[發明專利]一種霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法

有效

• 申請號: 201810801622.2
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108988723B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張懿
• 申請（專利權）人: 上海虎嘯電動工具有限公司
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P25/022
• 代理公司: 上海宏京知識產權代理事務所(普通合伙) 31297
• 代理人: 李倩倩

1.一種霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：將轉子旋轉一周平均分為六個霍爾扇區，在轉子周圍中心對稱安裝三個開關型霍爾位置傳感器，獲取三路霍爾信號，通過計算轉子在前一霍爾扇區的平均速度、加速度構建一階加速度算法模型，通過該一階加速度算法估算轉子位置θ₁和轉速ω₁；

步驟二：通過霍爾電流傳感器采集電機運行相電流，并進行Clarke變換與Park變換，分別得到α-β、d-q坐標系電流；建立滑模觀測器模型，通過sigmoid函數求出電機運行的反電動勢，對反電動勢中轉子位置信息進行提取，將提取得到的轉子位置進行霍爾前饋線性加權補償，得到補償后的轉子位置θ₂和轉速ω₂；

步驟三：將補償后的轉子位置θ₂與一階加速度算法估算轉子位置θ₁協調輸出，得到協調輸出后的轉子位置θ_r，完成轉子位置估算，具體是將上述補償后的轉子位置θ₂和由一階加速算法估算的轉子位置θ₁分別輸入到參數調節器使其變化權值，得到估算轉子位置θ_r，參數調節器具體原理用下式表達：

其中，λ為權值，θ_r為估算轉子位置，ω_r為估算轉子轉速，ω₁為一階加速度算法估算轉子轉速，ω₂為經補償后滑模觀測出的轉子轉速；

其中，參數調節器中加權值λ的設定方法為：當轉速小于n/20時，λ＝1，直接輸出由一階加速度算法估算的轉子位置，其中n為額定轉速；當轉速大于n/20時，則判斷轉速是否小于n/10，如果轉速小于n/10時，給定權值公式如果轉速大于n/10時，給定權值公式Δθ為霍爾邊界轉子位置誤差；

所述步驟二中，通過離散位置信號對提取得到的轉子位置進行加權線性前饋矯正的方法是：假設在相鄰霍爾扇區運行時間相同，用上一霍爾扇區時間代替當前區間時間，引入一補償權值n為額定轉速，對觀測器使用加權線性補償方法，通過如下公式對滑模觀測值進行線性補償：

其中，霍爾邊界轉子位置估算誤差，t_k是當前霍爾扇區起始時刻，t_k-1是上一霍爾扇區起始時刻，Δt為轉子在當前霍爾扇區內運行時間，為根據反電動勢計算得到的估算轉子位置。

2.如權利要求1所述的霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法，其特征在于，所述步驟一中，對當前轉子位置進行估算的方法是：假設單個霍爾扇區內，轉子做勻加速運動，轉子位置θ₁的估算公式如式(1)所示：

其中，θ_k為當前霍爾扇區的起始位置、ω_k-1為前一霍爾扇區的平均速度，Δt為轉子在當前霍爾扇區內運行時間，a_k-1為轉子在前一霍爾扇區的平均加速度。

3.如權利要求1所述的霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法，其特征在于，所述步驟二中，滑模觀測器的建立方法是：根據電機相電流進行坐標變換，得到α-β坐標系下的電流，根據電機在相應α-β靜止坐標系下的數學模型，可得該坐標系下的滑模觀測方程：

其中，R_s為定子電阻，L_s為定子d-q軸電感，v_α、v_β分別為電機定子α-β軸電壓分量，i_α、i_β分別為電機定子α-β軸電流分量，為i_α、i_β的估計值，F為sigmoid函數，κ為滑模觀測器增益系數；

反電動勢的計算方法為：通過滑模觀測方程可估算出α-β軸定子反電勢為：

其中：分別為α-β軸估計反電勢分量，根據電機運行反電動勢計算轉子位置，并進行線性前饋加權補償。

4.如權利要求3所述的霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法，其特征在于，所述構建的滑模觀測器中F函數為sigmoid函數，表達式為：

其中，ρ為可調斜率。

5.如權利要求4所述的霍爾位置傳感器分段式估算轉子位置方法，其特征在于，所述步驟二中，通過電機運行反電動勢計算轉子位置的方法是：通過公式(5)對轉子位置進行估算：

其中，和分別為根據反電動勢計算得到的估算轉子位置和轉速，ψ_f為電機轉子永磁體磁鏈。