本发明属于电机控制以及电力电子领域，具体涉及的是一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，是线性霍尔在电机应用中控制技术的创新。
背景技术：
无刷直流电机是一种新型的机电一体化电机，不仅结构简单、运行可靠、维护方便，还具有起动转矩大、效率高、寿命长、调速性能良好等优点，在医疗、家用电器、智能设备等各领域得到了广泛的应用。其中电机的转子位置的检测正确可靠，对缩短电机的启动时间和增加电机的启动成功率起到非常关键的作用。同时这些应用领域对电动机转子位置传感器的精度及可靠性的要求比较高。现有技术中，无刷直流电动机的位置检测装置有：离散霍尔传感器、线性霍尔传感器，旋转变压器。离散霍尔传感器在一个电角度周期提供六个位置，位置精度低，采用此位置检测装置，电机转矩脉动大、速度计算精度低。旋转变压器可靠性及位置检测精度都很高，但其同样价格昂贵，且解码算法复杂，需要采用硬件芯片解码，虽然电路简单，但解码芯片价格昂贵。线性霍尔传感器一般都是1路，2路或者3路，采用一个线性霍尔所产生的电压信号来看，在一个正弦波信号周期内，同一电压值将对应两个角度值，而无法直接获得转子的位置信号，然而两路霍尔或者三路霍尔虽然可以获取转子位置信号，但是其输出的精度不够高，不能实现对永磁同步电机速度和电流的精确控制。
现有技术中，无刷直流电动机的位置检测装置有：离散霍尔传感器、线性霍尔传感器，旋转变压器。离散霍尔传感器在一个电角度周期提供六个位置，位置精度低，采用此位置检测装置，电机转矩脉动大、速度计算精度低。旋转变压器可靠性及位置检测精度都很高，但其同样价格昂贵，且解码算法复杂，需要采用硬件芯片解码，虽然电路简单，但解码芯片价格昂贵。线性霍尔传感器一般都是1路，2路或者3路，采用一个线性霍尔所产生的电压信号来看，在一个正弦波信号周期内，同一电压值将对应两个角度值，而无法直接获得转子位置的电压信号，然而两路霍尔或者三路霍尔虽然可以获取转子位置信号，但是其输出的精度不够高，不能实现对永磁同步电机速度和电流的精确控制。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，可以在电机转子位置检测的应用里，准确的测量转子的每一个位置，保证了测量转子位置信号的精度，实现对永磁同步电机速度和电流的精确控制。保证了低速控制的准确性能。
本发明的技术解决方案是：一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正系统，包括主控单元，驱动单元，电机单元以及信号处理单元；
所述的电机单元包括安装电机定子上用于检测所述正弦空间磁场的5个线性霍尔元件；根据控制精度要求，选择其中的2个、3个或者全部与信号处理单元连接；
线性霍尔元件分别实时输出不同区间不同电角度的表示转子位置的电压信号输送至信号处理单元；
信号处理单元对接收的表示转子位置的电压信号进行滤波处理以及电压幅值调整，之后发送至主控单元；
主控单元根据接收的信号计算所述电机转子的位置，进一步进行滤波及补偿校正后产生电机驱动信号至驱动单元；
所述的驱动单元将电机驱动信号进行放大隔离后输送至电机。
进一步的，5个线性霍尔元件中3个线性霍尔元件以互差120度的电角度方式分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组；另外两个线性霍尔相差90度的电角度分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组。
进一步的，信号处理单元包括滤波电路和调压电路；其中滤波电路包括运算放大器u1a,u1b,u2a,u2b，电阻r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7，电容c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c9,c10；电感l1,l2,l3；
电压uin串联电阻r1、r2后接入u1a的反向输入端，电容c2、电感l1的一端均接入电阻r1、r2的公共端，其中电容c2的另一端接入u1a的正向输入端，电感l1的另一端接入u1a的输出端，电容c1一端接入u1a的反向输入端，另一端接入u1a的输出端；
u1a的输出端依次串联电容c4、c5后接入u1b的反向输入端，电阻r3、电容c3的一端均接入电容c4、c5的公共端，其中电阻r3的另一端接入u1b的正向输入端，电容c3的另一端接入u1b的输出端，电阻r4一端接入u1b的反向输入端，另一端接入u1b的输出端；
u1b的输出端依次串联电感l2、l3后接入u2a的反向输入端，电阻r5、电容c6的一端均接入电感l2、l3的公共端，其中电阻r5的另一端接入u2a的输出端，电容c6的另一端接入u2a的正向输入端，电容c7一端接入u2a的反向输入端，另一端接入u2a的输出端；
