专利名称：使用霍尔传感器的车用永磁同步电机控制方法
技术领域：
本发明属于机电领域，具体涉及一种车用永磁同步电机控制方法。
技术背景车用动力电机系统是专门为混合动力汽车设计的提供动力的系统。车用动力 电机系统的开发是未来汽车动力系统、供电系统以及解决燃油污染问题等的技术 革新的关键。而动力电机控制器是整个混合动力汽车系统中最为关键的部件。由 于混合动力汽车的比较复杂的工况和启动时的大扭矩要求，对电机及其控制器的 要求有比较高的控制精度、快速的响应速度和能够迅速的在电动和发电的工况下 迅速切换并具备大的转速范围。这些要求使用永磁同步电机作为混合动力汽车的 动力电机。永磁同步电机的控制器要求通过传感器得到电机的实际运行电角度，现在比 较普遍的方法是通过旋转编码器或旋转变压器得到电机的实际运行电角度，以通过旋转编码器得到电机的实际运行电角度电机控制器(一般釆用DSP)计算实 际电角度最为方便(因为一般用于电机控制的DSP都有相应的硬件电路)，而采 用旋转变压器也可以通过硬件电路得到和旋转编码器相同的信号。但是旋转编码 器是采用光电形式的传感器，比较娇气不太适合汽车的比较恶劣的工作环境，现 在汽车上大多采用旋转变压器的方案，而旋转变压器的价格还要高，而且还要采 用硬件电路将旋转编码器的信号转换场旋转编码器的信号，硬件电路的价格也比 较高。总之采用旋转变压器是现在混合动力汽车动力电机比较常用的方案，整体 成本在3000RMB左右。以上只是用与单轴端使用的电机，如果采用电机、内燃机和变速器同轴的方 案不可能采用旋转编码器的方案，只能采用旋转变压器的方案，而如果是混合动 力轿车(电机功率比较小，电机轴比较细)还可以采用旋转变压器的方案。如果 是混合动力客车(电机功率比较大，电机轴比较粗)，采用旋转变压器的方案也 比较困难，而且成本会非常高。采用霍尔传感器得到电机运行时相邻60度的精确电角度，采用数字锁相环 技术计算出60度之内的精确的角度或采用基于观测器的方法或kalman滤波器 的方法得到60度之内精确角度，并利用霍尔传感器得到的精确的相差60度的 信号对数字锁相环技术得到精确的角度或采用基于观测器的方法或kalman滤波器的方法得到精确角度进行相邻60度的校正。在永磁电机运行时霍尔传感器只能得到60度分辨率的电角度。从霍尔传感 器得到的信号如图1所示；如果变换成控制用的角度信号如图2;而永磁同步电 机需要得到如图2所示的连续角度信号，由此可见，直接使用霍尔传感器作为角度信号只能满足永磁无刷电机的控制要求，满足不了永磁同步电机的控制要求。 发明内容本发明的目的是提供一种使用霍尔传感器的车用永磁同步电机控制方法，使 得使用霍尔传感器的车用永磁同步动力电机也能够得到电机运行的实际电角度的方法，并且电机低廉，使用可靠。本发明采取的技术方案是包括下列步骤一、 通过信号处理单元A将三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb, Sc处理变 成Cin的信号给单元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，该三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb， Sc的获得方法可以用以下几种方法 实现直接从霍尔传感器上得到电压信号，为了避免干扰信号的影响，可以采用数 字滤波器的方法滤除或采用RC滤波器，RC滤波器的时间常数RC<10倍Cin 的周期为了能达到快速的相应，采用中断的方法检测三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb， Sc。可以釆用上升沿触发中断，这时Sa的上升沿对应O度，Sb的上升沿 对应60度，Sc的上升沿对应120度。