• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于最小二乘法的BLDCM霍爾安裝偏差補償方法

      2019-09-04 08:01:34黃立立徐奇?zhèn)?/span>李蓬威
      微特電機 2019年8期
      關(guān)鍵詞:扇區(qū)霍爾偏差

      黃立立,徐奇?zhèn)?,李蓬威,?云

      (重慶大學(xué),重慶 400044)

      0 引 言

      無刷直流電動機(以下簡稱BLDCM)以其功率密度高、動態(tài)性能好和可靠性高等諸多優(yōu)點,在工業(yè)驅(qū)動和小功率位置伺服系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。BLDCM正弦波電壓控制輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn),且系統(tǒng)的振動和噪聲小。正弦波控制BLDCM需要得到精準的轉(zhuǎn)子位置信號,從而輸出正弦電壓驅(qū)動電機運行,如何利用低精度霍爾傳感器獲得高精度且平穩(wěn)的位置信號,是實現(xiàn)BLDCM正弦波電壓高性能控制的關(guān)鍵[1-3]。

      文獻[4]提出了采用兩相正交型霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置;文獻[5]提出了構(gòu)造矢量跟蹤觀測器的方法,不僅能夠補償位置誤差,而且提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能;文獻[6]基于矢量跟蹤觀測器提出了磁鏈觀測器,可以補償任何時刻轉(zhuǎn)子位置偏差,但是觀測器法對電機參數(shù)的依賴性強,且觀測器構(gòu)造復(fù)雜;文獻[7]采用基于最小二乘法的插值法估計轉(zhuǎn)子位置,保證了信號的連續(xù)性與準確性,但是噪聲含量高,且滯后性明顯。

      本文針對BLDCM三相霍爾位置傳感器安裝角度偏差,提出了一種基于最小二乘法的補償算法。首先闡述了基于霍爾傳感器的BLDCM驅(qū)動系統(tǒng),然后針對霍爾傳感器安裝偏差,說明了直接矯正方法的缺陷與不足,提出了假設(shè)某相霍爾傳感器無誤差的補償方法,再疊加該相的補償量,使得補償后的轉(zhuǎn)子電角度能夠較準確地表示實際轉(zhuǎn)子電角度,最后,通過仿真和實驗,驗證了該方法的有效性。

      1 BLDCM轉(zhuǎn)子位置估計方法

      1.1 霍爾傳感器安裝位置偏差

      圖1為BLDCM霍爾傳感器位置安裝誤差原理圖。Ha,Hb和Hc為檢測A,B,C相反電動勢的霍爾傳感器,霍爾傳感器滯后相應(yīng)的繞組軸線90°電角度,3個霍爾傳感器的安裝在空間上互差120°電角度。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,相繞組反電動勢過零的時刻就是該相霍爾信號跳變的時刻。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個周期,一個霍爾傳感器完成一個周期的檢測,輸出50%占空比的方波信號,3路霍爾信號互差120°電角度,一個周期可以檢測到6個轉(zhuǎn)子位置,即將一個周期劃分為6個扇區(qū)。

      圖1中,當(dāng)位置安裝存在偏差時,霍爾傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置與理想的轉(zhuǎn)子位置之間存在偏差。當(dāng)霍爾傳感器安裝位置超前時,提前檢測到磁場過零,相鄰的兩個扇區(qū)所對應(yīng)的電角度前一個變窄,后一個變寬,安裝位置滯后時的情況與之相反,但檢測到的轉(zhuǎn)子位置被認為是理想的轉(zhuǎn)子位置。雖然每一個扇區(qū)所對應(yīng)的電角度不再是60°,但卻被認為是理想的轉(zhuǎn)子位置,這對于BLDCM控制有嚴重的影響,會引起電流畸變和轉(zhuǎn)矩脈動,嚴重時燒毀電機,造成不可逆轉(zhuǎn)的損毀。

      1.2 平均速度補償

      很多文獻研究了基于上一個扇區(qū)的平均速度,預(yù)測下一個扇區(qū)的位置估計方法[8]。其基本原理:

      (1)

