一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法及装置的制造方法
【专利摘要】一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，设定三相绕组电流的给定值及转子磁极d轴相对A相绕组α轴的转子空间位置角，将测得三相绕组电流的实际值经Clark变换和Park变换后与给定值作差，其差值进行PID调节、反Park变换、SVPWM脉冲调制后输出，以控制三相桥式逆变器中相应MOS管的导通时间，使变换后电流实际值跟随电流给定值，使转子定位到A相绕组位置，霍尔位置传感器输出低电平的信号线即为A相霍尔信号线；设定三相绕组电流的给定值及转子磁极d轴相对A相绕组α轴另一转子空间位置角，以同样方法使变换后的电流实际值跟随电流给定值，使转子定位到B相绕组位置，霍尔位置传感器输出低电平的信号线即为B相霍尔信号线；剩余的1条信号线即为C相霍尔信号线。
【专利说明】
一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于无刷直流电机技术领域，特别涉及一种检测无刷直流电机霍尔传感器 信号线相序的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，无刷直流电机以其独到的体积小、重量轻、效率高、力矩大、调速性能好等 优点在数控机床、机器人、电动车、家电、办公自动化设备等领域获得了广泛的应用。无刷直 流电机用霍尔信号来控制逆变器换相，这就要求霍尔信号与定子三相绕组有正确的对应关 系。一般情况下在霍尔信号线上标明H A、HB、HC，与霍尔信号对应的电机绕组上标上A、B、C以 表示对应关系。然而在实际工作中经常遇到霍尔信号线和定子三相绕组上的标记遗失或不 明的情况，需要检测霍尔元件和三相绕组的对应关系。这时，普遍采用的方法是用原动机带 动无刷电机转子转动，通过测得的反电势来判断对应关系。这种方法耗时较多，也有可能存 在不满足实验条件的情况;其次，在实践中发现在相序不对时电机也可能转动的情况，而且 此时三相电流很大，霍尔元件容易烧毁。因此，设计一种合理、简便的检测无刷直流电机霍 尔相序方法具有重要的意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的，在于提供一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法及装置，其可在 不知晓无刷直流电机三相霍尔信号线输出顺序，无刷直流电机无法正常运转的情况下，简 单地判断出霍尔传感器三相接线的相序。
[0004] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0005] -种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，包括如下步骤：
[0006] (1)定义无刷直流电机的定子三相绕组分别为A、B、C相绕组，分别与三相桥式逆变 器的3个输出端连接，设定无刷直流电机三相绕组的电流给定值以及转子磁极d轴相对A相 绕组α轴的一转子空间位置角，测量三相绕组的电流实际值，并通过相应的Clark变换和 Park变换得到三相绕组变换后的电流实际值，将所述电流给定值与所述变换后的电流实际 值作差，得到的差值依次经过PID调节、反Park变换、SVPWM脉冲调制后输出，以控制所述三 相桥式逆变器中相应M0S管的导通时间，使得所述变换后的电流实际值跟随所述电流给定 值，在磁场力的作用下使得转子定位到所述A相绕组，通过检测霍尔传感器各条信号线输出 的电平高低从而确定相应的A相霍尔信号线；
[0007] (2)再设定无刷直流电机三相绕组的电流给定值以及转子磁极d轴相对定子A相绕 组α轴的另一转子空间位置角，测量三相绕组的电流实际值，并通过相应的Clark变换和 Park变换得到所述三相绕组变换后的电流实际值，将所述电流给定值与所述变换后的电流 实际值作差，得到的差值依次经过PID调节、反Park变换、SVPWM脉冲调制后输出，以控制所 述三相桥式逆变器中相应M0S管的导通时间，使得所述变换后的电流实际值跟随所述电流 给定值，在磁场力的作用下使得转子定位到所述B相绕组，通过检测霍尔传感器各条信号线 输出的电平高低从而确定相应的B相霍尔信号线；
