專(zhuān)利名稱(chēng)：使用霍爾傳感器的車(chē)用永磁同步電機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電領(lǐng)域，具體涉及一種車(chē)用永磁同步電機(jī)控制方法。
技術(shù)背景車(chē)用動(dòng)力電機(jī)系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)為混合動(dòng)力汽車(chē)設(shè)計(jì)的提供動(dòng)力的系統(tǒng)。車(chē)用動(dòng)力 電機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是未來(lái)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及解決燃油污染問(wèn)題等的技術(shù) 革新的關(guān)鍵。而動(dòng)力電機(jī)控制器是整個(gè)混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件。由 于混合動(dòng)力汽車(chē)的比較復(fù)雜的工況和啟動(dòng)時(shí)的大扭矩要求，對(duì)電機(jī)及其控制器的 要求有比較高的控制精度、快速的響應(yīng)速度和能夠迅速的在電動(dòng)和發(fā)電的工況下 迅速切換并具備大的轉(zhuǎn)速范圍。這些要求使用永磁同步電機(jī)作為混合動(dòng)力汽車(chē)的 動(dòng)力電機(jī)。永磁同步電機(jī)的控制器要求通過(guò)傳感器得到電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電角度，現(xiàn)在比 較普遍的方法是通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器得到電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電角度，以通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器得到電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電角度電機(jī)控制器(一般釆用DSP)計(jì)算實(shí) 際電角度最為方便(因?yàn)橐话阌糜陔姍C(jī)控制的DSP都有相應(yīng)的硬件電路)，而采 用旋轉(zhuǎn)變壓器也可以通過(guò)硬件電路得到和旋轉(zhuǎn)編碼器相同的信號(hào)。但是旋轉(zhuǎn)編碼 器是采用光電形式的傳感器，比較嬌氣不太適合汽車(chē)的比較惡劣的工作環(huán)境，現(xiàn) 在汽車(chē)上大多采用旋轉(zhuǎn)變壓器的方案，而旋轉(zhuǎn)變壓器的價(jià)格還要高，而且還要采 用硬件電路將旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)轉(zhuǎn)換場(chǎng)旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)，硬件電路的價(jià)格也比 較高?？傊捎眯D(zhuǎn)變壓器是現(xiàn)在混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力電機(jī)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(jī)，如果采用電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和變速器同軸的方 案不可能采用旋轉(zhuǎn)編碼器的方案，只能采用旋轉(zhuǎn)變壓器的方案，而如果是混合動(dòng) 力轎車(chē)(電機(jī)功率比較小，電機(jī)軸比較細(xì))還可以采用旋轉(zhuǎn)變壓器的方案。如果 是混合動(dòng)力客車(chē)(電機(jī)功率比較大，電機(jī)軸比較粗)，采用旋轉(zhuǎn)變壓器的方案也 比較困難，而且成本會(huì)非常高。采用霍爾傳感器得到電機(jī)運(yùn)行時(shí)相鄰60度的精確電角度，采用數(shù)字鎖相環(huán) 技術(shù)計(jì)算出60度之內(nèi)的精確的角度或采用基于觀測(cè)器的方法或kalman濾波器 的方法得到60度之內(nèi)精確角度，并利用霍爾傳感器得到的精確的相差60度的 信號(hào)對(duì)數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)得到精確的角度或采用基于觀測(cè)器的方法或kalman濾波器的方法得到精確角度進(jìn)行相鄰60度的校正。在永磁電機(jī)運(yùn)行時(shí)霍爾傳感器只能得到60度分辨率的電角度。從霍爾傳感 器得到的信號(hào)如圖1所示；如果變換成控制用的角度信號(hào)如圖2;而永磁同步電 機(jī)需要得到如圖2所示的連續(xù)角度信號(hào)，由此可見(jiàn)，直接使用霍爾傳感器作為角度信號(hào)只能滿(mǎn)足永磁無(wú)刷電機(jī)的控制要求，滿(mǎn)足不了永磁同步電機(jī)的控制要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用霍爾傳感器的車(chē)用永磁同步電機(jī)控制方法，使 得使用霍爾傳感器的車(chē)用永磁同步動(dòng)力電機(jī)也能夠得到電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際電角度的方法，并且電機(jī)低廉，使用可靠。