也可以常用双边沿触发中断，当Sa中断 时，上升沿或下降沿，Sb和Sc为低电平时对应O度，当Sb中断时，上升沿或 下降沿，Sa为高电平和Sc为低电平时对应60度，当Sc中断时，上升沿或下 降沿，Sb和Sc为高电平时对应120度；二、 采用鉴相器B将得到Cin和通过数字分频器的信号Cout的相位差信号 相减得到PDout信号，将该相位差信号送到数字滤波器C，具体采用的是数字 检相器的方法在得到O度信号后，控制一个脉宽调制器PWM，每一个PWM周期调整一 次PWM的频率，具体由数字滤波器C处理；当数字分频器D控制的定时器发生中断时，送到数字滤波器C处理；得到60度和120度的信号和0度的信号采用相同的处理方法；三、 采用数字滤波器C对相位差信号进行数字滤波，滤除高次谐波干扰， 并进行低通滤波，输出信号LFout给数字控制振荡器E;0度，60度，120度时的调整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn为新的输出频率，Fn为输出频率，Fn-1为上一次的输出频率；当数字分频器D控制的定时器发生中断时，PWM的频率按照如下公式 Fn = Fn-1 - k x Fn-1;四、 采用数字控制振荡器E，由数字滤波器C输出的信号控制一个数字频 率发生器，输出Out信号，具体来说就是一个PWM发生器，也就是在每一个 PWM周期内都可以调节一次频率的受控数字振荡器；五、 采用数字分频器D，将Out信号分频60或120给数字输出给数字鉴相 器B，对每一次的PWM的中断信号、即一个PWM周期，对计数器加1，直到 加到60或120次，产生一次中断信号给鉴相器B;六、 采用角度校正器F，通过Sa， Sb， Sc的上升沿，分别是0度，60度 和120度的角度信号，对Out的信号进行校准，得到正确的角度信号；当Sa的上升沿时，强制输出为0度，当Sb的上升沿时强制输出为60度， 当Sc的上升沿时强制输出为120度。本专利使用Sa， Sb， Sc三相霍尔传感器信号，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作为数字锁相环的输入的频率信号如图4。 Cin的信号输入数字锁相 环，锁相环采用60倍频就可以得到1度的分辨率，如果采用120倍频，就可以 得到0.5度的分辨率。再分别利用Sa， Sb， Sc的上升沿信号对角度输出信号进 行校准，也就是说每间隔60度对输出的角度进行一次校准。我们利用控制器(DSP)的高速运算能力，使用在永磁直流无刷电机中经常 用到的霍尔传感器，采用数字方法估算出电机的实际运行电角度。整体成本在 100元RMB以内，由于使用成熟技术可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低车用永磁同步电机控制器的成本，提高工作可靠性。
图1是在永磁电机运行时，从霍尔传感器得到的信号，霍尔传感器只能得到 60度分辨率的电角度。图2是变换成永磁同步电机控制用的角度信号图。图3是永磁同步电机需要得到的连续角度信号图。图4是使用Sa， Sb， Sc三相霍尔传感器信号，以Sa， Sb， Sc的上升沿 和下降沿作为数字锁相环的输入的频率信号图。图5是本发明控制装置结构示意图。
具体实施方式
一、通过信号处理单元A将三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb， Sc处理变 成Cin的信号给单元B，其中Cin=Sa-Sb+Sc，该三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb， Sc的获得方法可以用以下几种方法 实现直接从霍尔传感器上得到电压信号，为了避免干扰信号的影响，可以采用数 字滤波器的方法滤除或采用RC滤波器，RC滤波器的时间常数RC<10倍Cin 的周期为了能达到快速的相应，采用中断的方法检测三路霍尔传感器输入信号Sa， Sb， Sc。可以采用上升沿触发中断，这时Sa的上升沿对应O度，Sb的上升沿 对应60度，Sc的上升沿对应120度。也可以常用双边沿触发中断，当Sa中断 时(上升沿或下降沿)，Sb和Sc为低电平时对应O度，当Sb中断时(上升沿 或下降沿)，Sa为高电平和Sc为低电平时对应60度，当Sc中断时(上升沿或 下降沿)，Sb和Sc为高电平时对应120度；二、 采用鉴相器B将得到Cin和通过数字分频器的信号Cout的相位差信号 相减得到PDout信号，将该相位差信号送到数字滤波器C，具体采用的是数字 检相器的方法在得到O度信号后，控制一个脉宽调制器PWM，每一个PWM周期调整一 次PWM的频率，具体由数字滤波器C处理；当数字分频器D控制的定时器发生中断时，送到数字滤波器C处理；得到60度和120度的信号和0度的信号采用相同的处理方法；三、 采用数字滤波器C对相位差信号进行数字滤波，滤除高次谐波干扰， 并进行低通滤波，输出信号LFout给数字控制振荡器E;0度，60度，120度时的调整公式Fn = Fn-1+kxFn-1;其中fn为新的 输出频率，Fn为输出频率，Fn-1为上一次的输出频率；如图4: