使用霍爾傳感器的車用永磁同步電機控制方法
2023-08-11 17:58:16 1
專利名稱：使用霍爾傳感器的車用永磁同步電機控制方法
技術領域：
本發明屬於機電領域，具體涉及一種車用永磁同步電機控制方法。
技術背景車用動力電機系統是專門為混合動力汽車設計的提供動力的系統。車用動力 電機系統的開發是未來汽車動力系統、供電系統以及解決燃油汙染問題等的技術 革新的關鍵。而動力電機控制器是整個混合動力汽車系統中最為關鍵的部件。由 於混合動力汽車的比較複雜的工況和啟動時的大扭矩要求，對電機及其控制器的 要求有比較高的控制精度、快速的響應速度和能夠迅速的在電動和發電的工況下 迅速切換並具備大的轉速範圍。這些要求使用永磁同步電機作為混合動力汽車的 動力電機。永磁同步電機的控制器要求通過傳感器得到電機的實際運行電角度，現在比 較普遍的方法是通過旋轉編碼器或旋轉變壓器得到電機的實際運行電角度，以通過旋轉編碼器得到電機的實際運行電角度電機控制器(一般釆用DSP)計算實 際電角度最為方便(因為一般用於電機控制的DSP都有相應的硬體電路)，而採 用旋轉變壓器也可以通過硬體電路得到和旋轉編碼器相同的信號。但是旋轉編碼 器是採用光電形式的傳感器，比較嬌氣不太適合汽車的比較惡劣的工作環境，現 在汽車上大多採用旋轉變壓器的方案，而旋轉變壓器的價格還要高，而且還要採 用硬體電路將旋轉編碼器的信號轉換場旋轉編碼器的信號，硬體電路的價格也比 較高。總之採用旋轉變壓器是現在混合動力汽車動力電機比較常用的方案，整體 成本在3000RMB左右。以上只是用與單軸端使用的電機，如果採用電機、內燃機和變速器同軸的方 案不可能採用旋轉編碼器的方案，只能採用旋轉變壓器的方案，而如果是混合動 力轎車(電機功率比較小，電機軸比較細)還可以採用旋轉變壓器的方案。如果 是混合動力客車(電機功率比較大，電機軸比較粗)，採用旋轉變壓器的方案也 比較困難，而且成本會非常高。採用霍爾傳感器得到電機運行時相鄰60度的精確電角度，採用數字鎖相環 技術計算出60度之內的精確的角度或採用基於觀測器的方法或kalman濾波器 的方法得到60度之內精確角度，並利用霍爾傳感器得到的精確的相差60度的 信號對數字鎖相環技術得到精確的角度或採用基於觀測器的方法或kalman濾波器的方法得到精確角度進行相鄰60度的校正。在永磁電機運行時霍爾傳感器只能得到60度解析度的電角度。從霍爾傳感 器得到的信號如圖1所示；如果變換成控制用的角度信號如圖2;而永磁同步電 機需要得到如圖2所示的連續角度信號，由此可見，直接使用霍爾傳感器作為角度信號只能滿足永磁無刷電機的控制要求，滿足不了永磁同步電機的控制要求。 發明內容本發明的目的是提供一種使用霍爾傳感器的車用永磁同步電機控制方法，使 得使用霍爾傳感器的車用永磁同步動力電機也能夠得到電機運行的實際電角度的方法，並且電機低廉，使用可靠。本發明採取的技術方案是包括下列步驟一、 通過信號處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb, Sc處理變 成Cin的信號給單元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb， Sc的獲得方法可以用以下幾種方法 實現直接從霍爾傳感器上得到電壓信號，為了避免幹擾信號的影響，可以採用數 字濾波器的方法濾除或採用RC濾波器，RC濾波器的時間常數RC<10倍Cin 的周期為了能達到快速的相應，採用中斷的方法檢測三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb， Sc。可以釆用上升沿觸發中斷，這時Sa的上升沿對應O度，Sb的上升沿 對應60度，Sc的上升沿對應120度。也可以常用雙邊沿觸發中斷，當Sa中斷 時，上升沿或下降沿，Sb和Sc為低電平時對應O度，當Sb中斷時，上升沿或 下降沿，Sa為高電平和Sc為低電平時對應60度，當Sc中斷時，上升沿或下 降沿，Sb和Sc為高電平時對應120度；二、 採用鑑相器B將得到Cin和通過數字分頻器的信號Cout的相位差信號 相減得到PDout信號，將該相位差信號送到數字濾波器C，具體採用的是數字 檢相器的方法在得到O度信號後，控制一個脈寬調製器PWM，每一個PWM周期調整一 次PWM的頻率，具體由數字濾波器C處理；當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，送到數字濾波器C處理；得到60度和120度的信號和0度的信號採用相同的處理方法；三、 採用數字濾波器C對相位差信號進行數字濾波，濾除高次諧波幹擾， 