基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法技术

本发明专利技术涉及霍尔信号校正技术领域，具体公开了基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法，包括以下步骤：S01：获得三相霍尔原始信号，进行传统坐标变换，得到变换后的霍尔矢量信号，得到实际角度与偏差角度关系；S02：分析变换后的霍尔矢量信号特征推导出霍尔矢量偏移角度与安装偏差角度的关系；S03：使用新型三相互差60

【技术实现步骤摘要】
基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法


[0001]本申请涉及霍尔信号校正
，具体公开了基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法。

技术介绍

[0002]在工程应用中，霍尔位置传感器的安装误差会导致霍尔信号存在偏差，并会大幅降低转子位置和速度信息的估算精度，因此对霍尔信号的校正也至关重要。主要的校正方法可分为霍尔信号直接校正法和霍尔信号间接校正法，直接校正法即对霍尔区间实际角度进行估算校准，而间接校正法是通过优化位置估算方法从而降低霍尔偏差的影响。
[0003](1) 直接校正法当霍尔位置传感器不存在安装误差时，由于三相霍尔一般为间隔120
°
安装，因此在转子旋转一个电周期后，三相霍尔输出的信号相位差依次均为120
°
，并且每相霍尔输出的高电平和低电平各占180
°
，那么三相霍尔输出信号经过异或处理后可以将一个电周期等分为6个霍尔区间，每个霍尔区间均为60
°
。当霍尔位置传感器存在安装误差时，三相霍尔存在安装误差时示意图及输出信号如说明书附图图1所示。针对霍尔信号直接校正法，使一对极的永磁同步电机匀速运行，当转子旋转一周后，可获取每个霍尔区间的实际运行时间。由于霍尔位置传感器不存在安装误差时每个霍尔区间的运行时间一致，时间均为转子旋转一周所用时间的1/6，因此，在霍尔存在安装误差时，可以获取到每个霍尔区间的理论运行时间与实际运行时间的差值，通过对时间的差值与转速相乘即可计算出每个霍尔区间的实际角度，从而实现对霍尔区间角度的校正。但是，以上方法的前提均为电机匀速运行，不利于实际工程应用。
[0004] (2) 间接校正法针对霍尔信号间接校正法，并不能准确计算出每个霍尔区间的实际角度，而是通过一种方法尽可能降低霍尔传感器的安装偏差对转子位置及速度的估算结果的影响，提出了一种基于霍尔矢量相位跟踪的转子位置及速度估算方法，该方法主要由霍尔矢量坐标变换、同频跟踪滤波器（Synchronous Frequency Tracking
‑
Filter,SFTF）和正交锁相环三部分组成。首先将三相霍尔信号经过3/2坐标变换为两相正交的霍尔矢量，并且该霍尔矢量的周期与电机电周期一致。可以将霍尔矢量进行傅里叶分解，当霍尔传感器不存在安装误差时，可以计算出频谱中含有6k
±
1次谐波分量，当霍尔传感器存在安装误差时，可以计算出频谱中含有2k
±
1次谐波分量；由于基频分量中包含电机转速及位置信息，因此通过同频跟踪滤波器提可取出两相霍尔矢量对应的基频分量；最后两相霍尔矢量对应的基频分量经过正交锁相环可实现对转子位置和速度信息的估算，整体控制框图如说明书附图图2所示。该方法通过对两相霍尔矢量基频分量的提取从而降低霍尔安装误差对转子位置及速度估算结果的影响。并且没有引入电机及机械参数，更有利于实际的工程应用。
[0005]在考虑霍尔信号存在安装误差的情况下，直接校正法可以实现对霍尔信号偏差的准确校正，但是该方法需要在电机匀速运行时才可以实现对霍尔区间的准确校准，严重限
制了该方法的使用场景。间接校正法中的霍尔矢量相位跟踪法虽然不要求电机匀速运行，同时也未引入电机参数和机械参数，但是该方法并不能估算出每个霍尔区间的实际角度，而是通过间接的方法降低霍尔传感器安装误差产生的影响，因此并不能实现对每个霍尔区间角度的校准。
[0006]综上，现有的方法中并没有电机非匀速运行时便可实现对每个霍尔区间角度的准确直接校准，鉴于此，专利技术人提出，基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是在霍尔存在安装误差时对每个霍尔区间的实际角度进行校准，从而提高转子位置及速度的估算精度，该专利技术可以在电机非匀速运行时实现对霍尔区间实际角度的在线高精度估算，同时不会引入电机及机械参数，具有显著的工程应用价值。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术提供以下基础方案：基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法，包括以下步骤：S01：获得三相霍尔原始信号，进行坐标变换后，得到经过3/2坐标变换后的两相正交的霍尔矢量信号，通过霍尔位置传感器安装偏差导致的霍尔信号的特性，得到三相霍尔安装偏差角度与每个霍尔区间实际角度的关系；S02：通过分析霍尔矢量信号特征推导出霍尔矢量的偏移角度与三相霍尔安装偏差角度之间的关系；S03：对三相霍尔安装偏差角度、每个霍尔区间实际角度以及霍尔矢量偏移角度进行分析，提出互差60