[0008] (3)通过（1)和(2)步骤分别确定了 A相霍尔信号线和B相霍尔信号线后，剩余的1条 霍尔信号线即为C相霍尔信号线。
[0009] 进一步的，所述步骤（1)中，所述电流给定值在转子磁极d轴上的给定分量为0,在 转子磁极q轴上的给定分量为额定电流值，所述转子磁极d轴相对定子A相绕组α轴的所述转 子空间位置角为-90°;所述变换后的电流实际值包括在所述转子磁极d轴上的实际分量以 及在所述转子磁极q轴上的实际分量。
[0010] 进一步的，所述步骤（1)中，利用电流传感器分别测量所述A、B、C相绕组的电流实 际值;利用减法器分别将在所述转子磁极d轴、q轴上的电流给定分量与电流实际分量作差； 利用电平检测器检测霍尔传感器的各条信号线上输出的电平数值。
[0011]进一步的，所述步骤（1)中，所述霍尔传感器的各条信号线中，输出低电平信号的 信号线即为A相霍尔信号线。
[0012] 进一步的，所述步骤(2)中，所述电流给定值在所述转子磁极d轴上的给定分量为 〇，在所述转子磁极q轴上的给定分量为额定电流值，所述转子磁极d轴相对定子A相绕组α轴 的所述另一转子空间位置角为30°;所述变换后的电流实际值包括在所述转子磁极d轴上的 实际分量以及在所述转子磁极q轴上的实际分量。
[0013] 进一步的，所述步骤(2)中，利用电流传感器分别测量所述A、B、C相绕组的电流实 际值;利用减法器分别将在所述转子磁极d轴、q轴上的电流给定分量与电流实际分量作差； 利用电平检测器检测霍尔传感器的各条信号线输出的电平数值。
[0014] 进一步的，所述步骤(2)中，所述霍尔传感器的各条信号线中，输出低电平信号的 信号线即为B相霍尔信号线。
[0015] -种实现上述的无刷直流电机霍尔相序的检测方法的检测装置，用于检测无刷直 流电机中霍尔传感器的三相信号线的输出顺序;所述装置包括直流电源、三相桥式逆变器、 霍尔传感器、三个电流传感器、控制器和电平检测器，其中，直流电源与三相桥式逆变器并 联，三相桥式逆变器的输出端连接无刷直流电机的A、B、C三相绕组，霍尔传感器的输入端连 接所述无刷直流电机的定子，而霍尔传感器的输出端连接电平检测器;三个电流传感器的 输入端分别连接在无刷直流电机的A相绕组、B相绕组和C相绕组中，输出端则分别连接控制 器;所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个M0S管的栅极，从而控制相应的M0S 管导通。
[0016] 进一步的，所述控制器包含有初始值设定器、Clark变换器、Park变换器、两个减法 器、两个PID调节器、反Park变换器以及SVPWM脉冲调制器;所述Clark变换器的输入端连接 所述三个电流传感器的输出端，所述Clark变换器的输出端连接所述Park变换器的输入端， 所述Park变换器的输出端和所述初始值设定器的输出端均连接至所述两个减法器的输入 端，所述两个减法器的输出端分别连接到相应的PID调节器的输入端，所述两个PID调节器 的输出端均连接至所述反Park变换器的输入端，所述反Park变换器的输出端连接至所述 SVPWM脉冲调制器的输入端，所述SVPWM脉冲调制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6 个M0S管的栅极。
[0017] 采用上述方案后，本发明的检测无刷直流电机霍尔传感器的三相接线相序的步骤 简单，整个过程无需改变任何接线，能够有效防止乱接线导致的无刷直流电机堵转烧坏现 象，将无刷直流电机等效为普通直流电机，控制简单。通过引入电流闭环控制，采用设定电 流给定值的方法，既可防止无刷直流电机在接有负载时实际电流值不足、转子力矩不够无 法定位的情况，又可防止实际电流值过大定子绝缘层被烧坏，大大提高了检测方法及检测 装置的可靠性。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明具体实施例的无刷直流电机霍尔相序的检测装置结构图；
