正弦波無刷直流電機的新型轉(zhuǎn)子位置檢測方法

1、第22卷 第 12期 2002年12月文章編號中 國 電 機 工 程 學(xué) 報Proceedings of the CSEEVol.22 No.12 Dec.2002徐永向哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程系A(chǔ) NOVEL DETECTING METHOD OF THE ROTOR POSITION OF PMSMZOU Ji-bin, XU Yong-xiang, YU Cheng-longABSTRACT: This paper presents a novel method using onelatched Hall IC to detect the rotor position of PMSM in

2、 widespeed range to overcome the limitation of other recentdetecting methods. The conversion and compensation of therotor position signal are analyzed in detail. The steadyprecision and the harmonics of three-phase reference voltagesin dynamic state are analyzed. Speed-stabilization control of a30,0

3、00 r/min PMSM is achieved with this method. Thetheoretical analysis and experimental results show that thismethod has the wide detecting range and the high precision. Sothe method is especially suitable for speed-stabilization control.KEY WORDS: PMSM; detection of the rotor position; speedrange; spe

4、ed-stabilization摘要該文提出了一種以單個鎖定型霍爾元件實現(xiàn)的寬轉(zhuǎn)速范圍正弦波無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置檢測方法同時對該位置檢測方法的靜態(tài)誤差和動態(tài)過程中給定電壓諧波進行了分析4 r/min的高速同步電機驅(qū)動理論分析和實驗結(jié)果表明很適合穩(wěn)速控制正弦波無刷直流電機轉(zhuǎn)速范圍大而且安裝調(diào)試復(fù)雜常用的正弦波無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置估計方法有電感法計算量大成本也較假想坐標法在超前定子某相繞組軸線90º電角度位置加一個鎖定型霍爾從中可以同時提取轉(zhuǎn)子位置信號和速度信號將該方法用于穩(wěn)速系統(tǒng)中檢測的轉(zhuǎn)子位置信號誤差很小轉(zhuǎn)軸盡可能設(shè)計得短一些如果在高速電機的轉(zhuǎn)軸上安裝位置傳感器而且高速正弦波無刷直流

5、電機的繞組電感小因此本文將該檢測方法用于額定轉(zhuǎn)速為3額定功率為3.3kW的高速正弦波無刷直流電機系統(tǒng)中實現(xiàn)了高速正弦波無刷直流電機的穩(wěn)速控制并具有較高的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)速精度TM351 文獻標識碼轉(zhuǎn)矩波動小運行可靠光電編碼器來產(chǎn)生正弦波參考信號近年來發(fā)展很快在定子適當位置安放一個霍爾元件霍爾元件就會輸出一個上升沿和下降沿與轉(zhuǎn)子磁場強度B048中 國 電 機 工 程 學(xué) 報第22卷的過零點相對應(yīng)的方波信號便得到數(shù)字式的轉(zhuǎn)子位置信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大后即得正弦波參考電壓霍爾元件的輸出應(yīng)與某相繞組的空載反電勢同相位某些電機超前 某相繞組軸線90°電角度位置并不在某個齒上而為了安裝的方便對于安裝

6、位置與理想位置的偏差可由電路進行校正補償距離鐵芯和繞組有一定的距離霍爾輸出數(shù)字化的轉(zhuǎn)角2某相參考電壓圖霍爾輸出與對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置關(guān)系Fig.1 Schematic diagram of the generation ofthe reference voltage位置信號的轉(zhuǎn)換和補償由于開關(guān)霍爾輸出信號只能反應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的過零點本文采用鎖相技術(shù)絕對零位產(chǎn)生電路補償量分頻與二進制輸入輸出相位低通壓控V補償0(t)比較器濾波器振蕩器電路Vh(t)為霍爾輸出信號設(shè)二進制輸出位N位Ve(t)正比于Vh(t)和Vf(t)的相位差這電壓控制壓控振蕩器的頻率變化直到相差為零Vh(t)和Vf(t)的頻率相位都相同V

