一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法与流程

1.本发明属于霍尔电机驱动器换相控制技术领域，具体涉及一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法。


背景技术：

2.常见的开关型霍尔传感器呈现120
°
电气角度摆放，电机三相对应三个霍尔传感器，每一个霍尔一般超前该相90
°
放置。当磁场的南北磁极通过时，霍尔会呈现高低电平的变化，因此每个电周期每个霍尔有两个状态输出。三路霍尔的输出信号与转子位置区间的关系如图3所示。
3.传统的直流无刷驱动器检测霍尔的方式，就是根据电机实际装配的霍尔边沿来进行换相，当三个霍尔中的某个hall信号发生变化，mcu读到相应得 hall信号，就进行对应的六步换向中的一步打开mos管驱动电机运行，这就是传统的hall信号处理方式：存在的问题有：
4.1.如果hall安装机械夹角不是120度(霍尔安装位置与实际要求偏差较大)，电机运行时相电流就会出现长短交替的不均匀情况，对应的就是电机运行过程中电流偏大，发热严重，造成冲击振动；
5.2.低速时，hall信号较长时间不更新，存在失控的风险；
6.3.运行过程中可能存在抖动，hall信号数值正反切的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法，克服了现有技术的不足，采用速度计算模块增加了运行过程中的速度增量的处理，极大的增加了换相的参数的准确性，提高了加减速过程中控制的准确性；采用电角度求解模块将运算得到的电角度进行了约束，能够避免电机hall安装不对称问题，以免引起的换相时间不一致，造成冲击振动等异常；通过处理后的电角度，再通过电角度去计算换相参数就会避免边沿跳变和抖动的问题。
8.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
9.一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法，所述直流无刷有霍尔电机驱动器包括hall状态读取模块、速度求解模块、正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块、换相参数求解模块和换相控制模块，包括hall状态读取模块、速度求解模块，所述一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法具体包括如下步骤：
10.s1、hall状态读取模块通过读取直流无刷电机上安装的hall信号的高低电平，并将3个霍尔的6种状态处理成1-6这6个整数，以达到将360度电角度划分为6份的目的；
11.s2、如果hall状态读取模块读取到有霍尔状态更新或者在50ms仍然没有霍尔状态更新的情况下，将调用速度求解模块；
12.s3、在速度求解模块中将360度电角度划分为24份，速度求解模块将速度拆解为两部分求解，一部分是由霍尔切换一次中经历的程序运算周期个数获取的速度，另外一部分是由于加速产生的速度增量；
13.s4、将速度求解模块获得的两个部分的速度作为正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块这5个模块的输入以求解电角度；
14.s5、将使用正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块5个模块求解的电角度结果和24等分扇区进行交互判断，如果计算结果合理就通过，如果计算不合理就进行强制电角度给定；
15.s6、通过处理后的电角度，在换相参数求解模块获得六步换相的条件参数，最终作用于换相控制模块。
16.进一步，核心两个部分“速度求解模块”“电角度求解模块”进行具体阐述：
17.1、速度求解模块
18.第一部分的速度论述如下：
19.当前霍尔切换边沿所经过的控制周期个数为hall_countern；上一时刻hall 切换经过的控制周期个数为hall_counter
n-1
；通过霍尔求解的第一部分速度为：
20.hall_speed＝∫(hall_counter
n-hall_counter
n-1
)
21.第二部分速度论述如下：
22.本专利所述的换相控制方法是用于6步换相的控制方法，我们将一个电角度周期分为6份，以数值0(65535)、10922、21845、32767、43690、54612 作为6步的分界值，分别记为step
x
，x从1-6。
23.角速度求解如下：
[0024][0025]
对于单位时间内角速度可以表征为：
[0026]
ω＝virtual_electrical_angle-step
x
[0027]
ω'＝∫ω
n-ω
n-1
[0028]
速度增量采用ω'表征。
[0029]
2、电角度求解模块
[0030]
电角度的求解采用上述两个部分的速度共同决定：
[0031]
θ＝∫(hall_speed+ω')
[0032]
这里我们定义一个扇区，它是关于电角度的一个量，其取值在0-23之间的24个数：
[0033][0034]
这里我们将90度的电角度范围设置为不进行虚拟电角度优化的范围，比如step1[0035]
所属的范围为0-3扇区，我们对这一步内运算的电角度结果在0-5这6 个区域都不进行重新定义。对于电角度计算后落在6-13这8个扇区，本方法认为这是转子到达了下一步，如果计算的电角度落在14-23这片扇区，我们认为是出现滞后，本方法让然将这部分处