LFout;当数字分频器D控制的定时器发生中断时，PWM的频率按照如下公式 Fn = Fn-1-kxFn-1;如图4: LFout;四、 采用数字控制振荡器E，由数字滤波器C输出的信号控制一个数字频 率发生器，输出Out信号，具体来说就是一个PWM发生器，也就是在每一个 PWM周期内都可以调节一次频率(也就是PWM的中断频率)的受控数字振荡器；五、 采用数字分频器D，将Out信号分频60或120给数字输出给数字鉴相 器B，对每一次的PWM的中断信号、即一个PWM周期，对计数器加1，直到 加到60或120次，产生一次中断信号给鉴相器B;六、 采用角度校正器F，通过Sa, Sb， Sc的上升沿，分别是0度，60度 和120度的角度信号，对Out的信号进行校准，得到正确的角度信号；当Sa的上升沿时，强制输出为O度，当Sb的上升沿时强制输出为60度， 当Sc的上升沿时强制输出为120度。
权利要求
1、一种使用霍尔传感器的车用永磁同步电机控制方法，包括下列步骤一、通过信号处理单元A将三路霍尔传感器输入信号Sa，Sb，Sc处理变成Cin的信号给单元B，其中Cin＝Sa-Sb+Sc，该三路霍尔传感器输入信号Sa，Sb，Sc的获得方法可以用以下几种方法实现直接从霍尔传感器上得到电压信号，为了避免干扰信号的影响，可以采用数字滤波器的方法滤除或采用RC滤波器，RC滤波器的时间常数RC＜10倍Cin的周期为了能达到快速的相应，采用中断的方法检测三路霍尔传感器输入信号Sa，Sb，Sc。可以采用上升沿触发中断，这时Sa的上升沿对应0度，Sb的上升沿对应60度，Sc的上升沿对应120度。也可以常用双边沿触发中断，当Sa中断时，上升沿或下降沿，Sb和Sc为低电平时对应0度，当Sb中断时，上升沿或下降沿，Sa为高电平和Sc为低电平时对应60度，当Sc中断时，上升沿或下降沿，Sb和Sc为高电平时对应120度；二、采用鉴相器B将得到Cin和通过数字分频器的信号Cout的相位差信号相减得到PDout信号，将该相位差信号送到数字滤波器C，具体采用的是数字检相器的方法在得到0度信号后，控制一个脉宽调制器PWM，每一个PWM周期调整一次PWM的频率，具体由数字滤波器C处理；当数字分频器D控制的定时器发生中断时，送到数字滤波器C处理；得到60度和120度的信号和0度的信号采用相同的处理方法；三、采用数字滤波器C对相位差信号进行数字滤波，滤除高次谐波干扰，并进行低通滤波，输出信号LFout给数字控制振荡器E；0度，60度，120度时的调整公式Fn＝Fn-1+k×Fn-1；其中fn为新的输出频率，Fn为输出频率，Fn-1为上一次的输出频率；当数字分频器D控制的定时器发生中断时，PWM的频率按照如下公式Fn＝Fn-1-k×Fn-1；四、采用数字控制振荡器E，由数字滤波器C输出的信号控制一个数字频率发生器，输出Out信号，具体来说就是一个PWM发生器，也就是在每一个PWM周期内都可以调节一次频率的受控数字振荡器；五、采用数字分频器D，将Out信号分频60或120给数字输出给数字鉴相器B，对每一次的PWM的中断信号、即一个PWM周期，对计数器加1，直到加到60或120次，产生一次中断信号给鉴相器B；六、采用角度校正器F，通过Sa，Sb，Sc的上升沿，分别是0度，60度和120度的角度信号，对Out的信号进行校准，得到正确的角度信号；当Sa的上升沿时，强制输出为0度，当Sb的上升沿时强制输出为60度，当Sc的上升沿时强制输出为120度。
全文摘要
本发明涉及一种使用霍尔传感器的车用永磁同步电机控制方法，本发明使用Sa，Sb，Sc三相霍尔传感器信号，以Sa，Sb，Sc的上升沿和下降沿作为数字锁相环的输入的频率信号，Cin的信号输入数字锁相环。再分别利用Sa，Sb，Sc的上升沿信号对角度输出信号进行校准，也就是说每间隔60度对输出的角度进行一次校准。利用控制器(DSP)的高速运算能力，使用在永磁直流无刷电机中经常用到的霍尔传感器，采用数字方法估算出电机的实际运行电角度。整体成本在100元RMB以内，由于使用成熟技术可靠性也非常高。使用本方法可以大大降低车用永磁同步电机控制器的成本，提高工作可靠性。
文档编号H02P6/14GK101222197SQ200710300319
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者澄 朱, 田彦涛, 赵学枰, 炜 韩, 龚依民 申请人:吉林大学