經(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控制的首選技術(shù)。?

在矢量控制技術(shù)的實現(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算，傳統(tǒng)方式通過光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器雖然能達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，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，角速度計算，加減速波動等原因。由矢量控制D-Q解耦公式：?

可知，勵磁分量和轉(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)偏差不僅會造成電機轉(zhuǎn)動不平滑的問題，嚴重時甚至會引起系統(tǒng)崩潰，可能會造成很大損失。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)重要的一個環(huán)節(jié)。目前多采用用硬件傳感器進行轉(zhuǎn)子位置觀測，如霍爾傳感器，光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等，其中霍爾傳感器價格便宜，應(yīng)用最廣，但是直接應(yīng)用在矢量控制時其觀測精度不足，不能滿足對電機平滑性的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電機控制中轉(zhuǎn)子位置的觀測與控制方法和裝置，它能對電機轉(zhuǎn)子初始位置角進行觀測；通過軟件進行在線辨識，消除因霍爾傳感器安裝角度不精確引起的角度誤差；提供一種實時速度檢測程序，消除因角速度ω不精確引起的角度積累誤差；當電機在矢量控制運行過程中精確跟蹤轉(zhuǎn)子位置角，防止轉(zhuǎn)子角度溢出，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)時?機的自檢測；當某個傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能夠自己判斷出故障點，并進行自適應(yīng)達到依舊能正常運行的功能。并且在電機啟動和運行中引入了加速度的概念，對提高啟動性能，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時跟蹤，其故障判斷的功能，能用于保護電機，防止電機堵轉(zhuǎn)或者跑飛造成損失，尤其是對電動汽車、精密機床而言，具有很大的實用價值。本發(fā)明運行可靠、成本低、適用面廣。?

本發(fā)明提供的電機控制中轉(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?；魻栁恢脗鞲衅饔扇齻€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輸出三個0/1信號，這三個信號分別輸入三個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)下保證電機正常運行程序五部分組成。各部分具體實現(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，可實時計算轉(zhuǎn)子位置角θ，并判斷θ是否溢出，假如θ溢出則不再對θ進行加減運算，直至收到一轉(zhuǎn)子定位信號之后再進行對θ的運算；假如θ沒有溢出，則對θ進行正常運算。?

正反轉(zhuǎn)程序：當MCU沒有收到反轉(zhuǎn)信號時，對PWM輸出進行正常運算，收到反轉(zhuǎn)信號時則首先停止PWM信號輸出，并實時記錄每相霍爾狀態(tài)持續(xù)時間；當霍爾狀態(tài)持續(xù)時間沒有達到規(guī)定長度時則繼續(xù)封鎖PWM輸出，當霍爾狀態(tài)持續(xù)時間達到規(guī)定長度時，則允許PWM輸出，并進入反轉(zhuǎn)運行狀態(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)則進入故障運行，符合則進入下一通電組合；電機進入正常運行時，要實時監(jiān)測霍爾狀態(tài)，霍爾出現(xiàn)讀數(shù)重復時要及時切入故障狀態(tài)運行，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行報警，符合則記錄6個霍爾狀態(tài)及所占時間，計算霍爾角度。?