一种基于svpwm的新型扇区判断方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于SVPWM的新型扇区判断方法及系统，该方法利用霍尔传感器通过检测磁场NS极的变化产生高低电平的不同进行状态组合，根据检测的状态组合根据预设规则判断出参考矢量Uref所在的扇区,本发明降低了传统参考矢量Uref所在扇区判断的复杂性，提高了系统的快速性和实时性，同时降低了整个电机控制系统实现的成本。
【专利说明】
一种基于SVPWM的新型扇区判断方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及涉及无刷直流电机正弦波控制领域，特别是涉及一种基于SVPWM (space vector pulse width modulation空间矢量脉宽调制）的新型扇区判断方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 目前，针对空间矢量PWM扇区判断的主要方法是数学计算，再根据在αβ坐标系中的 Ua，Uf!来判断合成矢量Uref所在的扇区，如图1所示。首先，想要判断参考电压矢量Uref所在的 扇区就必需先计算出Ua和Uf!，其中Ua= I Uref I C〇S0，Uf!= I Uref I sin9。假定合成的电压矢量落 在第1扇区，可知其等价条件如下:0°〈31'(^311(1]￡!/1] (1)〈60°。以上等价条件再结合图1矢量图 几何关系分析，可以判断出合成电压矢量Uref落在第X扇区的充分必要条件:扇区I UaX)，^〉 〇且υβ/?α<#扇区π Ufs>o，且υβ/υα>扇区πI υα〈ο，Ufs>o且-υβ/υα:<Λ/5;扇区iv υα 〈o，Uf!〈o且Up/Ua<#;扇区ν ικο且-υβ/υα>#;扇区VI ua>o，Uf!〈o且-υβ/υα< j。：
[0003] 若进一步分析以上的条件，可看出参考电压矢量Uref所在的扇区完全由Uf!， Wua- υβ,-.ν^.?α:- ?β:二式决定，因此令：Ui = up，υ2=?/2:υα-ι/2:υ:β，?3=_:為/2 υ α-?/2υβ。再定义，若UOO，则Α = 1，否贝IJA = 0;若U2>0，则Β = 1，否贝ljB = 0;若U3>0，则C = 1， 否则C = 0。可以看出A，B，C之间共有八种组合，但由判断扇区的公式可知A，B，C不会同时为1 或同时为〇,所以实际的组合是六种，A，B，C组合取不同的值对应着不同的扇区，并且是一一 对应的，因此完全可以由A，B，C的组合判断所在的扇区。为区别六种状态，令N=2 2*C+24B+ 2q*A(表示成二进制形式如N=5表示101，即C=1，B = 0，A=1)，贝lj可以建立N值与扇区号的 对应关系：3-1，l-II，5-III，4-IV，6-V，2-VI。以上扇区判断法为当前主要应用的方法，这种 判断法主要优点是扇区判断准确，但缺点是对处理器的要求较高。
[0004] 综上所述，从上述分析可以看出想要判断参考矢量Uref所在扇区，首先要计算出在 αβ坐标系下的Ua、Uf!，其计算公式为Ua= I Uref I COS9，Uf!= I Uref I sin9，此公式中含有正弦和余 弦计算，这对处理器的计算速度要求较高，其次A，B，C三值的获得，也需要经过复杂的计算 以及大量的判断，这使得整个控制系统的实时性和快速性受到的很大的影响。
【发明内容】
[0005] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于SVPWM的新型 扇区判断方法及系统，其降低了传统参考矢量U ref所在扇区判断的复杂性，提高了系统的快 速性和实时性，同时降低了整个电机控制系统实现的成本。
[0006] 为达上述及其它目的，本发明提出一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在 于:该方法利用霍尔传感器通过检测磁场NS极的变化产生高低电平的不同进行状态组合， 根据检测的状态组合根据预设规则判断出参考矢量U raf所在的扇区。
[0007] 进一步地，该方法包括如下步骤：
[0008] 步骤一，于电机内部安装3个霍尔传感器，在永磁体经过传感器时输出高低变化的 电平；
[0009] 步骤二，对三个霍尔传感器输出的高低电平进行采集，利用霍尔传感器输出高低 电平的不同，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成若干组，并进行状态组合，获 得若干个二进制代码，并转换为十进制数；
[0010]步骤三，将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号一一对应，通过检测三个霍 尔传感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断该参考矢量Uref所在的扇区。
[0011] 进一步地，该霍尔传感器为开关型霍尔传感器。
[0012] 进一步地，该开关型霍尔传感器采用120°霍尔传感器。
[0013] 进一步地，于步骤二中，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60°-组 进行状态组合。
[0014] 进一步地，规定霍尔传感器输出的霍尔波形图中高电平为1，低电平为0,按预定的 顺序排列，并且按60° -个组合，获得组合的二进制代码，并转换成十进制数。
[0015] 为达到上述目的，本发明还提供一种基于SVP丽的新型扇区判断系统，包括：
[0016] 传感器单元，用于于电机内部安装3个霍尔传感器，在永磁体经过传感器时输出高 低变化的电平；
[0017] 电平采集单元，对三个霍尔传感器输出的高低电平进行采集；