7、o(t)正好是Vh(t)的2N倍頻穩(wěn)態(tài)時因此同時于是每一個二進制數(shù)(QN1Q0)2對應(yīng)一個位置角度則對應(yīng)的角度x為xx=N2 (1)絕對零位使得Vh(t)和Vf(t)的零位總是相同所以這樣提高了跟蹤速度和跟蹤準確度如圖3所示所以而不影響精度vid/V2t/10ms(a) 補償前vid/V2t/10ms(b) 補償后圖補償前后的位置信號和相空載電勢Fig.3 The signal of the rotor position and the EMF ofphase A before compensation and after compensation用數(shù)字式的轉(zhuǎn)子位置信號x去查表霍爾的輸出信號與

8、A相給電壓參考信號如圖4所示由于Vo(t)正好是Vh(t)的2N倍頻Vv(t)與Vh(t)的頻率成線性關(guān)第12期鄒繼斌等所以可以作為速度反饋信號vid/V2vid/V5t/10ms圖霍爾的輸出信號與A相給電壓參考信號Fig.4 The output of the Hall IC andthe reference voltage of phase A精度及動態(tài)過程分析精度這種轉(zhuǎn)子位置檢測方法的檢測精度是分頻系數(shù)決定檢測精度為穩(wěn)速運行位置檢測精度達0.7032ÎÈËÙÔËÐÐʱË

9、9;ÒÔÈçͼ4所示當前周期小于上一個周期絕對零位已使查表從頭開始反之當前周期大于前一個周期這將產(chǎn)生給定諧波電壓在一般情況下波形畸變不明顯使得相鄰兩個周期相差很大在減速情況下的AÉÏÃ沨ÐÎΪA相鎖相環(huán)中的相位比較器只根據(jù)兩個信號的上升沿來確定相位差在位置信號和反饋方波信號的上升沿之前在位置信號或反饋方波信號的上升沿之后加速時減速時這是一個動態(tài)過程在位置信號和反饋方波信號的上升沿之后是最新的周期在加速時波形有些下凹在方波信號的上

10、升沿后一小段時間內(nèi)理論上但這在一般情況下很小如圖5²¨ÐÎÍâ͹Ҳ²¢²»Ã÷ÏÔvid/V5t/20ms圖減速情況下的A相與B相給定參考電壓Fig.5 The reference voltages of phase A andphase B when speed is decreased文獻4對動態(tài)過程中的三相參考電壓基于轉(zhuǎn)角的函數(shù)進行了傅立葉分析在加速度不是特別大的情況下相鄰兩個周期差T較小動態(tài)穩(wěn)速精度達1.

11、2%ËùÒÔÇ°ºóÁ½¸öÖÜÆÚÖ®²îºÜС圖6給出了T/T=0.01ÔÚÕâô´óµÄ¼ÓËÙ¶ÈÏÂ0 2 4 6 8 10 n/th諧波次數(shù)圖 T/T=0.01&#

12、184;÷Ïà²Î¿¼µçѹÎÞг²¨²Î¿¼µçѹÐźÅËäÈ»»áÓÐһЩµÄ»û±äÒò&#

13、180;Ë第12期王國玉等 金曉明,王樹青,榮岡(Jin Xiaoming,Wang Shuqing,Rong Gan).預(yù)測函數(shù)控制(PFC)一種新型預(yù)測控制策略(Predictive functionalcontrol(PFC)one new control strategy)J.化工自動化及儀表(Control and Instruments in Chemical Industry),1999,26(2)結(jié)論通過以上理論分析和實驗結(jié)果本文提出的一單個霍爾進行位置檢測并實現(xiàn)正弦波驅(qū)動的方法是可行的2ÊʺÏÓÚ

14、2;àÖÖתËÙÒªÇóµÄÕýÏÒ²¨ÎÞË¢Ö±Á÷µç»úϵͳ該方法在穩(wěn)速時在動態(tài)過程中很適合于穩(wěn)速系統(tǒng)A Supper high-speed PM motordrive system by a quasi-current source inverterJ19943683-690China Electric Power Press),1996,242.收稿日期作者簡介1977-博士研究生智能控制理論及應(yīng)用1959-教授研究方向為智能控制理論及應(yīng)用分散控制系統(tǒng)研究和計算機視覺1971-博士研究方向為模糊控制魯棒控制及熱工過程軟測量技術(shù)1971-博士研究生研究方向為計算機輔助