黄皓 · 4月11日

6.线性霍尔检测转子位置——永磁同步电机控制

1. 摘要

不同于简单的6步法控制,FOC控制要求有连续的转子位置反馈才能达到好的控制效果。相比较于光电编码器、旋转变压器、磁编码器对于同轴的安装要求,以及成本压力。线性霍尔成本低,体积小,位置获取简单,无需和转子同轴安装,高速下能够兼顾成本和性能。本文主要介绍线性霍尔在FOC电机控制里可以扮演的角色。
1.让电机转动起来——永磁同步电机控制
3.无感FOC之滑模观测器——永磁同步电机控制
2.有感FOC——永磁同步电机控制
4.无感FOC之高频注入法——永磁同步电机控制
5.电机参数测量——永磁同步电机控制

2. 线性霍尔介绍

线性霍尔和霍尔IC是不同的。
简单的霍尔IC内部是存在比较器,因此输出的波形是高低电压波形,高电平指示N极(或S极),低电平指示S极(或N极)。
3个霍尔IC的输出是高低电平。scope_1.png
然而线性霍尔的输出是连续的。
scope_0.png
笔者用的线性霍尔是TI公司的DRV505X系列。
1649661754(1).png

3. 转子位置的获得

想要快速的得到转子位置,常用的做法是在静止坐标系上放置2个线性霍尔
1649662392(1).jpg
以A相绕组轴线作为转子的起始位置,因此其中一个霍尔元件( 霍尔 α) 安装位置需要与 A 相轴线重合,输出的两路正交信号 uα、uβ即为转子位置的正弦和余弦函数值。通过反正切运算可得到转子的位置为
1649662647(1).png
为提高位置估算精度,在仿真与实验中通常选用锁相环代替反正切运算获取转子位置。 这里的锁相环利用三角函数两角和公式,PI控制锁出转子位置。1649661377(1).png

4. 误差

线性霍尔有简单,便宜的优点,随之而来的是精度的困扰。
IC的一致性不够,霍尔安装的位置与A相不对齐,都会带来角度上的误差。
想要提高精度,可以选择在算法里进行角度补偿,补偿的方式有很多种,最简单粗暴的是开环控制将电机转动一圈,并间隔步长记录指令角度和测出来的角度做差,最后通过线性插值的方式每一步进行补偿。
笔者有尝试32个点对4对极电机进行补偿,做到的精度在正负2.5°之内,随着极对数变多,精度会变差。

5. 总结

无位置传感器算法复杂,导致系统的实时性不够,且难以实现电机的全速域运行。而高精度的光电编码器,磁编码器又有成本和安装限制。因此小体积,成本低的线性霍尔在FOC永磁同步电机控制中也是有它的生存之道的。

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