[0018] 处理单元，利用霍尔传感器输出高低电平的不同，将三个霍尔传感器输出的波形 在一个周期内分成若干组，并进行状态组合，获得若干个二进制代码，并转换为十进制数；
[0019] 判断单元，将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号一一对应，通过检测三个 霍尔传感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断参考矢量U ref所在的扇区。
[0020] 进一步地，该霍尔传感器为120°开关型霍尔传感器。
[0021] 进一步地，该处理单元将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60° -组 进行状态组合。
[0022] 进一步地，该处理单元规定霍尔传感器输出的霍尔波形图中高电平为1，低电平为 〇,按预定的顺序排列，并且按60° -个组合，获得组合的二进制代码，并转换成十进制数。
[0023] 与现有技术相比，本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断方法及系统利用3个开关 型霍尔传感器输出波形的状态组合，根据事先预设的对应规则，即可实时判断出参考矢量 Urrf所在的扇区，本发明能够降低控制系统实现的难度，提高系统的响应速度，同时也能够 降低整个系统的生产成本。
【附图说明】
[0024] 图1为现有技术针对空间矢量PWM扇区判断中的电压空间矢量图；
[0025] 图2为本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断方法的步骤流程图；
[0026] 图3为本发明较佳实施例中霍尔传感器的输出信号的波形图
[0027] 图4为本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断系统的系统架构图。
【具体实施方式】
[0028] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0029] 图2为本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断方法的步骤流程图。如图2所示，本发 明一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤201，于电机内部安装3个开关型霍尔传感器，在永磁体经过传感器时输出高 低变化的电平。
[0031] 霍尔传感器是一种磁传感器，它可以检测磁场及其变化，霍尔传感器按其输出信 号的不同可分为霍尔线性器件和霍尔开关器件，霍尔开关器件又称为开关型霍尔传感器。 前者输出模拟量，后者输出数字量。霍尔线性器件的精度高、线性度好;而霍尔开关器件无 触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高。开关型霍尔传感器按其电角度的不 同又可分为60°和120°霍尔传感器，本发明利用120°开关型霍尔传感器通过检测磁场NS极 的变化可以产生高低电平的不同、上电状态恢复以及输出信号具有的不同的状态组合特 性，作为空间矢量U rrf所在扇区判断的基础。
[0032] 步骤202,对三个霍尔传感器(hallA、hallB、hallC)输出高低电平的采集，利用霍 尔传感器输出高低电平的不同，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成若干组， 并进行状态组合，获得若干个二进制代码，并转换为十进制数。
[0033]具体地，在本发明中，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60°-组进 行状态组合，如图3所示，其为120°霍尔传感器在一个周期内的波形变化图，规定霍尔波形 图中高电平为1，低电平为〇,按hallC，hallB，hallA的顺序排列，并且按60° -个组合，可以 得到如下组合：1〇1、〇〇1、〇11、〇1〇、11〇、1〇〇，将其看作二进制代码，并转换成十进制数，则可 得到如下十进制数字:5、1、3、2、6、4。
[0034]步骤203,将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号--对应起来，通过检测三 个霍尔传感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断参考矢量Uref所在的扇区。在 本发明较佳实施例中，将获得的十进制数字5、1、3、2、6、4与空间矢量PWM扇区号对应起来， 例如:5对应扇区I，1对应扇区II，3对应扇区III，2对应扇区IV，6对应扇区V，4对应扇区VI， 此为一种对应方式，其他还有许多种不同的对应方式，都可以作为参考矢量U ref所在扇区的 判断依据。以上霍尔输出信号的组合也可以是1^114、1^118、11&11(：，或者是其他的组合方 式。
[0035]图4为本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断系统的系统架构图。如图4所示，本发 明一种基于SVPWM的新型扇区判断系统，包括:传感器单元401、电平采集单元402、处理单元 403以及判断单元404。
[0036]其中，传感器单元401，用于于电机内部安装3个开关型霍尔传感器，在永磁体经过 传感器时输出高低变化的电平，在本发明中，采用的是120°开关型霍尔传感器，利用120°开 关型霍尔传感器通过检测磁场NS极的变化可以产生高低电平的不同、上电状态恢复以及输 出信号具有的不同的状态组合特性，作为空间矢量 Uref所在扇区判断的基础。