[0019] 图2是本发明具体实施例的无刷直流电机霍尔相序的检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0020] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0021] 本发明提供一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法及装置，用于检测无刷直流电 机中霍尔位置传感器三相霍尔信号线的输出顺序，所述检测装置如图1所示，包括:直流电 源11，三相桥式逆变器12,霍尔传感器13,三个电流传感器14、15、16,控制器17,和电平检测 器18，其中，直流电源11与三相桥式逆变器12并联，三相桥式逆变器12的输出端连接无刷直 流电机10的定子的A、B、C三相绕组，霍尔传感器13的输入端连接无刷直流电机10的定子，而 霍尔传感器13的输出端连接电平检测器18;三个电流传感器14、15、16的输入端分别对应连 接在无刷直流电机10的定子的A相绕组、B相绕组、C相绕组中，输出端则分别连接控制器17 的输入端，控制器17的输出端连接至三相桥式逆变器12的控制端，构成电流闭环系统。
[0022] 本实施例中，三相桥式逆变器12由]\1051、]\?)52、]\?)53、]\?)54、]\?)55、]\?)56六只冊5管组 成，M0S1~M0S6共分为三组:第一组中的M0S1的源极与M0S4的漏极串联后再直流电源11并 联，且M0S1与M0S4之间的串联节点与所述无刷直流电机10的定子的A相绕组连接;第二组中 的M0S3的源极与M0S6的漏极串联后再直流电源11并联，且M0S3与M0S6之间的串联节点与所 述无刷直流电机10的定子的B相绕组连接;第三组中的M0S5的源极与M0S2的漏极串联后再 直流电源11并联，且M0S5与M0S2之间的串联节点与所述无刷直流电机1-的定子的C相绕组 连接。此外，每只晶体管的栅极作为所述三相桥式逆变器12的一个控制输入端，连接所述控 制器17的输出端。
[0023] 本实施例中，所述控制器17包括:初始值设定器171，(：1&4变换器172，？&4变换器 173,两个减法器174、175,两个PID调节器176、177，反?&迚变换器178以及3￥?￥1脉冲调制器 179;所述Clark变换器172的输入端连接所述三个电流传感器14、15、16的输出端，所述 Clark变换器172的输出端连接所述Park变换器173的输入端，所述Park变换器173的输出端 和所述初始值设定器171的输出端均分别连接至两个减法器174、17 5的输入端，减法器174 的输出端连接到PID调节器176的输入端，减法器175的输出端连接到PID调节器177的输入 端，PID调节器176、177的输出端均连接至所述反Park变换器178的输入端，所述反Park变换 器178的输出端连接至所述SVPTO1脉冲调制器179的输入端，所述SVPWM脉冲调制器179的输 出端分别连接三相桥式逆变器12的6个M0S管的栅极（即三相桥式逆变器12的控制端），从而 控制相应的M0S管导通。
[0024]基于图1所示的检测装置，配合图2所示，本发明一种无刷直流电机霍尔相序的检 测方法包括如下步骤：
[0025] (1)设定无刷直流电机10的定子的A、B、C三相绕组的电流在转子磁极d轴上的给定 分量ζ _=〇_.，在转子磁极q轴上的给定分量为额定电流值_=心.，转子磁极d轴相对定子A相绕 组α轴的转子空间位置角θ = -90°，利用分别连接在A相绕组、B相绕组、C相绕组中的电流传 感器14、15、16测得A相绕组的电流实际值iA、B相绕组的电流实际值i B、C相绕组的电流实际 值ic，将A、B、C三相绕组的实际电流值iA、iB、ic通过Clark变换器172中相应的Clark变换得 到i a和ie，再经过Park变换器173中的Park变换而得到三相绕组电流在转子磁极d轴上的实 际分量id以及在转子磁极q轴上的实际分量i q，通过减法器174将在转子磁极d轴上的给定分 量?与实际分量id作差送入一个PID调节器176得到ud，通过减法器175将在转子磁极q轴上 的给定分量ξ与实际分量i q作差送入另一 PID调节器177得到uq，将差值ud以及uq通过反Park 变换器的反Park变换得到A相绕组α轴所需的电压分量ua以及A相绕组β轴所需的电压分量 即，将u a、uf!送入到SVPWM脉冲调制器产生相应PWM脉冲送入三相桥式逆变器12,控制三相桥 式逆变器12相应的MOS管导通时间，使三相绕组电流在转子磁极d轴上的实际分量id以及在 转子磁极q轴上的实际分量i q分别跟随给定分量?和:(。此时在相应磁场力的作用下，无刷直 流电机10转子定位到Α相绕组位置，通过电平检测器18检测霍尔传感器13的3条信号线的输 出电平数值，输出低电平信号的信号线即为A相霍尔信号线；