u2a的输出端依次串联电容c8、c10后接入u2b的反向输入端，电阻r6、电容c9的一端均接入电容c8、c10的公共端，其中电阻r6的另一端接入u2b的正向输入端，电容c9的另一端接入u2b的输出端，电阻r7一端接入u2b的反向输入端，另一端接入u2b的输出端；
上述运算放大器u1a,u1b,u2a,u2b的正向输入端均接地。
进一步的，当其中一组线性霍尔元件与信号处理单元连接时，主控单元针对计算得到的电机转子的位置信息进行滤波然后将滤波后的结果与预先存储的数组进行比对，确定补偿系数，利用补偿系数对滤波后的结果进行补偿，补偿后的结果与计数比较值进行比较得到电机驱动信号。
进一步的，预先存储的数组形式为{a1，a2，a3，a4，a5…….ai},系数k＝ai/bi，bi滤波后的结果，k可以取±5％的余量，作为补偿系数与bi相乘作为补偿后的结果。
进一步的，当5个线性霍尔元件与信号处理单元连接时，主控单元首先将接收的信号处理单元处理后的电压信号对应的相角值结合滤波过程中产生的延迟相角进行平均滤波处理，得到5路精确的转子位置；
以其中一组线性霍尔元件对应的精确转子位置为主要控制对象，将每个相角值对应的电压信号与理论范围进行比对，将超出理论范围的电压值利用另外一组线性霍尔元件对应的精确转子位置中相同相角值对应的电压值进行补偿，得到补偿后的电压值，补偿后的电压值与计数比较值进行比较得到电机驱动信号。
进一步的，对补偿后的电压值先进行2,3次谐波补偿，之后与计数比较值进行比较。
进一步的，根据采集的电机三相电流的波形图是否满足预设的精度，若满足，则停止谐波补偿，否则依次进行5次以上的谐波补偿，直至上述波形图满足预设的精度。
进一步的，每路精确的转子位置计算公式如下：
式中：
本发明方法技术方案是：一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正方法，步骤如下：
(1)在电机定子上安装用于检测所述正弦空间磁场的5个线性霍尔元件；其中3个线性霍尔元件以互差120度的电角度方式分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组；另外两个线性霍尔相差90度的电角度分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组；
(2)对线性霍尔元件分别实时输出不同区间不同电角度的表示转子位置的电压信号进行滤波、电压幅值调整处理；
(3)根据对控制精度、控制算法或控制对象个数的要求选择控制模式，当选择的控制模式为步骤(1)中任一组对应的霍尔个数，则转步骤(4)，当选择控制模式为5个霍尔模式时，转步骤(5)；
(4)根据对应线性霍尔元件步骤(2)处理后的数据计算电机转子的位置信息并进行滤波，将滤波后的结果与预先存储的数组进行比对，确定补偿系数，利用补偿系数对滤波后的结果进行补偿，补偿后的结果与计数比较值进行比较得到电机驱动信号，转步骤(6)；
(5)将步骤(2)处理后的电压信号对应的相角值结合滤波过程中产生的延迟相角进行平均滤波处理，得到5路精确的转子位置；以其中一组线性霍尔元件对应的精确转子位置为主要控制对象，将每个相角值对应的电压信号与理论范围进行比对，将超出理论范围的电压值利用另外一组线性霍尔元件对应的精确转子位置中相同相角值对应的电压值进行补偿，得到补偿后的电压值，补偿后的电压值与计数比较值进行比较得到电机驱动信号，转步骤(6)；
(6)将电机驱动信号进行放大隔离后输送至电机，转步骤(2)进行闭环控制。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，实现了对电机转子位置精确的检测，提高了采集精度和准确性。
(2)本发明采用一种多路线性霍尔代替了原有的旋转变压器、编码器等测试器件，安装方便、结构简单，降低了研发的成本和研发周期。
(3)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测技术，实现了低速时电机的可靠的控制，降低了外界环境对电机转子输出的干扰、提高了对电机的控制精度。
(4)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测技术，减少了因不能完全正交而引起的检测误差，提高了霍尔的输出精度。
(5)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测技术，减少了因霍尔安装而引起的位置误差，提高了转子位置信号的输出精度，有利于控制。
(6)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，减少了因检测电路而引起的测量误差，提高了输入到中央处理器的数值精度，有利于数据处理。
(7)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，增加新的优化算法，提高了数据处理的精确度，保证了电机控制的可靠性。