[0037]电平采集单元402,对三个霍尔传感器(hallA、hallB、hallC)输出的高低电平进行 采集;处理单元403,利用霍尔传感器输出高低电平的不同，将三个霍尔传感器输出的波形 在一个周期内分成若干组，并进行状态组合，获得若干个二进制代码，并转换为十进制数。 具体地，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60° -组进行状态组合，规定霍尔 波形图中高电平为1，低电平为〇,按hallC，hallB，hallA的顺序排列，并且按60°-个组合， 可以得到如下组合：1〇1、〇〇1、〇11、〇1〇、11〇、1〇〇，将其看作二进制代码，并转换成十进制数， 则可得到如下十进制数字:5、1、3、2、6、4。
[0038]判断单元404,将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号一一对应起来，通过检 测三个霍尔传感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断参考矢量Uref所在的扇 区。在本发明较佳实施例中，将获得的十进制数字5、1、3、2、6、4与空间矢量PWM扇区号对应 起来，例如:5对应扇区1，1对应扇区11，3对应扇区111，2对应扇区1￥，6对应扇区￥，4对应扇 区VI，此为一种对应方式，其他还有许多种不同的对应方式，都可以作为参考矢量U ref所在 扇区的判断依据，以上霍尔输出信号的组合也可以是1^114、1^118、1^11(：，或者是其他的组 合方式。
[0039] 综上所述，本发明一种基于SVPWM的新型扇区判断方法及系统利用3个开关型霍尔 传感器输出波形的状态组合，根据事先预设的对应规则，即可实时判断出参考矢量U ref所在 的扇区，本发明能够降低控制系统实现的难度，提高系统的响应速度，同时也能够降低整个 系统的生产成本。
[0040] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此， 本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1. 一种基于SVPffM的新型扇区判断方法，其特征在于:该方法利用霍尔传感器通过检测 磁场NS极的变化产生高低电平的不同进行状态组合，根据检测的状态组合根据预设规则判 断出参考矢量Uref所在的扇区。2. 如权利要求1所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在于，该方法包括 如下步骤： 步骤一，于电机内部安装3个霍尔传感器，在永磁体经过传感器时输出高低变化的电 平； 步骤二，对三个霍尔传感器输出的高低电平进行采集，利用霍尔传感器输出高低电平 的不同，将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成若干组，并进行状态组合，获得若 干个二进制代码，并转换为十进制数； 步骤三，将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号一一对应，通过检测三个霍尔传 感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断该参考矢量Uref所在的扇区。3. 如权利要求2所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在于:该霍尔传感 器为开关型霍尔传感器。4. 如权利要求3所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在于:该开关型霍 尔传感器采用120°霍尔传感器。5. 如权利要求4所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在于:于步骤二中， 将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60°-组进行状态组合。6. 如权利要求5所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断方法，其特征在于:规定霍尔传 感器输出的霍尔波形图中高电平为1，低电平为0,按预定的顺序排列，并且按60°-个组合， 获得组合的二进制代码，并转换成十进制数。7. -种基于SVPffM的新型扇区判断系统，包括： 传感器单元，用于于电机内部安装3个霍尔传感器，在永磁体经过传感器时输出高低变 化的电平； 电平采集单元，对三个霍尔传感器输出的高低电平进行采集； 处理单元，利用霍尔传感器输出高低电平的不同，将三个霍尔传感器输出的波形在一 个周期内分成若干组，并进行状态组合，获得若干个二进制代码，并转换为十进制数； 判断单元，将获得的十进制数与空间矢量图中的扇区号一一对应，通过检测三个霍尔 传感器输出信号的状态组合根据预设规则就能够判断参考矢量Uref所在的扇区。8. 如权利要求7所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断系统，其特征在于:该霍尔传感 器为120°开关型霍尔传感器。9. 如权利要求8所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断系统，其特征在于:该处理单元 将三个霍尔传感器输出的波形在一个周期内分成60°-组进行状态组合。10. 如权利要求8所述的一种基于SVPWM的新型扇区判断系统，其特征在于:该处理单元 规定霍尔传感器输出的霍尔波形图中高电平为1，低电平为0,按预定的顺序排列，并且按 60° -个组合，获得组合的二进制代码，并转换成十进制数。
【文档编号】H02P21/14GK105932923SQ201610488209
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】刘红松, 迟长春, 籍海亮, 李化影
【申请人】上海电机学院