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包括下列步驟一、 通過(guò)信號(hào)處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb, Sc處理變 成Cin的信號(hào)給單元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb， Sc的獲得方法可以用以下幾種方法 實(shí)現(xiàn)直接從霍爾傳感器上得到電壓信號(hào)，為了避免干擾信號(hào)的影響，可以采用數(shù) 字濾波器的方法濾除或采用RC濾波器，RC濾波器的時(shí)間常數(shù)RC<10倍Cin 的周期為了能達(dá)到快速的相應(yīng)，采用中斷的方法檢測(cè)三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb， Sc?？梢葬娪蒙仙赜|發(fā)中斷，這時(shí)Sa的上升沿對(duì)應(yīng)O度，Sb的上升沿 對(duì)應(yīng)60度，Sc的上升沿對(duì)應(yīng)120度。也可以常用雙邊沿觸發(fā)中斷，當(dāng)Sa中斷 時(shí)，上升沿或下降沿，Sb和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)O度，當(dāng)Sb中斷時(shí)，上升沿或 下降沿，Sa為高電平和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)60度，當(dāng)Sc中斷時(shí)，上升沿或下 降沿，Sb和Sc為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)120度；二、 采用鑒相器B將得到Cin和通過(guò)數(shù)字分頻器的信號(hào)Cout的相位差信號(hào) 相減得到PDout信號(hào)，將該相位差信號(hào)送到數(shù)字濾波器C，具體采用的是數(shù)字 檢相器的方法在得到O度信號(hào)后，控制一個(gè)脈寬調(diào)制器PWM，每一個(gè)PWM周期調(diào)整一 次PWM的頻率，具體由數(shù)字濾波器C處理；當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，送到數(shù)字濾波器C處理；得到60度和120度的信號(hào)和0度的信號(hào)采用相同的處理方法；三、 采用數(shù)字濾波器C對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，濾除高次諧波干擾， 并進(jìn)行低通濾波，輸出信號(hào)LFout給數(shù)字控制振蕩器E;0度，60度，120度時(shí)的調(diào)整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn為新的輸出頻率，F(xiàn)n為輸出頻率，F(xiàn)n-1為上一次的輸出頻率；當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，PWM的頻率按照如下公式 Fn = Fn-1 - k x Fn-1;四、 采用數(shù)字控制振蕩器E，由數(shù)字濾波器C輸出的信號(hào)控制一個(gè)數(shù)字頻 率發(fā)生器，輸出Out信號(hào)，具體來(lái)說(shuō)就是一個(gè)PWM發(fā)生器，也就是在每一個(gè) PWM周期內(nèi)都可以調(diào)節(jié)一次頻率的受控?cái)?shù)字振蕩器；五、 采用數(shù)字分頻器D，將Out信號(hào)分頻60或120給數(shù)字輸出給數(shù)字鑒相 器B，對(duì)每一次的PWM的中斷信號(hào)、即一個(gè)PWM周期，對(duì)計(jì)數(shù)器加1，直到 加到60或120次，產(chǎn)生一次中斷信號(hào)給鑒相器B;六、 采用角度校正器F，通過(guò)Sa， Sb， Sc的上升沿，分別是0度，60度 和120度的角度信號(hào)，對(duì)Out的信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，得到正確的角度信號(hào)；當(dāng)Sa的上升沿時(shí)，強(qiáng)制輸出為0度，當(dāng)Sb的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為60度， 當(dāng)Sc的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為120度。本專(zhuān)利使用Sa， Sb， Sc三相霍爾傳感器信號(hào)，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作為數(shù)字鎖相環(huán)的輸入的頻率信號(hào)如圖4。 Cin的信號(hào)輸入數(shù)字鎖相 環(huán)，鎖相環(huán)采用60倍頻就可以得到1度的分辨率，如果采用120倍頻，就可以 得到0.5度的分辨率。再分別利用Sa， Sb， Sc的上升沿信號(hào)對(duì)角度輸出信號(hào)進(jìn) 行校準(zhǔn)，也就是說(shuō)每間隔60度對(duì)輸出的角度進(jìn)行一次校準(zhǔn)。我們利用控制器(DSP)的高速運(yùn)算能力，使用在永磁直流無(wú)刷電機(jī)中經(jīng)常 用到的霍爾傳感器，采用數(shù)字方法估算出電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電角度。整體成本在 100元RMB以?xún)?nèi)，由于使用成熟技術(shù)可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低車(chē)用永磁同步電機(jī)控制器的成本，提高工作可靠性。


