[發明專利]基于單霍爾傳感器的電機控制方法

在審

• 申請號: 202010117519.3
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111130404A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李詩念;黃左韻;陽彩
• 申請（專利權）人: 科博達技術股份有限公司
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16
• 代理公司: 上海華祺知識產權代理事務所 31247
• 代理人: 劉衛宇

一種基于單霍爾傳感器的電機控制方法，包括以下步驟：a、測量電機的任意一相反電勢與單個霍爾傳感器的輸出信號的相位差λ；b、給定電機的轉速Vn，使電機啟動，通過對給定轉速Vn進行積分獲得理論轉子位置Pn；c、當檢測到單個霍爾傳感器的輸出信號的上升沿時，用λ去校正通過積分所獲得的理論轉子位置，使得在檢測到上升沿時刻的轉子位置理論值P0等于λ；d、當檢測到單個霍爾傳感器的輸出信號的下降沿時，用λ+180°去校正通過積分所獲得的理論轉子位置，使得在檢測到下降沿時刻的轉子位置理論值P1等于λ+180°。本發明提高了基于無位置傳感器的電機控制方式估算出的轉子位置精度，提高無位置控制可靠性。

技術領域

本發明涉及電機控制技術。

背景技術

圖1示出了現有的用于驅動永磁無刷電機的電機控制器的原理框圖。如圖所示，該電機控制器包括電源管理單元、通信單元、單片機、PWM信號產生單元、三相橋預驅電路、三相橋電路以及傳感器信號處理單元。

其中，電源管理單元用于為整個電機控制器提供電源。通信單元主要負責電機控制器與上層控制器的通訊。單片機接收上層控制器的指令，并把相應的狀態反饋到上層控制器，根據接收的指令，控制永磁無刷電機執行相應的動作。此外，單片機還根據電機控制器中其它單元的信號反饋，執行電機控制算法，輸出電機控制指令，同時對電機控制器進行保護。PWM信號產生單元用于根據單片機的指令產生驅動電機的PWM信號。由于PWM信號產生單元生成的PWM信號驅動能力弱，不足以驅動三相橋電路，因此需要三相橋預驅電路將PWM信號進行放大。某些三相橋預驅電路還具備短路、缺相、過流、過壓等檢測保護功能。三相橋電路根據PWM信號輸出電壓電流驅動永磁無刷電機轉動。傳感器信號處理單元用于采集和處理電機控制所需要的電壓、電流、溫度和永磁無刷電機轉子位置信息等反饋信號。

轉子位置傳感器用于采集永磁無刷電機轉子的位置信息。轉子位置信息對于永磁無刷電機的控制至關重要，影響著永磁無刷電機的啟動、旋轉等。轉子位置傳感器可選用旋轉變壓器、光編碼器、磁編碼器等。在這些轉子位置傳感器中，最常見和安裝最方便簡單的當屬開關霍爾傳感器。其中，應用最廣泛的方式是采用三個霍爾傳感器（永磁無刷電機一般為三相，所以需要三個霍爾傳感器）作為電機轉子位置反饋。這種轉子位置檢測方式主要存在以下問題：

1、三個霍爾傳感器本身需要占據很大的空間位置，這對空間要求極高的應用場合，會導致硬件設計的困難；

2、三個霍爾傳感器對位置有嚴格要求（相位差要求120°），增加了對生產工藝精度的要求；

3、三個霍爾傳感器價格也相對較高，增加了成本。

為了克服上述缺點，現有技術中也出現了去掉所有的位置傳感器的方法。此時對永磁無刷電機的控制依賴于無位置傳感器的控制方法，其輸出位移（或者角度）也依賴于無位置傳感器控制算法得到的電機轉子位置。依據無刷電機的基本電壓公式U=R?i+L?di/dt+K_e?ω（U為電壓，i為電流，R為電機繞組電阻，L為電機繞組電感，K_e為電機反電勢系數，ω為轉速），通過向電機施加一個電壓或者電流，再施加一個合適的轉速，無刷電機轉子位置可以是給定轉速的積分，根據轉子位置信息進行合理的電機繞組換流的控制，這樣無刷電機是可以轉動起來的。當無刷電機啟動起來并達到一定的轉速后，對無刷電機轉子位置的處理又有3種方法，第一種方法是轉子位置始終是人為給定的轉速的積分；第二種方法是利用反電勢過零比較電路得到轉子的位置信息；第三種方法是利用磁鏈估計或者凸極效應得到位置信息。這些方法結構簡單，成本低廉，但可靠性變差，影響系統的安全使用，原因如下：

1、在啟動過程中，沒有無刷電機真實的轉子位置信息，啟動可靠性低，啟動失敗是大概率事件；

2、啟動失敗后，由于信息沒有真實的轉子位置供參考（尤其是第一種方法），單片機無法準確判斷出電機啟動失敗，從而造成電機控制的失效；