一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，適用于對單、雙向運(yùn)行的無刷直流電機(jī)測速。本方法首先判斷電機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)，在電機(jī)快速加/減速過程中，通過對各霍爾狀態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)過的位移進(jìn)行修正補(bǔ)償，計(jì)算電機(jī)在每個(gè)霍爾狀態(tài)下的平均轉(zhuǎn)速，提高測速的快速性；當(dāng)電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，每改變一次霍爾狀態(tài)，計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的平均轉(zhuǎn)速，優(yōu)化測速的準(zhǔn)確性；比較相鄰兩次霍爾狀態(tài)，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)雙向測速；綜合近兩次霍爾狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)向，分析當(dāng)前獲取的霍爾信號(hào)是否合理，提高測速方法的抗干擾性。本方法適用于對單、雙向運(yùn)行的無刷直流電機(jī)測速，兼具測速的準(zhǔn)確性、快速性和抗干擾性。
【專利說明】一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法
(—)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，具體地說是一種針對無刷直流電機(jī)，兼具抗干擾性、快速性和準(zhǔn)確性的單、雙向霍爾測速方法。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]工程上通常要求無刷直流電機(jī)雙向運(yùn)行，具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和良好的穩(wěn)態(tài)特性，高速度、高精度、高抗干擾性的雙向測速方法是電機(jī)具有優(yōu)異速度調(diào)節(jié)性能的前提。傳統(tǒng)的軟件測速方法有=M測速法，T測速法和Μ/T測速法。M測速法是在相等的時(shí)間間隔內(nèi)，通過檢測的脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算轉(zhuǎn)速，適用于測量中高速電機(jī)；T測速法通過測量相鄰兩脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，適用于中低速范圍的速度測量；Μ/Τ測速法在高速時(shí)相當(dāng)于M測速法，在低速時(shí)相當(dāng)于T測速法，但工程實(shí)現(xiàn)比較困難。
[0003]基于霍爾元件的無刷直流電機(jī)測速通常采用T測速法，但當(dāng)霍爾傳感器的定位存在誤差時(shí)，傳統(tǒng)的T測速法獲取的電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大。一種改進(jìn)的T測速法在三相霍爾信號(hào)每變化一次更新一次轉(zhuǎn)速，但測量對象為整數(shù)周，不適用于電機(jī)轉(zhuǎn)速變化很快的場合；一種快速高精度測速方法在穩(wěn)速條件下對被測電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的過程中三個(gè)霍爾信號(hào)的長度進(jìn)行標(biāo)定，并追蹤磁極實(shí)現(xiàn)了利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中的一小段信號(hào)準(zhǔn)確獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種測量方法要求電機(jī)先穩(wěn)速運(yùn)行一段時(shí)間才能正常工作，在實(shí)際應(yīng)用中受限。因此，工程應(yīng)用中需要一種兼具快速性、準(zhǔn)確性和抗干擾性的單、雙向測速方法，以保證電機(jī)的速度調(diào)節(jié)性能及調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)特性。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有測速方法與工程要求的矛盾，本發(fā)明的目的是提供一種兼具快速性、準(zhǔn)確性和抗干擾性的測速方法，并且在工程應(yīng)用中具有可行性和實(shí)用性。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是(以三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)為例):
[0006]在電機(jī)工作在不同狀態(tài)時(shí)有針對性的提高電機(jī)測速的快速性或準(zhǔn)確性，結(jié)合圖1，對首次在調(diào)速系統(tǒng)中使用的無刷直流電機(jī)，令調(diào)速系統(tǒng)在占空比恒定的開環(huán)狀態(tài)下，電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向運(yùn)行，記錄電機(jī)在三相六個(gè)霍爾狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間^~t6 ;求得當(dāng)前轉(zhuǎn)速下，電機(jī)轉(zhuǎn)過60°電角度所需時(shí)間t_，tave為h~t6的平均值；計(jì)算六個(gè)霍爾狀態(tài)下電機(jī)位移的修正系數(shù)ki;其中，Iii = ti/tave, i = I~6 ;
[0007]當(dāng)電機(jī)處于不同的工作狀態(tài)時(shí)，采用不同的測速方法。當(dāng)電機(jī)在加/減速階段，如電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)迅速跟蹤給定轉(zhuǎn)速，在霍爾狀態(tài)不改變時(shí)，對高頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)；當(dāng)霍爾狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，讀取前一時(shí)刻霍爾狀態(tài)下計(jì)數(shù)值N，并獲取相應(yīng)的修正系數(shù)ki;計(jì)
算前一霍爾狀態(tài)下電機(jī)平均轉(zhuǎn)速當(dāng)電機(jī)處于勻速運(yùn)行階段時(shí)，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周獲取的2p個(gè)計(jì)數(shù)值相加求平均值N_，計(jì)算當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速》= ，其中fs為高頻時(shí)鐘信號(hào)




P^ave頻率，P為電機(jī)極對數(shù)；存儲(chǔ)前一時(shí)刻霍爾狀態(tài)，并與當(dāng)前霍爾狀態(tài)進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)向，對計(jì)算的轉(zhuǎn)速值添加正負(fù)號(hào)；對比近兩次霍爾狀態(tài)，并參考前一時(shí)刻電機(jī)的轉(zhuǎn)向，若當(dāng)前霍爾狀態(tài)對應(yīng)電機(jī)位置正確則更新轉(zhuǎn)速，否則認(rèn)為當(dāng)前霍爾信號(hào)為干擾信號(hào)，不更新轉(zhuǎn)速，提高測速的抗干擾性。