圖1是在永磁電機(jī)運(yùn)行時(shí)，從霍爾傳感器得到的信號(hào)，霍爾傳感器只能得到 60度分辨率的電角度。圖2是變換成永磁同步電機(jī)控制用的角度信號(hào)圖。圖3是永磁同步電機(jī)需要得到的連續(xù)角度信號(hào)圖。圖4是使用Sa， Sb， Sc三相霍爾傳感器信號(hào)，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作為數(shù)字鎖相環(huán)的輸入的頻率信號(hào)圖。圖5是本發(fā)明控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一、通過(guò)信號(hào)處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb， Sc處理變 成Cin的信號(hào)給單元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb， Sc的獲得方法可以用以下幾種方法 實(shí)現(xiàn)直接從霍爾傳感器上得到電壓信號(hào)，為了避免干擾信號(hào)的影響，可以采用數(shù) 字濾波器的方法濾除或采用RC濾波器，RC濾波器的時(shí)間常數(shù)RC<10倍Cin 的周期為了能達(dá)到快速的相應(yīng)，采用中斷的方法檢測(cè)三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa， Sb， Sc。可以采用上升沿觸發(fā)中斷，這時(shí)Sa的上升沿對(duì)應(yīng)O度，Sb的上升沿 對(duì)應(yīng)60度，Sc的上升沿對(duì)應(yīng)120度。也可以常用雙邊沿觸發(fā)中斷，當(dāng)Sa中斷 時(shí)(上升沿或下降沿)，Sb和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)O度，當(dāng)Sb中斷時(shí)(上升沿 或下降沿)，Sa為高電平和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)60度，當(dāng)Sc中斷時(shí)(上升沿或 下降沿)，Sb和Sc為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)120度；二、 采用鑒相器B將得到Cin和通過(guò)數(shù)字分頻器的信號(hào)Cout的相位差信號(hào) 相減得到PDout信號(hào)，將該相位差信號(hào)送到數(shù)字濾波器C，具體采用的是數(shù)字 檢相器的方法在得到O度信號(hào)后，控制一個(gè)脈寬調(diào)制器PWM，每一個(gè)PWM周期調(diào)整一 次PWM的頻率，具體由數(shù)字濾波器C處理；當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，送到數(shù)字濾波器C處理；得到60度和120度的信號(hào)和0度的信號(hào)采用相同的處理方法；三、 采用數(shù)字濾波器C對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，濾除高次諧波干擾， 并進(jìn)行低通濾波，輸出信號(hào)LFout給數(shù)字控制振蕩器E;0度，60度，120度時(shí)的調(diào)整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn為新的 輸出頻率，F(xiàn)n為輸出頻率，F(xiàn)n-1為上一次的輸出頻率；如圖4: LFout;當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，PWM的頻率按照如下公式 Fn = Fn-1-kxFn-1;如圖4: LFout;四、 采用數(shù)字控制振蕩器E，由數(shù)字濾波器C輸出的信號(hào)控制一個(gè)數(shù)字頻 率發(fā)生器，輸出Out信號(hào)，具體來(lái)說(shuō)就是一個(gè)PWM發(fā)生器，也就是在每一個(gè) PWM周期內(nèi)都可以調(diào)節(jié)一次頻率(也就是PWM的中斷頻率)的受控?cái)?shù)字振蕩器；五、 采用數(shù)字分頻器D，將Out信號(hào)分頻60或120給數(shù)字輸出給數(shù)字鑒相 器B，對(duì)每一次的PWM的中斷信號(hào)、即一個(gè)PWM周期，對(duì)計(jì)數(shù)器加1，直到 加到60或120次，產(chǎn)生一次中斷信號(hào)給鑒相器B;六、 采用角度校正器F，通過(guò)Sa, Sb， Sc的上升沿，分別是0度，60度 和120度的角度信號(hào)，對(duì)Out的信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，得到正確的角度信號(hào)；當(dāng)Sa的上升沿時(shí)，強(qiáng)制輸出為O度，當(dāng)Sb的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為60度， 當(dāng)Sc的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為120度。
權(quán)利要求