理为step1的发波方式。
[0036]
本专利所述的处理方法将step
1-step6，都处理出来有以下表格，见表1：
[0037]
表1
[0038][0039]
本发明与现有技术相比较，具有以下有益效果：
[0040]
1、传统的霍尔计算速度的方法都是通过对一次换相的载波周期个数获得，本专利采用速度计算模块增加了运行过程中的速度增量的处理，极大的增加了换相的参数的准确性，提高了加减速过程中控制的准确性；
[0041]
2、一般的换相算法是读到什么霍尔状态就进行换相处理，本专利的电角度求解模块将运算得到的电角度进行了约束，能够避免电机hall安装不对称问题，以免引起的换相时间不一致，造成冲击振动等异常；
[0042]
3、一般在低速情况下可能存在hall边沿跳变导致电机抖动问题，通过处理后的电角度，再通过电角度去计算换相参数就会避免边沿跳变和抖动的问题。
附图说明
[0043]
图1为一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法的步骤流程图。
[0044]
图2为一种新的控制处理hall的方法的步骤流程图。
[0045]
图3为三路霍尔的输出信号与转子位置区间的关系图。
[0046]
图4为实施例中扇区结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
实施例一
[0049]
如图1所示，本发明所述一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法，其特征在于：所述直流无刷有霍尔电机驱动器包括hall状态读取模块、速度求解模块、正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块、换相参数求解模块和换相控制模块，包括hall状态读取模块、速度求解模块，所述一种用于直流无刷有霍尔电机驱动器的换相控制方法具体包括如下步骤：
[0050]
s1、hall状态读取模块通过读取直流无刷电机上安装的hall信号的高低电平，并将3个霍尔的6种状态处理成1-6这6个整数，以达到将360度电角度划分为6份的目的；
[0051]
s2、如果hall状态读取模块读取到有霍尔状态更新或者在50ms仍然没有霍尔状态更新的情况下，将调用速度求解模块；
[0052]
s3、在速度求解模块中将360度电角度划分为24份，速度求解模块将速度拆解为两部分求解，一部分是由霍尔切换一次中经历的程序运算周期个数获取的速度，另外一部分是由于加速产生的速度增量；
[0053]
s4、将速度求解模块获得的两个部分的速度作为正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块这5个模块的输入以求解电角度；
[0054]
s5、将使用正转高速电角度求解模块、正转低速电角度求解模块、反转高速电角度求解模块、反转低速电角度求解模块、低速电角度求解模块5个模块求解的电角度结果和24等分扇区进行交互判断，如果计算结果合理就通过，如果计算不合理就进行强制电角度给定；
[0055]
s6、通过处理后的电角度，在换相参数求解模块获得六步换相的条件参数，最终作用于换相控制模块。
[0056]
所述速度求解模块包括第一部分的速度和第二部分速度；
[0057]
第一部分的速度论述如下：
[0058]
当前霍尔切换边沿所经过的控制周期个数为hall_countern；上一时刻hall 切换经过的控制周期个数为hall_counter
n-1
；通过霍尔求解的第一部分速度为：
[0059]
hall_speed＝∫(hall_counter
n-hall_counter
n-1
)
[0060]
第二部分速度论述如下：
[0061]
将一个电角度周期分为6份，以数值0(65535)、10922、21845、32767、 43690、54612作为6步的分界值，分别记为step
x
，x从1-6。
[0062]
角速度求解如下：
[0063][0064]
对于单位时间内角速度可以表征为：
[0065]
ω＝virtual_electrical_angle-step
x
[0066]
ω'＝∫ω
n-ω
n-1
[0067]
速度增量采用ω'表征。
[0068]
所述电角度求解模块电角度的求解采用第一部分的速度和第二部分速度
[0069]
共同决定共同决定：
[0070]
θ＝∫(hall_speed+ω')
[0071]
这里定义一个扇区，它是关于电角度的一个量，其取值在0-23之间的24 个数：
[0072][0073]
这里将90度的电角度范围设置为不进行虚拟电角度优化的范围，当step1所属的范围为0-3扇区，我们对这一步内运算的电角度结果在0-5这6个区域都不进行重新定义。对于电角度计算后落在6-13这8个扇区，本方法认为这是转子到达了下一步，如果计算的电角度落在14-23这片扇区，我们认为是出现滞后，本方法让然将这部分处理为step1的发波方式，参考图4。
[0074]
本专利所述的处理方法将step
1-step6，都处理出来有以下表格：
[0075][0076]
实施例二
[0077]
如图2所示一种新的控制处理hall的方法。霍尔锁相环角度估算法能够消除霍尔反馈信号单相占空比不对称以及不同相之间的相位误差问题，可以使电机运转更加平稳，以减小电机运行时电流谐波，提升运行效率，减小发热。
[0078]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。