(8)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，增加新的补偿校正算法，弥补了硬件检测中出现的误差，保证了电机控制的可靠性、准确性。
(9)本发明采用一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正技术，可以根据不同的应用场合选择不同的控制模式，满足了不同应用场合的需要，提高了使用性能。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明滤波电路图；
图3为本发明补偿校正流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作详细说明。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明涉及一种多路线性霍尔转子位置检测以及补偿矫正系统，如图1所示，该方法中主要由主控单元，驱动单元，电机单元以及信号处理单元组成。其中多路线性霍尔位置检测传感器集成在电机单元里，信号处理单元主要包括多次带通滤波电路以及调压电路；主控单元主要是中央处理器内部的滤波补偿校正算法所组成，驱动单元主要是用于电机的运动控制信号的发送。
本例中多路线性霍尔位置检测传感器为5路线性霍尔元件组成，其中3个线性霍尔元件以互差120度电角度的方式分布在转轴垂直的平面上的圆周上；所述的检测装置另外两个线性霍尔相差90度电角度的方式分布在转轴垂直的平面上的圆周上。3个线性霍尔元件中依次相邻布置的第一线性霍尔元件、第二线性霍尔元件和第三线性霍尔元件分别输出不同区间不同电角度的电压值，同时两个相差90度电角度的第四线性霍尔与第五线性霍尔也可以输出一组电压值。使用过程中，根据控制精度要求，选择其中的2个(相差90度电角度布置的)、3个或者全部与信号处理单元连接，5个线性霍尔相互配合，确保每个位置点都有一个准确的电压值输出，有利于对电机的控制；线性霍尔元件分别实时输出不同区间不同电角度的表示转子位置的电压信号输送至信号处理单元；信号处理单元对接收的表示转子位置的电压信号进行滤波处理以及电压幅值调整，之后发送至主控单元；主控单元根据接收的信号计算所述电机转子的位置，进一步进行软件滤波(例如均方根滤波、中值滤波)及补偿校正后产生电机驱动信号至驱动单元；所述的驱动单元将电机驱动信号进行放大隔离后输送至电机。
本发明通过硬件电路的滤波采集处理，减少高频信号对采集信号的影响，同时对采集信号进行调压处理，调整为适合中央处理器采集的信号。进入中央处理器的信号有大量的谐波，如果不对之进行预处理就直接进行位置解算，这样得到的位置信号将产生很大误差。
所述的硬件滤波电路为图2所示多次带通滤波电路图。此电路主要包括运算放大器u1a,u1b,u2a,u2b，电阻r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7，电容c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c9,c10；电感l1,l2,l3。电压uin串联电阻r1、r2后接入u1a的反向输入端，电容c2、电感l1的一端均接入电阻r1、r2的公共端，其中电容c2的另一端接入u1a的正向输入端，电感l1的另一端接入u1a的输出端，电容c1一端接入u1a的反向输入端，另一端接入u1a的输出端；
u1a的输出端依次串联电容c4、c5后接入u1b的反向输入端，电阻r3、电容c3的一端均接入电容c4、c5的公共端，其中电阻r3的另一端接入u1b的正向输入端，电容c3的另一端接入u1b的输出端，电阻r4一端接入u1b的反向输入端，另一端接入u1b的输出端；
u1b的输出端依次串联电感l2、l3后接入u2a的反向输入端，电阻r5、电容c6的一端均接入电感l2、l3的公共端，其中电阻r5的另一端接入u2a的输出端，电容c6的另一端接入u2a的正向输入端，电容c7一端接入u2a的反向输入端，另一端接入u2a的输出端；
u2a的输出端依次串联电容c8、c10后接入u2b的反向输入端，电阻r6、电容c9的一端均接入电容c8、c10的公共端，其中电阻r6的另一端接入u2b的正向输入端，电容c9的另一端接入u2b的输出端，电阻r7一端接入u2b的反向输入端，另一端接入u2b的输出端；
上述运算放大器u1a,u1b,u2a,u2b的正向输入端均接地。
此电路是用于对采集的霍尔信号中高频信号进行有效的滤波。与以往不同的是，本发明采用的多阶带通滤波方式，同时放弃了单一的rc滤波和lc滤波，而是把rc、lc结合在一起使用，有效的滤除高频杂波以及低频杂波，对转子位置的检测，有更高的精度。所述的电阻应该为高精度电阻，电阻电容电感的值应该符合截止频率的要求，运算放大器为低零漂放大器。uout＝h(s)*vin，其中uout为采集信号的输出，h(s)为多级滤波函数，vin为霍尔传感器的输出。
