[发明专利]基于霍尔位置传感器的永磁同步电机位置估计补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机三相正弦电压控制驱动系统，特别是基于霍尔位置传感器的永磁同步电机位置估计补偿方法。

背景技术

随着电机技术的发展，永磁同步电机的应用范围越来越广泛。由于其功耗低、噪声小的特性，各种家用电器均用永磁同步电机取代了以往的感应电机，如冰箱、空调的压缩机、送风机等等，另外，最新型的电动汽车也大多采用大功率永磁同步电机作为其驱动电机。

永磁同步电机是一种转子为永磁体，反电势为正弦波的三相交流电机。通过驱动系统将输入的母线直流电压逆变成三相交流电压，就可驱动电机旋转。永磁同步电机相较于其它电机，具有高效率，低噪音的优点，这些优点建立在使用合理的控制算法和驱动系统的基础上。由于其反电势为正弦波，因此其三相驱动电压也必须同为正弦电压。转子的位置决定给定三相正弦电压的相位。永磁同步电机的相电压幅值与其转速的比值在较大范围内保持恒定，因此对其施加保持一定压频比的三相正弦电压就可以驱动电机旋转，这就是永磁同步电机开环恒压频比（VVVF）控制技术。恒压频比控制方法属于开环控制，旋转过程中控制系统并不检测转子的实际位置，因此电机一旦遭遇较大负载转矩扰动就可能导致失步。实际应用中，控制系统还需转子位置信息进行闭环控制。

永磁同步电机常用的转子位置传感器有旋转变压器、正交编码器、霍尔位置传感器。其中旋转变压器和正交编码器的优点是精度很高，但是需要在电机上加装额外的设备；霍尔传感器可以直接安装在电机内部，简单方便，缺点是精度低。三相霍尔位置传感器提供的三相位置信号如图1所示，当转子匀速旋转时霍尔位置传感器提供三路占空比为50%，相位互差120°的方波信号。三路方波信号的上升和下降沿将一个360°的电周期平均分成了6个区间，每个区间为60°电角度。因此霍尔位置传感器的分辨率只有60°的电角度，在每一个区间内的转子具体位置则需依靠位置估计算法进行估算。

现有专利已对永磁同步电机基于霍尔位置传感器的相关位置估计技术进行了讨论，如专利申请号为201010219066.1，申请日为2010.06.30，名称为“一种基于霍尔位置传感器的电机矢量控制方法”的发明专利申请，其技术方案为：

1、将控制算法所需正弦相位的电角度值与三相霍尔传感器的6个区间对应，在每个区间开始的时刻将一个设定值作为该区间的初始角度值，这个设定值顺序对应每个区间分别为0°、60°、120°、180°、240°、300°；

2、一个区间之内的角度变化由60*t/T估算得到，其中，单个位置区间所对应电角度理想情况下恒等于60°；t为程序控制周期在当前区间内所经过的时间，每次换区后清零；T为电机转过每个电角度为60°的区间所需要的时间，换句话说，T是电机转过60°的电角度所对应的时间，这个时间是连续统计多个电机转过60°区间时所用的时间进行平均滤波后的值。由于电机匀速运动，随着时间的变化，在某个位置区间内的角度变化量会匀速增加，当t=0时，角度变化值也为0，当t=T时，一个区间结束，下一个区间即将开始，角度变化量达到最大值60°。因此，区间内角度变化范围为0°--60°；

3、将初始角度值加上一个区间内角度的变化值最终得到一个电角度周期内的多个角度值。

以上方案解决了采用精度很低的霍尔位置传感器如何实时计算转子位置，但是，由于霍尔位置传感器安装的机械精度往往达不到要求，其霍尔位置传感器传回的三路方波信号相位差并不是精确地等于120°，特别是当电机的极对数很多的时候，机械精度的误差往往会造成数倍电角度的误差。另外，由于转子永磁体无法做到磁极完全对称，因此霍尔位置传感器的每一路方波信号占空比相对50%也可能存在误差。如图2所示，这些问题导致的结果是电机匀速运转时6个位置区间长度分布是不均匀的，并不是理想情况下的60°电角度，区间长度差值最大可达10°之多。