1、一種使用霍爾傳感器的車(chē)用永磁同步電機(jī)控制方法，包括下列步驟一、通過(guò)信號(hào)處理單元A將三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa，Sb，Sc處理變成Cin的信號(hào)給單元B，其中Cin＝Sa-Sb+Sc，該三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa，Sb，Sc的獲得方法可以用以下幾種方法實(shí)現(xiàn)直接從霍爾傳感器上得到電壓信號(hào)，為了避免干擾信號(hào)的影響，可以采用數(shù)字濾波器的方法濾除或采用RC濾波器，RC濾波器的時(shí)間常數(shù)RC＜10倍Cin的周期為了能達(dá)到快速的相應(yīng)，采用中斷的方法檢測(cè)三路霍爾傳感器輸入信號(hào)Sa，Sb，Sc?？梢圆捎蒙仙赜|發(fā)中斷，這時(shí)Sa的上升沿對(duì)應(yīng)0度，Sb的上升沿對(duì)應(yīng)60度，Sc的上升沿對(duì)應(yīng)120度。也可以常用雙邊沿觸發(fā)中斷，當(dāng)Sa中斷時(shí)，上升沿或下降沿，Sb和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)0度，當(dāng)Sb中斷時(shí)，上升沿或下降沿，Sa為高電平和Sc為低電平時(shí)對(duì)應(yīng)60度，當(dāng)Sc中斷時(shí)，上升沿或下降沿，Sb和Sc為高電平時(shí)對(duì)應(yīng)120度；二、采用鑒相器B將得到Cin和通過(guò)數(shù)字分頻器的信號(hào)Cout的相位差信號(hào)相減得到PDout信號(hào)，將該相位差信號(hào)送到數(shù)字濾波器C，具體采用的是數(shù)字檢相器的方法在得到0度信號(hào)后，控制一個(gè)脈寬調(diào)制器PWM，每一個(gè)PWM周期調(diào)整一次PWM的頻率，具體由數(shù)字濾波器C處理；當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，送到數(shù)字濾波器C處理；得到60度和120度的信號(hào)和0度的信號(hào)采用相同的處理方法；三、采用數(shù)字濾波器C對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，濾除高次諧波干擾，并進(jìn)行低通濾波，輸出信號(hào)LFout給數(shù)字控制振蕩器E；0度，60度，120度時(shí)的調(diào)整公式Fn＝Fn-1+k×Fn-1；其中fn為新的輸出頻率，F(xiàn)n為輸出頻率，F(xiàn)n-1為上一次的輸出頻率；當(dāng)數(shù)字分頻器D控制的定時(shí)器發(fā)生中斷時(shí)，PWM的頻率按照如下公式Fn＝Fn-1-k×Fn-1；四、采用數(shù)字控制振蕩器E，由數(shù)字濾波器C輸出的信號(hào)控制一個(gè)數(shù)字頻率發(fā)生器，輸出Out信號(hào)，具體來(lái)說(shuō)就是一個(gè)PWM發(fā)生器，也就是在每一個(gè)PWM周期內(nèi)都可以調(diào)節(jié)一次頻率的受控?cái)?shù)字振蕩器；五、采用數(shù)字分頻器D，將Out信號(hào)分頻60或120給數(shù)字輸出給數(shù)字鑒相器B，對(duì)每一次的PWM的中斷信號(hào)、即一個(gè)PWM周期，對(duì)計(jì)數(shù)器加1，直到加到60或120次，產(chǎn)生一次中斷信號(hào)給鑒相器B；六、采用角度校正器F，通過(guò)Sa，Sb，Sc的上升沿，分別是0度，60度和120度的角度信號(hào)，對(duì)Out的信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，得到正確的角度信號(hào)；當(dāng)Sa的上升沿時(shí)，強(qiáng)制輸出為0度，當(dāng)Sb的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為60度，當(dāng)Sc的上升沿時(shí)強(qiáng)制輸出為120度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用霍爾傳感器的車(chē)用永磁同步電機(jī)控制方法，本發(fā)明使用Sa，Sb，Sc三相霍爾傳感器信號(hào)，以Sa，Sb，Sc的上升沿和下降沿作為數(shù)字鎖相環(huán)的輸入的頻率信號(hào)，Cin的信號(hào)輸入數(shù)字鎖相環(huán)。再分別利用Sa，Sb，Sc的上升沿信號(hào)對(duì)角度輸出信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，也就是說(shuō)每間隔60度對(duì)輸出的角度進(jìn)行一次校準(zhǔn)。利用控制器(DSP)的高速運(yùn)算能力，使用在永磁直流無(wú)刷電機(jī)中經(jīng)常用到的霍爾傳感器，采用數(shù)字方法估算出電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電角度。整體成本在100元RMB以?xún)?nèi)，由于使用成熟技術(shù)可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低車(chē)用永磁同步電機(jī)控制器的成本，提高工作可靠性。
文檔編號(hào)H02P6/14GK101222197SQ200710300319
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者澄 朱, 田彥濤, 趙學(xué)枰, 煒 韓, 龔依民 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)