所述的信号处理单元还包括调压电路，主要是用于把采集信号的输出转化成主控单元所需的电压范围，同时为了提高精度，本发明中采用外置的ad采集芯片，作为模拟量的采集。
当其中一组线性霍尔元件(即上述2个霍尔元件或者3个霍尔元件)与信号处理单元连接时，主控单元针对计算得到的电机转子的位置信息进行滤波然后将滤波后的结果与预先存储的数组进行比对，确定补偿系数，利用补偿系数对滤波后的结果进行补偿，补偿后的结果与计数比较值进行比较得到电机驱动信号。上述预先存储的数组{a1，a2，a3，a4，a5…….ai},通过此数组中的数值可以描绘出一个理论的无偏差的正弦输出波形图，滤波之后的结果与数组的数进行比对，得出一个系数k，k＝ai/bi，bi滤波后的结果，k可以取±5％的余量，作为补偿系数与bi相乘，得到精确度高的结果。
当5个线性霍尔元件与信号处理单元连接时，主控单元首先将接收的信号处理单元处理后的电压信号对应的相角值结合滤波过程中产生的延迟相角进行平均滤波处理，得到5路精确的转子位置；
由于滤波的存在，此时的5路信号都有一个相位的延迟，所以在软件设计中需要对延时角度进行补偿，软件中加入了采集信号的相角以及延迟相角的平均滤波算法，计算出一个平均的角度，加上延迟测量角度中，得出一个精确的转子位置。
式中：
以其中一组线性霍尔元件对应的精确转子位置为主要控制对象，将每个相角值对应的电压信号与理论范围进行比对，将超出理论范围的电压值利用另外一组线性霍尔元件对应的精确转子位置中相同相角值对应的电压值进行补偿，得到补偿后的电压值，补偿后的电压值与计数比较值进行比较得到电机驱动信号。
5个线性霍尔模式中，通过谐波补偿，减小了谐波分量，有利于电机能效的利用。具体的对补偿后的电压值先进行2,3次谐波补偿，根据采集的电机三相电流的波形图是否满足预设的精度，若满足，则停止谐波补偿，之后与计数比较值进行比较。否则依次进行5次以上的谐波补偿，直至上述波形图满足预设的精度后与计数比较值进行比较。
本发明补偿校正技术，主要是用于对滤波电路中产生的信号进行补偿，同时可以根据自己的实际需求，采集不同的信号，也可以结合两种信号进行滤波处理，精确度更高。如图3所示软件补偿校正流程图，用户可以根据不同的需要，选择中央处理器以及霍尔传感器的模式，然后进行数据处理，系统对处理后的信息进行比对，看计算的精度是否符合实际的需要，如果符合就输出相应的驱动信号，驱动电机转动，如果不符合就进行信号再处理，直到符合要求为止。所述的软件算法中主要集成了三种模式的算法，其中包括2个线性霍尔模式，3个线性霍尔模式以及5个线性霍尔模式。每种模式都对应相应的算法，每种算法都对采集的信号进行补偿校正。本发明中5个线性霍尔模式是算法最全，且计算精度最高的模式，也是多路线性霍尔检测转子位置点精华，此模式结合了2个线性霍尔模式和3个线性霍尔模式，对5路霍尔采集的信号进行一系列如平滑滤波、相位补偿、数值分析等处理，使测量的数据更加准确，输出的数据精度更高，有利于在低速以及其他速度的位置检测，提升了电机的控制精度。具体方法步骤可描述如下：
(1)在电机定子上安装用于检测所述正弦空间磁场的5个线性霍尔元件；其中3个线性霍尔元件以互差120度的电角度方式分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组；另外两个线性霍尔相差90度的电角度分布在转轴垂直的平面上的圆周上作为一组；
(2)对线性霍尔元件分别实时输出不同区间不同电角度的表示转子位置的电压信号进行滤波、电压幅值调整处理；
(3)根据对控制精度、控制算法或控制对象个数的要求选择控制模式，当选择的控制模式为步骤(1)中任一组对应的霍尔个数，则转步骤(4)，当选择控制模式为5个霍尔模式时，转步骤(5)；
(4)根据对应线性霍尔元件步骤(2)处理后的数据计算电机转子的位置信息并进行滤波，将滤波后的结果与预先存储的数组进行比对，确定补偿系数，利用补偿系数对滤波后的结果进行补偿，补偿后的结果与计数比较值进行比较得到电机驱动信号，转步骤(6)；
(5)将步骤(2)处理后的电压信号对应的相角值结合滤波过程中产生的延迟相角进行平均滤波处理，得到5路精确的转子位置；以其中一组线性霍尔元件对应的精确转子位置为主要控制对象，将每个相角值对应的电压信号与理论范围进行比对，将超出理论范围的电压值利用另外一组线性霍尔元件对应的精确转子位置中相同相角值对应的电压值进行补偿，得到补偿后的电压值，补偿后的电压值与计数比较值进行比较得到电机驱动信号，转步骤(6)；
(6)将电机驱动信号进行放大隔离后输送至电机，转步骤(2)进行闭环控制。
方法中未进一步详细说明的部分可以参照上述系统中的相关描述，此处不进行赘述。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。