並進行低通濾波，輸出信號LFout給數字控制振蕩器E;0度，60度，120度時的調整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn為新的輸出頻率，Fn為輸出頻率，Fn-1為上一次的輸出頻率；當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，PWM的頻率按照如下公式 Fn = Fn-1 - k x Fn-1;四、 採用數字控制振蕩器E，由數字濾波器C輸出的信號控制一個數字頻 率發生器，輸出Out信號，具體來說就是一個PWM發生器，也就是在每一個 PWM周期內都可以調節一次頻率的受控數字振蕩器；五、 採用數字分頻器D，將Out信號分頻60或120給數字輸出給數字鑑相 器B，對每一次的PWM的中斷信號、即一個PWM周期，對計數器加1，直到 加到60或120次，產生一次中斷信號給鑑相器B;六、 採用角度校正器F，通過Sa， Sb， Sc的上升沿，分別是0度，60度 和120度的角度信號，對Out的信號進行校準，得到正確的角度信號；當Sa的上升沿時，強制輸出為0度，當Sb的上升沿時強制輸出為60度， 當Sc的上升沿時強制輸出為120度。本專利使用Sa， Sb， Sc三相霍爾傳感器信號，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作為數字鎖相環的輸入的頻率信號如圖4。 Cin的信號輸入數字鎖相 環，鎖相環採用60倍頻就可以得到1度的解析度，如果採用120倍頻，就可以 得到0.5度的解析度。再分別利用Sa， Sb， Sc的上升沿信號對角度輸出信號進 行校準，也就是說每間隔60度對輸出的角度進行一次校準。我們利用控制器(DSP)的高速運算能力，使用在永磁直流無刷電機中經常 用到的霍爾傳感器，採用數字方法估算出電機的實際運行電角度。整體成本在 100元RMB以內，由於使用成熟技術可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低車用永磁同步電機控制器的成本，提高工作可靠性。
圖1是在永磁電機運行時，從霍爾傳感器得到的信號，霍爾傳感器只能得到 60度解析度的電角度。圖2是變換成永磁同步電機控制用的角度信號圖。圖3是永磁同步電機需要得到的連續角度信號圖。圖4是使用Sa， Sb， Sc三相霍爾傳感器信號，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作為數字鎖相環的輸入的頻率信號圖。圖5是本發明控制裝置結構示意圖。
具體實施方式
一、通過信號處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb， Sc處理變 成Cin的信號給單元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb， Sc的獲得方法可以用以下幾種方法 實現直接從霍爾傳感器上得到電壓信號，為了避免幹擾信號的影響，可以採用數 字濾波器的方法濾除或採用RC濾波器，RC濾波器的時間常數RC<10倍Cin 的周期為了能達到快速的相應，採用中斷的方法檢測三路霍爾傳感器輸入信號Sa， Sb， Sc。可以採用上升沿觸發中斷，這時Sa的上升沿對應O度，Sb的上升沿 對應60度，Sc的上升沿對應120度。也可以常用雙邊沿觸發中斷，當Sa中斷 時(上升沿或下降沿)，Sb和Sc為低電平時對應O度，當Sb中斷時(上升沿 或下降沿)，Sa為高電平和Sc為低電平時對應60度，當Sc中斷時(上升沿或 下降沿)，Sb和Sc為高電平時對應120度；二、 採用鑑相器B將得到Cin和通過數字分頻器的信號Cout的相位差信號 相減得到PDout信號，將該相位差信號送到數字濾波器C，具體採用的是數字 檢相器的方法在得到O度信號後，控制一個脈寬調製器PWM，每一個PWM周期調整一 次PWM的頻率，具體由數字濾波器C處理；當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，送到數字濾波器C處理；得到60度和120度的信號和0度的信號採用相同的處理方法；三、 採用數字濾波器C對相位差信號進行數字濾波，濾除高次諧波幹擾， 並進行低通濾波，輸出信號LFout給數字控制振蕩器E;0度，60度，120度時的調整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn為新的 輸出頻率，Fn為輸出頻率，Fn-1為上一次的輸出頻率；如圖4: LFout;當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，PWM的頻率按照如下公式 Fn = Fn-1-kxFn-1;如圖4: LFout;四、 採用數字控制振蕩器E，由數字濾波器C輸出的信號控制一個數字頻 率發生器，輸出Out信號，具體來說就是一個PWM發生器，也就是在每一個 PWM周期內都可以調節一次頻率(也就是PWM的中斷頻率)的受控數字振蕩器；五、 採用數字分頻器D，將Out信號分頻60或120給數字輸出給數字鑑相 器B，對每一次的PWM的中斷信號、即一個PWM周期，對計數器加1，直到 加到60或120次，產生一次中斷信號給鑑相器B;六、 採用角度校正器F，通過Sa, Sb， Sc的上升沿，分別是0度，60度 和120度的角度信號，對Out的信號進行校準，得到正確的角度信號；當Sa的上升沿時，強制輸出為O度，當Sb的上升沿時強制輸出為60度， 當Sc的上升沿時強制輸出為120度。
權利要求
1、一種使用霍爾傳感器的車用永磁同步電機控制方法，包括下列步驟一、通過信號處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號Sa，Sb，Sc處理變成Cin的信號給單元B，其中Cin＝Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號Sa，Sb，Sc的獲得方法可以用以下幾種方法實現直接從霍爾傳感器上得到電壓信號，為了避免幹擾信號的影響，可以採用數字濾波器的方法濾除或採用RC濾波器，RC濾波器的時間常數RC＜10倍Cin的周期為了能達到快速的相應，採用中斷的方法檢測三路霍爾傳感器輸入信號Sa，Sb，Sc。可以採用上升沿觸發中斷，這時Sa的上升沿對應0度，Sb的上升沿對應60度，Sc的上升沿對應120度。也可以常用雙邊沿觸發中斷，當Sa中斷時，上升沿或下降沿，Sb和Sc為低電平時對應0度，當Sb中斷時，上升沿或下降沿，Sa為高電平和Sc為低電平時對應60度，當Sc中斷時，上升沿或下降沿，Sb和Sc為高電平時對應120度；二、採用鑑相器B將得到Cin和通過數字分頻器的信號Cout的相位差信號相減得到PDout信號，將該相位差信號送到數字濾波器C，具體採用的是數字檢相器的方法在得到0度信號後，控制一個脈寬調製器PWM，每一個PWM周期調整一次PWM的頻率，具體由數字濾波器C處理；當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，送到數字濾波器C處理；得到60度和120度的信號和0度的信號採用相同的處理方法；三、採用數字濾波器C對相位差信號進行數字濾波，濾除高次諧波幹擾，並進行低通濾波，輸出信號LFout給數字控制振蕩器E；0度，60度，120度時的調整公式Fn＝Fn-1+k×Fn-1；其中fn為新的輸出頻率，Fn為輸出頻率，Fn-1為上一次的輸出頻率；當數字分頻器D控制的定時器發生中斷時，PWM的頻率按照如下公式Fn＝Fn-1-k×Fn-1；四、採用數字控制振蕩器E，由數字濾波器C輸出的信號控制一個數字頻率發生器，輸出Out信號，具體來說就是一個PWM發生器，也就是在每一個PWM周期內都可以調節一次頻率的受控數字振蕩器；五、採用數字分頻器D，將Out信號分頻60或120給數字輸出給數字鑑相器B，對每一次的PWM的中斷信號、即一個PWM周期，對計數器加1，直到加到60或120次，產生一次中斷信號給鑑相器B；六、採用角度校正器F，通過Sa，Sb，Sc的上升沿，分別是0度，60度和120度的角度信號，對Out的信號進行校準，得到正確的角度信號；當Sa的上升沿時，強制輸出為0度，當Sb的上升沿時強制輸出為60度，當Sc的上升沿時強制輸出為120度。
全文摘要
本發明涉及一種使用霍爾傳感器的車用永磁同步電機控制方法，本發明使用Sa，Sb，Sc三相霍爾傳感器信號，以Sa，Sb，Sc的上升沿和下降沿作為數字鎖相環的輸入的頻率信號，Cin的信號輸入數字鎖相環。再分別利用Sa，Sb，Sc的上升沿信號對角度輸出信號進行校準，也就是說每間隔60度對輸出的角度進行一次校準。利用控制器(DSP)的高速運算能力，使用在永磁直流無刷電機中經常用到的霍爾傳感器，採用數字方法估算出電機的實際運行電角度。整體成本在100元RMB以內，由於使用成熟技術可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低車用永磁同步電機控制器的成本，提高工作可靠性。
文檔編號H02P6/14GK101222197SQ200710300319
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月26日 優先權日2007年12月26日
發明者澄 朱, 田彥濤, 趙學枰, 煒 韓, 龔依民 申請人:吉林大學