[0026] (2)设定无刷直流电机10的定子的A、B、C三相绕组的电流在转子磁极d轴上的给定 分量（在转子磁极q轴上的给定分量为额定电流值< =4，转子磁极d轴相对定子A相绕 组α轴的转子空间位置角θ = 30°，利用分别连接在A相绕组、B相绕组、C相绕组中的电流传感 器14、15、16测得A相绕组的电流实际值iA、B相绕组的电流实际值i B、C相绕组的电流实际值 ic，将A、B、C三相绕组的实际电流值仏^通过(：1&冰变换器172中相应的(：1&4变换得到。 和ie，再经过Park变换器173中的Park变换而得到三相绕组电流在转子磁极d轴上的实际分 量id以及在转子磁极q轴上的实际分量i q，通过减法器174将在转子磁极d轴上的给定分量< 与实际分量id作差送入一个PID调节器176得到 Ud，通过减法器175将在转子磁极q轴上的给 定分量€与实际分量iq作差送入另一 PID调节器177得到uq，将差值ud以及uq通过反Park变换 器的反Park变换得到A相绕组α轴所需的电压分量u a以及A相绕组β轴所需的电压分量ue，将 ua、uf!送入到SVPWM脉冲调制器产生相应PWM脉冲送入三相桥式逆变器12,控制三相桥式逆变 器12相应的M0S管导通时间，使三相绕组电流在转子磁极d轴上的实际分量id以及在转子磁 极q轴上的实际分量i q分别跟随给定分量G和<。此时在相应磁场力的作用下，无刷直流电 机10转子定位到B相绕组位置，此时，再通过电平检测器检测霍尔位置传感器的3条信号线 输出的电平数值，输出低电平信号的信号线即为B相霍尔信号线；
[0027] (3)通过以上步骤确定了 A相霍尔信号线和B相霍尔信号线后，剩余的1条霍尔信号 线即为C相霍尔信号线。
[0028]需要说明的是，由于在本实施例中首先判断A相霍尔信号线和B相霍尔信号线，因 此在步骤(1)和(2)中分别设置转子磁极d轴相对定子A相绕组α轴的两个不同的转子空间位 置角，在实际操作中可以首先判断任意两条霍尔信号线，只需设置转子磁极d轴相对定子A 相绕组α轴的两个相应的不同的转子空间位置角即可，不以本实施例为限。
[0029]综合上述，本发明的无刷直流电机霍尔相序的检测方法，步骤简单，整个过程无需 改变任何接线，能够有效防止乱接线导致的无刷直流电机堵转烧坏，将无刷直流电机等效 为普通直流电机，控制简单；引入电流闭环控制，采用给定额定电流值，既可防止无刷直流 电机在接有负载时实际电流值不足、转子力矩不够无法定位的情况，又可防止实际电流值 过大定子绝缘层被烧坏，大大提高了检测方法的可靠性。
[0030]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
【主权项】
1. 一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 定义无刷直流电机的定子三相绕组分别为A、B、C相绕组，分别与三相桥式逆变器的 3个输出端连接，设定无刷直流电机三相绕组的电流给定值以及转子磁极d轴相对A相绕组α 轴的一转子空间位置角，测量三相绕组的电流实际值，并通过相应的Clark变换和Park变换 得到三相绕组变换后的电流实际值，将所述电流给定值与所述变换后的电流实际值作差， 得到的差值依次经过PID调节、反Park变换、SVPWM脉冲调制后输出，以控制所述三相桥式逆 变器中相应MOS管的导通时间，使得所述变换后的电流实际值跟随所述电流给定值，在磁场 力的作用下使得转子定位到所述A相绕组，通过检测霍尔传感器各条信号线输出的电平高 低从而确定相应的A相霍尔信号线； (2) 再设定无刷直流电机三相绕组的电流给定值以及转子磁极d轴相对定子A相绕组α 轴的另一转子空间位置角，测量三相绕组的电流实际值，并通过相应的Clark变换和Park变 换得到所述三相绕组变换后的电流实际值，将所述电流给定值与所述变换后的电流实际值 作差，得到的差值依次经过PID调节、反Park变换、SVPWM脉冲调制后输出，以控制所述三相 桥式逆变器中相应MOS管的导通时间，使得所述变换后的电流实际值跟随所述电流给定值， 在磁场力的作用下使得转子定位到所述B相绕组，通过检测霍尔传感器各条信号线输出的 电平高低从而确定相应的B相霍尔信号线； (3) 通过（1)和(2)步骤分别确定了 A相霍尔信号线和B相霍尔信号线后，剩余的1条霍尔 信号线即为C相霍尔信号线。