[0008]利用霍爾元件測速的電機(jī)，霍爾傳感器的安裝誤差是轉(zhuǎn)速測量的主要誤差，其表現(xiàn)為在電機(jī)旋轉(zhuǎn)360°電角度時(shí)時(shí)，6個(gè)霍爾狀態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)過的位移不同，在電機(jī)開環(huán)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以獲得各霍爾狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)過位移相對于60°電角度的修正系數(shù)。當(dāng)電機(jī)在加/減速階段，利用相應(yīng)的修正系數(shù)計(jì)算電機(jī)在各個(gè)霍爾狀態(tài)下的平均轉(zhuǎn)速，既提高了測速的快速性，又避免了由于霍爾傳感器安裝位置不準(zhǔn)確帶來的測速誤差；當(dāng)電機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)，對測速的準(zhǔn)確性要求很高，對于多對極的無刷直流電機(jī)，此時(shí)應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子磁極加工誤差，通過計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈獲取的2p個(gè)計(jì)數(shù)值的平均值消除累積誤差；通過對比近兩次的三相霍爾信號(hào)，不僅獲取了電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)向，又避免了霍爾信號(hào)的干擾帶來測速不準(zhǔn)確的問題。
[0009]本方法相對于現(xiàn)有測速方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]本方法根據(jù)電機(jī)不同工作狀態(tài)，在現(xiàn)有測速方法基礎(chǔ)上，有針對性的提高電機(jī)測速的速度和精度，在工程中具有很好的實(shí)用價(jià)值；
[0011]本方法實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的雙向測速，可對單、雙向運(yùn)行的無刷直流電機(jī)測速；
[0012]本方法提高了測速的抗干擾性，可以避免由于霍爾的干擾信號(hào)帶來測速誤差。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的應(yīng)用流程說明圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的修正各霍爾狀態(tài)下電機(jī)位移的原理示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向的原理示意圖；
(五)【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。按照圖1的應(yīng)用流程實(shí)施:
[0017](I)獲取各霍爾狀態(tài)下位移的修正系數(shù)。
[0018]開環(huán)狀態(tài)下，電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向運(yùn)行，三相霍爾傳感器的安裝誤差導(dǎo)致各霍爾狀態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)過的電角度不完全相同，如圖2所示。當(dāng)霍爾信號(hào)不改變時(shí)，對高頻時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，直至霍爾信號(hào)改變，讀取并保存電機(jī)在前一霍爾狀態(tài)下的計(jì)數(shù)值，即可獲取電機(jī)在各霍爾狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間。其中，各霍爾狀態(tài)與計(jì)數(shù)值對應(yīng)關(guān)系為:三相霍爾信號(hào)ha、hb、h。為” 101”，計(jì)數(shù)值為N0 ;霍爾信號(hào)為” 100”，計(jì)數(shù)值為N1 ;霍爾信號(hào)為” 110”，計(jì)數(shù)值為N2 ；霍爾信號(hào)為”010”，計(jì)數(shù)值為N3;霍爾信號(hào)為”011”，計(jì)數(shù)值為N4;霍爾信號(hào)為”001”，計(jì)數(shù)值為N5,則電機(jī)在六個(gè)霍爾狀態(tài)下運(yùn)行的時(shí)間\ =隊(duì)/f；，i = O, I, 2，3,4,5, fs為高頻時(shí)鐘信
號(hào)的頻率。則當(dāng)前轉(zhuǎn)速下，電機(jī)每轉(zhuǎn)過60°電角度所需的時(shí)間為
【權(quán)利要求】
1.一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，其特征是:在電機(jī)工作在不同狀態(tài)時(shí)有針對性的提高電機(jī)測速的快速性或準(zhǔn)確性，并在工程上具有很好的實(shí)用性。其測速方法如下:當(dāng)電機(jī)處于快速加/減速階段，利用各霍爾狀態(tài)下電機(jī)的位移修正系數(shù)，計(jì)算電機(jī)在每個(gè)霍爾狀態(tài)下的平均轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)快速測速；當(dāng)電機(jī)處于勻速運(yùn)行階段時(shí)，求電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周各霍爾狀態(tài)下運(yùn)行的平均時(shí)間，計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的平均轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測速；然后判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向并作抗干擾處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，其特征在于:對首次在調(diào)速系統(tǒng)中使用的無刷直流電機(jī)，令調(diào)速系統(tǒng)工作在占空比恒定的開環(huán)狀態(tài)下，電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向運(yùn)行，記錄電機(jī)在六個(gè)霍爾狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間h?tn ;求得當(dāng)前轉(zhuǎn)速下，電機(jī)轉(zhuǎn)過60°電角度所需時(shí)間tave, tave為h?tn的平均值；計(jì)算各霍爾狀態(tài)下電機(jī)位移的修正系數(shù) ki;其中，Iii = ti/tave, i = I ?η。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，其特征在于:存儲(chǔ)前一時(shí)刻霍爾狀態(tài)，并與當(dāng)前霍爾狀態(tài)進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)雙向測速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電機(jī)高性能測速方法，其特征在于:綜合近兩次霍爾狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)向，分析當(dāng)前獲取的霍爾信號(hào)是否合理，信號(hào)合理則更新轉(zhuǎn)速，否則認(rèn)為當(dāng)前霍爾信號(hào)為干擾信號(hào)，不更新轉(zhuǎn)速，提高測速的抗干擾性。
【文檔編號(hào)】G01P3/487GK103995144SQ201410244999
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】王永, 郭旭 申請人:北京航空航天大學(xué)