一种永磁同步电机中霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法

1.本发明涉及永磁同步电机的技术领域，具体涉及一种永磁同步电机在霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法。


背景技术：

2.永磁同步电机控制系统已经拓宽了很多领域，永磁同步电机具有功率效率高、功率因数高、体积小和噪声小等特点，目前已在民用、航天和军事领域得到了广泛的应用。
3.永磁同步电机目前普遍采用开关型霍尔元器件，每当转子磁极经过霍尔传感器的附近时，会接收到一个高低电平信号，表示南北磁极正在经过霍尔传感器，根据3个霍尔传感器的信号组合，就能决定换向的精确顺序，当霍尔传感器位置安装存在偏差时，霍尔传感器检测到的转子位置与理想的转子位置之间存在偏差，会导致每个扇区的电角度不再是60
°
，这会引起电流畸变和转矩脉动，严重的会导致电机烧毁。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供了一种永磁同步电机中霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法，以解决现有技术中因霍尔乱序而导致的霍尔信号检测到转子位置和实际的不符，给相应的svpwm无法转到对应扇区的问题，并解决了霍尔位置传感器初始安装位置存在偏差的情况；本发明通过反电动势去判断转子位置，然后通过给定svpwm去看对应扇区霍尔值从而判断出霍尔传感器的位置，从而进行霍尔传感器位置偏差的补偿，达到纠正霍尔传感器位置偏差的目的。
5.一种永磁同步电机中霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法，包括如下步骤：
6.步骤1：通过给三相定子绕组依次通电，并且预设一定的时间，从而测得每一相的反电动势；
7.步骤2：根据所述步骤1中得到的每一相的反电动势数值得到转子的位置；
8.步骤3：通过注入固定svpwm测得转到对应扇区中霍尔的值；
9.步骤4：通过所述步骤3中6组霍尔的值，判断出霍尔传感器的正确顺序；
10.步骤5：当电机正常启动时，基于最小二乘法原理，通过计算绝对参考位置以及建立绝对位置偏差修正方程，从而表示出霍尔传感器的绝对位置偏差修正值，进行霍尔传感器的位置偏差补偿。
11.进一步地，所述步骤1中，预设时间为100ms至400ms。
12.进一步地，所述步骤1中反电动势的值通过将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，从而获得反电动势的过零点，将两相导通后，保证两相的电流大小相等，方向相反，另外未通电的一项电流为0，假设未通电的一相电压为a电压，具体计算公式为：
13.ua＝ea+un14.其中，ua为a相电压，单位为伏，ea为a相的点电势，单位为伏，un为中性点电压，以此
类推得到ub和uc，具体计算公式为：
15.ub＝eb+un16.uc＝ec+un17.其中，ub为b相电压，单位为伏，uc为c相电压，单位为伏， eb为b相的点电势，单位为伏，ec为c相的点电势，单位为伏，un为中性点电压，单位为伏；
18.由ua、ub和uc的电压计算公式得中性点电压方程，并得到的a 相的电动势过零点检测方程，具体计算公式为：
[0019][0020][0021]
其中，un为中性点电压，单位为伏，ua为a相电压，单位为伏， ub为b相电压，单位为伏，uc为c相电压，单位为伏，ea为a相的点电势，单位为伏，以此类推可以得到b相和c相的电动势过零点检测方程，具体计算公式为：
[0022][0023][0024]
其中，ua为a相电压，单位为伏，ub为b相电压，单位为伏， uc为c相电压，单位为伏，eb为b相的点电势，单位为伏，ec为c 相的点电势，单位为伏。
[0025]
进一步地，所述步骤2中，当某相绕组反电势过零时，转子直轴与该相绕组轴线恰好重合，即得到转子的位置。
[0026]
进一步地，所述步骤3中，通过注入svpwm，当转子旋转一个周期，一个霍尔传感器完成一个周期的检测，输出50％占空比的方波信号，3个霍尔信号互差120
°
电角度，一个周期检测到6个转子位置，即将一个周期划分为6个扇区，每个扇区对应不同的霍尔组合值。
[0027]
进一步地，所述步骤4中，通过6个霍尔组合值“111”、“110”、“100”、“101”、“001”和“011”，判断出霍尔传感器具体的通电顺序和通电状态，从而达到正常的电机启动。
[0028]
进一步地，所述步骤5中，霍尔传感器的位置补偿基于最小二乘法原理，通过控制器计算出一个绝对参考位置，用于修正三个霍尔传感器的绝对偏差，通过选取3个连续的扇区来反映出绝对误差的全部信息，通过建立绝对位置偏差的最小方差估计来表达出完整的绝对位置偏差修正方程，霍尔传感器的相对位置偏差通过控制器的定时器测出对应的时间来得到，从而来表示出霍尔传感器的绝对位置偏差修正值，具体公式如下所示：
[0029][0030]
其中，是霍尔传感器a绝对位置偏差的估计值，单位为度，是霍尔传感器b绝对位置偏差的估计值，单位为度，是霍尔传感器c绝对位置偏差的估计值，单位为度，
是霍尔传感器a和霍尔传感器c的相对偏差，单位为度，是霍尔传感器b和霍尔传感器a的相对偏差，单位为度，是霍尔传感器c和霍尔传感器b 的相对偏差，单位为度；
[0031]
3个霍尔传感器在安装过程中都存在绝对位置偏差，会导致电机无法正常启动，而霍尔传感器绝对位置偏差的估计修正项就是为了弥补和修正实际操作中霍尔传感器在安装过程中存在的绝对位置偏差，因此在控制过程中通过前3个扇区的时间进行实时计算，得到霍尔传感器绝对位置偏差的估计修正项，具体如下公式所示：
[0032][0033]
其中，θ
com
