[发明专利]一种无刷直流电机高性能测速方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机高性能测速方法，具体地说是一种针对无刷直流电机，兼具抗干扰性、快速性和准确性的单、双向霍尔测速方法。 

(二)背景技术

工程上通常要求无刷直流电机双向运行，具有快速的动态响应和良好的稳态特性，高速度、高精度、高抗干扰性的双向测速方法是电机具有优异速度调节性能的前提。传统的软件测速方法有：M测速法，T测速法和M/T测速法。M测速法是在相等的时间间隔内，通过检测的脉冲个数来计算转速，适用于测量中高速电机；T测速法通过测量相邻两脉冲的时间间隔计算电机转速，适用于中低速范围的速度测量；M/T测速法在高速时相当于M测速法，在低速时相当于T测速法，但工程实现比较困难。 

基于霍尔元件的无刷直流电机测速通常采用T测速法，但当霍尔传感器的定位存在误差时，传统的T测速法获取的电机转速波动较大。一种改进的T测速法在三相霍尔信号每变化一次更新一次转速，但测量对象为整数周，不适用于电机转速变化很快的场合；一种快速高精度测速方法在稳速条件下对被测电机旋转一周的过程中三个霍尔信号的长度进行标定，并追踪磁极实现了利用电机旋转过程中的一小段信号准确获得电机转速，这种测量方法要求电机先稳速运行一段时间才能正常工作，在实际应用中受限。因此，工程应用中需要一种兼具快速性、准确性和抗干扰性的单、双向测速方法，以保证电机的速度调节性能及调速系统的稳、动态特性。 

(三)发明内容

针对现有测速方法与工程要求的矛盾，本发明的目的是提供一种兼具快速性、准确性和抗干扰性的测速方法，并且在工程应用中具有可行性和实用性。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是(以三相六状态无刷直流电机为例)： 

在电机工作在不同状态时有针对性的提高电机测速的快速性或准确性，结合图1，对首次在调速系统中使用的无刷直流电机，令调速系统在占空比恒定的开环状态下，电机以恒定转速和转向运行，记录电机在三相六个霍尔状态下运行时间t₁～t₆；求得当前转速下，电机转过60°电角度所需时间t_ave，t_ave为t₁～t₆的平均值；计算六个霍尔状态下电机位移的修正系数k_i，其中，k_i＝t_i/t_ave，i＝1～6； 

当电机处于不同的工作状态时，采用不同的测速方法。当电机在加/减速阶段，如电机启动、制动时，为实现电机迅速跟踪给定转速，在霍尔状态不改变时，对高频时钟计数；当霍 尔状态发生改变时，读取前一时刻霍尔状态下计数值N，并获取相应的修正系数k_i，计算前一霍尔状态下电机平均转速当电机处于匀速运行阶段时，将电机旋转一周获取的2p个计数值相加求平均值N_ave，计算当前电机转速其中f_s为高频时钟信号频率，p为电机极对数；存储前一时刻霍尔状态，并与当前霍尔状态进行比较，判断当前电机转向，对计算的转速值添加正负号；对比近两次霍尔状态，并参考前一时刻电机的转向，若当前霍尔状态对应电机位置正确则更新转速，否则认为当前霍尔信号为干扰信号，不更新转速，提高测速的抗干扰性。 

利用霍尔元件测速的电机，霍尔传感器的安装误差是转速测量的主要误差，其表现为在电机旋转360°电角度时时，6个霍尔状态下电机转过的位移不同，在电机开环匀速旋转时，可以获得各霍尔状态下，电机转过位移相对于60°电角度的修正系数。当电机在加/减速阶段，利用相应的修正系数计算电机在各个霍尔状态下的平均转速，既提高了测速的快速性，又避免了由于霍尔传感器安装位置不准确带来的测速误差；当电机匀速运行时，对测速的准确性要求很高，对于多对极的无刷直流电机，此时应考虑转子磁极加工误差，通过计算电机旋转一圈获取的2p个计数值的平均值消除累积误差；通过对比近两次的三相霍尔信号，不仅获取了电机当前转向，又避免了霍尔信号的干扰带来测速不准确的问题。 

本方法相对于现有测速方法具有以下优点： 

本方法根据电机不同工作状态，在现有测速方法基础上，有针对性的提高电机测速的速度和精度，在工程中具有很好的实用价值； 

本方法实现了电机的双向测速，可对单、双向运行的无刷直流电机测速； 

本方法提高了测速的抗干扰性，可以避免由于霍尔的干扰信号带来测速误差。 

(四)附图说明

图1是本发明的应用流程说明图；