°
的新型三相霍尔矢量坐标变换方法，并推导出三相霍尔矢量偏移角度与三相霍尔安装偏差角度之间的关系；S04：接着将获取到的三相霍尔矢量通过改进型SOGI进行相位提取，通过三相霍尔矢量的移相差值法可推导出每个霍尔区间实际角度与三相霍尔矢量偏移角度之间的关系；S05：当霍尔存在安装误差时，使用六步法控制电机运行，此时电机转速处于非匀速状态；然后通过霍尔矢量移相差值法，并对结果进行滤波便可估算出霍尔区间的补偿角度，从而计算出区间实际角度。
[0009]本基础方案的原理及效果在于：1.与现有技术相比，本专利技术以霍尔传感器存在安装误差为前提，通过新型的三相霍尔矢量坐标变换后对三相霍尔矢量相位进行提取，使用改进型SOGI可大幅提高霍尔矢量相位提取精度，经过仿真可以得到传统型SOGI和改进型SOGI提取的基波及相位误差，分别如图10、图11所示，其中提取出的相位误差由0.11rad降低至0.04rad。同时，在电机非匀速运行时通过霍尔矢量的移相差值法可以准确估算出霍尔区间补偿角度，经过仿真可以得到电机非匀速运行时的转速以及霍尔区间补偿角度波形，如图12所示，其中补偿角度的估算误差小于0.1
°
。因此，本专利技术可以实现电机在非匀速运行时对霍尔区间实际角度的在线高精度估算，同时不会引入电机及机械参数，具有较高的工程应用价值。
[0010]进一步，在步骤S01中，霍尔存在安装误差时的霍尔信号通过
进行坐标变换，可以得到两对正交的理想与实际的霍尔信号波形图，根据霍尔位置传感器安装偏差导致的霍尔信号的特性可知三相霍尔信号的占空比依然为50%，即在一个电周期中高电平和低电平均为π电角度，三相霍尔信号通过异或（XOR）的方式可以将一个电角度周期划分为6个区间，即φ
n
(k∈N
+
)，当霍尔信号不存在偏差的时候，每个区间的角度均为π/3，得到霍尔安装存在误差情况下的A、B、C三相霍尔的实际偏差角度。
[0011]进一步，对于h
α
霍尔矢量，根据可知其在一个电周期中每隔π的霍尔信号偏差相同，并且h
α
霍尔矢量的整体偏移角度取决于A相和C相霍尔的偏差角度，与B相霍尔的偏差角度无关，得到h
α
霍尔矢量的整体偏移角度。
[0012]进一步，在步骤S02中，由于h
α
霍尔矢量的整体偏移角度取决于A相和C相霍尔的偏差角度，与B相霍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：S01：获得三相霍尔原始信号，进行坐标变换后，得到经过3/2坐标变换后的两相正交的霍尔矢量信号，通过霍尔位置传感器安装偏差导致的霍尔信号的特性，得到三相霍尔安装偏差角度与每个霍尔区间实际角度的关系；S02：通过分析霍尔矢量信号特征推导出霍尔矢量的偏移角度与三相霍尔安装偏差角度之间的关系；S03：对三相霍尔安装偏差角度、每个霍尔区间实际角度以及霍尔矢量偏移角度进行分析，提出互差60
°
的新型三相霍尔矢量坐标变换方法，并推导出三相霍尔矢量偏移角度与三相霍尔安装偏差角度之间的关系；S04：接着将获取到的三相霍尔矢量通过改进型SOGI进行相位提取，通过三相霍尔矢量的移相差值法可推导出每个霍尔区间实际角度与三相霍尔矢量偏移角度之间的关系；S05：当霍尔存在安装误差时，使用六步法控制电机运行，此时电机转速处于非匀速状态；然后通过霍尔矢量移相差值法，并对结果进行滤波便可估算出霍尔区间的补偿角度，从而计算出区间实际角度。2.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法，其特征在于，在步骤S01中，霍尔存在安装误差时的霍尔信号通过进行坐标变换，可以得到两对正交的理想与实际的霍尔信号波形图，根据霍尔位置传感器安装偏差导致的霍尔信号的特性可知三相霍尔信号的占空比依然为50%，即在一个电周期中高电平和低电平均为π电角度，三相霍尔信号通过异或（XOR）的方式可以将一个电角度周期划分为6个区间，即φ
n
(k∈N
+
)，当霍尔信号不存在偏差的时候，每个区间的角度均为π/3，得到霍尔安装存在误差情况下的A、B、C三相霍尔安装误差角度与每个霍尔区间实际角度之间的关系。3.根据权利要求2所述的基于霍尔传感器的永磁同步电机霍尔区间角度补偿方法，其特征在于，对于h
α
霍尔矢量，根据可知其在一个电周期中每隔π的霍尔信号偏差相同，并且h
α
霍尔矢量的整体偏移角度取决于A相和C相霍尔的偏差角度，与B相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌杰，李坤，刘丹，柴川湘，
申请(专利权)人：长沙高新开发区天骄电子有限公司，
类型：发明
国别省市：