基于直流无刷电机霍尔信号的位置估算

基于直流无刷电机霍尔信号的位置估算

技术领域

本发明涉及一种利用低分辨率霍尔位置信号，通过一定算法，来比较精确地估计转子位置和转速。以便能够对直流无刷电机采用矢量控制。

背景技术

目前，直流无刷电机在电动车领域应用较广，一者该类型电机功率密度高、调速性能好，二者是其成本较低，有些配置较低成本的霍尔位置传感器。

一般情况下直流无刷电机采用方波驱动，控制简单。然其换向间的电流突变，会造成较大的转矩脉动，产生较大的噪声污染。采用正弦波驱动，即矢量控制，所产生的转矩脉动明显小于方波驱动。但是矢量控制需要连续的、高精度的位置信息，本文介绍的算法就是针对简单的霍尔信号来估算出较高精度的转子位置信号。

发明内容

本文针对的对象有霍尔位置传感器的直流无刷电机中，三个霍尔元件HA 、HB 、HC 在空间上依次间隔120°电角度。输出的信号也是依次间隔120°，脉宽180° 电角度的方波。如下图1所示。

PWM1

PWM2

PWM3

PWM4

PWM5

Hall A

Hall B

Hall C

PWM6

图1 方波驱动霍尔信号与PWM 信号对应图

由上图可知，三相霍尔信号每60°跳变一次，分别对应一个电周期的六个状态（15°、45°、105°、165°、225°、285°、345°）。这里看出霍尔传感器的分辨率仅为60°。

为了获取高分辨率的转子位置，本文提出基于转子平均转速（60°间的平均转速）来估算转子位置。

设i θ为霍尔信号跳变时刻对应转子位置，

1-i ω为转子在i θ和1-i θ之间的平均转速，1-i T 为转子在i θ和1-i θ之间的间隔时间，那么有：

113/--=i i T πω （1）

为得到当前某一位置时刻的转子转速，引入转子转速平均加速度a ，有

2/)(21211-----+-=i i i i i T T a ωω （2）

那么可算出转子当前某一位置的瞬时转速为：

k i i i i ip kT a T a 11112/----++=ωω （3）

其中，k T 为采样周期，k 为当前时刻到i θ对应时刻的采样次数。

当前转子位置为 21111)(21

)2/(k i k i i i i ip i ip kT a kT T a dt ----+++=+=⎰ωθωθθ （4）

对转子位置每60°进行重新校正，引入转子平均加速度计算得到的转子位置，在转速动态调整时，转子位置计算偏差得到较好抑制。