是霍尔传感器绝对位置偏差的估计修正项，单位为度， ti和t
i-2
为检测到的扇区时间，单位为毫秒，t
av
为检测到的扇区的平均时间，单位为毫秒。
[0034]
本发明的有益效果：
[0035]
(1)解决了因电机霍尔乱序而导致霍尔信号检测到转子位置和实际的不符，无法转到相应扇区而无法正常启动的问题；
[0036]
(2)通过霍尔传感器的位置偏差补偿方法，可以提高电流的正弦度，减小了霍尔传感器的位置偏差，电流的谐波含量变小。
附图说明
[0037]
图1为本发明具体实施的一种永磁同步电机在霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法的流程图。
[0038]
图2为本发明具体实施的一种6个扇区示意图。
[0039]
图3为本发明具体实施的一种基于最小二乘法补偿后的霍尔传感器位置偏差结果图。
具体实施方式
[0040]
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
[0041]
本发明提供了一种基于永磁同步电机中霍尔传感器乱序下安装误差的补偿方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0042]
步骤s1：通过给三相定子绕组依次通电，并且预设一定的时间，从而测得每一相的反电动势；预设时间为100ms至400ms。
[0043]
步骤s1中反电动势的值可以通过将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，从而获得反电动势的过零点，将两相导通后，保证两相的电流大小相等，方向相反，另外未通电的一项电流为 0，假设未通电的一相电压为a电压，具体计算公式为：
[0044]
ua＝ea+un[0045]
其中，ua为a相电压，单位为伏，ea为a相的点电势，单位为伏，un为中性点电压，以此类推得到ub和uc，具体计算公式为：
[0046]
ub＝eb+un[0047]
uc＝ec+un[0048]
其中，ub为b相电压，单位为伏，uc为c相电压，单位为伏， eb为b相的点电势，单位为
伏，ec为c相的点电势，单位为伏，un为中性点电压，单位为伏；
[0049]
由ua、ub和uc的电压计算公式得中性点电压方程，并得到的a 相的电动势过零点检测方程，具体计算公式为：
[0050][0051][0052]
其中，un为中性点电压，单位为伏，ua为a相电压，单位为伏， ub为b相电压，单位为伏，uc为c相电压，单位为伏，ea为a相的点电势，单位为伏，以此类推可以得到b相和c相的电动势过零点检测方程，具体计算公式为：
[0053][0054][0055]
其中，ua为a相电压，单位为伏，ub为b相电压，单位为伏， uc为c相电压，单位为伏，eb为b相的点电势，单位为伏，ec为c 相的点电势，单位为伏。
[0056]
步骤s2：根据步骤s1中的得到得每一相的反电动势数值去得到转子的位置。
[0057]
步骤s2中，通过反电动势去判断转子的位置，当某相绕组反电势过零时，转子直轴与该相绕组轴线恰好重合，因此只要检测到各相绕组反电势过零，就可以知道转子的位置。
[0058]
步骤s3：通过注入固定svpwm去测得转到对应扇区霍尔的值。
[0059]
如图2所示，步骤s3中，通过注入svpwm，当转子旋转一个周期，一个霍尔传感器完成一个周期的检测，输出50％占空比的方波信号，3个霍尔信号互差120
°
电角度，一个周期可以检测到6个转子位置，即将一个周期划分为6个扇区，每个扇区对应不同的霍尔组合值。
[0060]
步骤s4：通过步骤s3中霍尔的值，判断出霍尔传感器的正确顺序。
[0061]
步骤s4中，通过6个霍尔组合值“111”、“110”、“100”、“101”、“001”和“011”，可以判断出霍尔传感器具体的通电顺序和通电状态，从而达到正常的电机启动；
[0062]
步骤s5：当电机正常启动时，进行霍尔传感器的位置偏差补偿。
[0063]
步骤s5中，霍尔传感器的位置补偿基于最小二乘法原理，通过控制器计算出一个绝对参考位置，用于修正三个霍尔传感器的绝对偏差，通过选取3个连续的扇区来反映出绝对误差的全部信息，通过建立绝对位置偏差的最小方差估计来表达出完整的绝对位置偏差修正方程，霍尔传感器的相对位置偏差可以通过控制器的定时器测出对应的时间来得到，从而来表示出霍尔传感器的绝对位置偏差修正值，具体公式如下所示：
[0064][0065]
其中，是霍尔传感器a绝对位置偏差的估计值，单位为度，是霍尔传感器b绝对位置偏差的估计值，单位为度，是霍尔传感器c绝对位置偏差的估计值，单位为度，是霍尔传感器a和霍尔传感器c的相对偏差，单位为度，是霍尔传感器b和霍尔传感
器a的相对偏差，单位为度，是霍尔传感器c和霍尔传感器b 的相对偏差，单位为度；
[0066]
3个霍尔传感器在安装过程中都存在绝对位置偏差，会导致电机无法正常启动，而霍尔传感器绝对位置偏差的估计修正项就是为了弥补和修正实际操作中霍尔传感器在安装过程中存在的绝对位置偏差，因此在控制过程中通过前3个扇区的时间进行实时计算，得到霍尔传感器对位置偏差的估计修正项，具体如下公式所示：
[0067][0068]
其中，θ
com
是霍尔传感器绝对位置偏差的估计修正项，单位为度， ti和t
i-2
为检测到的扇区时间，单位为毫秒，t
av
为检测到的扇区的平均时间，单位为毫秒。
[0069]
以下为1个实施例：
[0070]
如图3所示，具体过程如下：
[0071]
当ti为3ms，t
i-1
为4ms,t
i-2
为5ms时，该求出的值为绝对偏差的估计修正值，霍尔传感器的位置偏差大幅缩小，证明了本方法的有效性与控制的准确性。
[0072]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。