专利名称：电机控制中转子位置观测的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电机控制中转子位置的观测与控制方法和装置，特别是具有转子位置检测及角度计算的方法及装置，具体是一种在矢量控制中对转子角度信息进行精确观测的方法和装置。本发明可以提高电机的运行性能，并且加入了转子加速度的计算方法，提高了电机响应速度，对简化矢量控制控制程序，降低硬件成本具有重要意义。
背景技术：
随着技术更新的步伐逐渐加快，人们对电机控制性能的要求也越来越高，传统的电机控制方式已经渐渐不能满足人们的生产、生活需要，而矢量控制技术因其良好的控制性能已成为电机控制的首选技术。在矢量控制技术的实现过程中，最关键的因素在于对转子位置角的精确测量及计算，传统方式通过光电编码器或旋转变压器虽然能达到比较好的位置测量效果，但是却存在着成本过高，程序开销过大的缺点，对控制芯片性能与系统成本提出了较高的要求。影响矢量控制性能的因素主要有初始角的确定，角速度计算，加减速波动等原因。 由矢量控制D-Q解耦公式
权利要求
1.一种电机控制中转子位置的观测与控制方法，其特征在于它包括下述的步骤1)采用霍尔位置传感器检测电机转子初始位置，霍尔位置传感器根据转子所处位置不同会有高低电平两种状态，利用三个霍尔传感器便可得到电机转子对应的六个状态；霍尔位置传感器的输出状态经过一级光耦隔离，滤除噪声，将正确的状态传入MCU，即能检测出转子的初始位置，为下一步电机启动后计算电机转子位置角提供初始角度；2)电机启动过程中实时监测每个霍尔状态的持续时间进而决定霍尔所占的实际电角度，有了这一角度值，进入矢量运行时便可对转子进行精确定位；通过每一霍尔状态持续时间以及此相霍尔状态所占电角度既可判断此时的转子速度，进而可以计算两个霍尔状态之间的转子位置θ ；3)电机矢量控制运行时，加入转子角度判断程序，当转子角度达到当前霍尔相极限，及时将转子角度钳制在当前霍尔相最大值，防止转子角度超前量过大，直到下一相转子定位信号到达时再转入正常程序运行；当电机反转时，要加入检测反转时机的控制算法，即实时判断每一相霍尔状态持续时间，直到有一相霍尔状态持续时间达到要求值，此时再将程序转入反转运行。4)当电机霍尔故障时，通过故障霍尔的霍尔状态可提取仍然正确的转子位置，进而通过改变程序运行方式可以保证电机继续正常运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电机转子对应的状态是通过移相控制的方式确定转子与霍尔传感器的位置对应关系，即六个状态全部确定后将电机静止在某一通电状态，根据所对应的霍尔读数调节霍尔盘，使转子位置位于霍尔读数所代表的电角度的中间位置，这样控制电机的正反转就可确定下来。
3.—种权利要求1所述的方法使用的转子位置观测器装置，其特征在于包括霍尔位置传感器与检测电路，霍尔盘由三个霍尔元件组成，霍尔元件采用120°放置，构成的霍尔盘输出的三个信号，分别输入三个光耦，经光耦隔离后输入MCU的I/O端口，进行数据处理。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的转子位置观测器有两种形式嵌入到电机控制器中，成为带有转子位置观测器的电机控制器，或是转子位置观测器。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的独立的转子位置观测器的MCU受电机控制器的MCU控制。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的带有转子位置观测器的电机控制器中，转子位置观测器使用电机控制器的MCU。
全文摘要
本发明涉及一种电机控制中转子位置的观测与控制方法和装置。它能对电机转子初始位置角进行观测；通过软件进行在线辨识，消除因霍尔传感器安装角度不精确引起的角度误差；提供实时速度检测程序，消除因角速度ω不精确引起的角度积累误差；当电机在矢量控制运行过程中精确跟踪转子位置角，防止转子角度溢出，实现反转时机的自检测；当某个传感器出现故障时，系统能够自己判断出故障点，并进行自适应达到依旧能正常运行的功能。本发明减少对硬件电路的依赖，能实现对转子位置角的观测及实时跟踪，其故障判断的功能可用于保护电机，防止电机堵转或者跑飞造成损失，对电动汽车、精密机床领域具有很大的实用价值。本发明运行可靠、成本低、适用面广。
文档编号H02P21/14GK102347726SQ20111027297
公开日2012年2月8日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者李练兵, 赵昭, 赵治国 申请人:河北工业大学