2. 如权利要求1所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (1)中，所述电流给定值在转子磁极d轴上的给定分量为0,在转子磁极q轴上的给定分量为 额定电流值，所述转子磁极d轴相对定子A相绕组α轴的所述转子空间位置角为-90°;所述变 换后的电流实际值包括在所述转子磁极d轴上的实际分量以及在所述转子磁极q轴上的实 际分量。3. 如权利要求2所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (1)中，利用电流传感器分别测量所述A、B、C相绕组的电流实际值;利用减法器分别将在所 述转子磁极d轴、q轴上的电流给定分量与电流实际分量作差;利用电平检测器检测霍尔传 感器的各条信号线上输出的电平数值。4. 如权利要求3所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (1) 中，所述霍尔传感器的各条信号线中，输出低电平信号的信号线即为A相霍尔信号线。5. 如权利要求1所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (2) 中，所述电流给定值在所述转子磁极d轴上的给定分量为0，在所述转子磁极q轴上的给 定分量为额定电流值，所述转子磁极d轴相对定子A相绕组α轴的所述另一转子空间位置角 为30°;所述变换后的电流实际值包括在所述转子磁极d轴上的实际分量以及在所述转子磁 极q轴上的实际分量。6. 如权利要求5所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (2)中，利用电流传感器分别测量所述A、B、C相绕组的电流实际值;利用减法器分别将在所 述转子磁极d轴、q轴上的电流给定分量与电流实际分量作差;利用电平检测器检测霍尔传 感器的各条信号线输出的电平数值。7. 如权利要求6所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测方法，其特征在于:所述步骤 (2)中，所述霍尔传感器的各条信号线中，输出低电平信号的信号线即为B相霍尔信号线。8. -种实现如权利要求1所述无刷直流电机霍尔相序的检测方法的检测装置，用于检 测无刷直流电机中霍尔传感器的三相信号线的输出顺序;其特征在于:所述装置包括直流 电源、三相桥式逆变器、霍尔传感器、三个电流传感器、控制器和电平检测器，其中，直流电 源与三相桥式逆变器并联，三相桥式逆变器的输出端连接无刷直流电机的A、B、C三相绕组， 霍尔传感器的输入端连接所述无刷直流电机的定子，而霍尔传感器的输出端连接电平检测 器;三个电流传感器的输入端分别连接在无刷直流电机的A相绕组、B相绕组和C相绕组中， 输出端则分别连接控制器;所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管的栅 极，从而控制相应的MOS管导通。9. 如权利要求8所述的一种无刷直流电机霍尔相序的检测装置，其特征在于:所述控制 器包含有初始值设定器、Clark变换器、Park变换器、两个减法器、两个PID调节器、反Park变 换器以及SVPWM脉冲调制器;所述Clark变换器的输入端均连接所述三个电流传感器的输出 端，所述Cl ark变换器的输出端连接所述Park变换器的输入端，所述Park变换器的输出端和 所述初始值设定器的输出端均连接至所述两个减法器的输入端，所述两个减法器的输出端 分别连接到相应的PID调节器的输入端，所述两个PID调节器的输出端均连接至所述反Park 变换器的输入端，所述反Park变换器的输出端连接至所述SVPWM脉冲调制器的输入端，所述 SVPWM脉冲调制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管的栅极。
【文档编号】G01R29/18GK105974213SQ201610296677
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】魏海峰, 韦汉培, 张懿, 夏俭辉, 缪维娜, 陈椒娇
【申请人】江苏科技大学