      式中:θes為估計的轉(zhuǎn)子位置;θi為霍爾傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置。霍爾傳感器位置存在較大位置偏差時,式(1)的補償效果變差。由于相鄰兩個扇區(qū)之間的電角度間隔不再是60°,即使電機勻速運行,估算的平均速度和轉(zhuǎn)子位置偏差仍較大。相對來說,通過更多的扇區(qū)估算轉(zhuǎn)子速度可以減小位置估計偏差。假設(shè)電機勻速運行,對比不同的平均速度補償方法。

      同一個霍爾傳感器,在檢測出一個完整的機械旋轉(zhuǎn)時,估算的轉(zhuǎn)子角速度:

      (2)

      式中:K為最近一次霍爾信號跳變的計數(shù)值;p為電機的極對數(shù);Ti-(j+6p)是扇區(qū)i前面的第j+6p個扇區(qū)的時間。雖然這種方式估算的是真實機械速度,但通過一個機械周期計算機械角速度,極大地降低了快速性,不能達到電機的動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。

      多數(shù)情況下,可以認為BLDCM轉(zhuǎn)子磁體的安裝是完全對稱的(實際工程中是可以這樣認為的),這樣就不會存在每個電周期計算的平均速度不相等問題,只需要計算一個電周期即可:

      (3)

      進一步簡化式(3),可以用前3個扇區(qū)計算平均速度:

      (4)

      以A相反電動勢為例,假設(shè)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子N磁極和A相繞組軸線對齊時,檢測到一個邊沿信號(Ha的磁場極性一次跳變N—S),當(dāng)轉(zhuǎn)子S磁極和A相繞組軸線對齊時,又檢測到一個邊沿信號(Ha的磁場極性一次跳變S—N),在一個霍爾傳感器的兩次跳變間,可以準確知道轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°電角度。

      圖2 兩種平均速度位置補償結(jié)果

      基于前3個扇區(qū)計算平均速度的方式,在一定程度上保證了速度響應(yīng)的快速性;同時在一定程度上減小了位置安裝存在偏差時的位置估計偏差。其估算方式:

      (5)

      如圖3所示,采用3個扇區(qū)的平均速度去估算轉(zhuǎn)子位置與采用前一個扇區(qū)的估算結(jié)果相比,轉(zhuǎn)子位置估偏差減小。但由于在每一個霍爾邊沿信號觸發(fā)的時刻,每一個霍爾傳感器存在絕對位置偏差,所以估計的位置信號依然存在跳變,而這種跳變對于高性能的BLDCM控制系統(tǒng)極為不利。因此需要減小或者消除霍爾傳感器的安裝偏差,提高電機性能。

      圖3 采用正弦波電壓的BLDCM控制方案

      2 安裝偏差最小二乘法補償

      2.1 絕對位置偏差與相對位置偏差

      由以上分析可知,霍爾傳感器安裝偏差導(dǎo)致對應(yīng)扇區(qū)電角度不是60°,但控制器(一般為單片機)依然以霍爾無偏差時的信號為準,即認為Ha上升沿時,A相反電動勢過零,B,C相亦然。

      為了分析方便,此處約定霍爾傳感器順時針偏差為正偏差,逆時針偏差為負偏差(該偏差為絕對位置偏差)。假設(shè)Ha,Hb和Hc的絕對位置偏差為θerrHa,θerrHb和θerrHc,在電機勻速運行時,控制器可以檢測到每個扇區(qū)的對應(yīng)電角度:

      (6)

      將式(6)寫成矩陣形式:

      (7)

      通過式(5)的估計方法,控制器能夠計算出θerrH,該項值為兩個相鄰霍爾傳感器位置偏差之和,即絕對位置偏差,體現(xiàn)的實際意義是每一個扇區(qū)相對于60°電角度的增量。如果某扇區(qū)開始的霍爾信號提前發(fā)生跳轉(zhuǎn),扇區(qū)變寬;反之同理。如果某扇區(qū)結(jié)束的霍爾信號提前發(fā)生,扇區(qū)變窄;反之同理。即扇區(qū)開始和結(jié)束的霍爾信號對扇區(qū)寬度的變化趨勢起相反作用。因此,定義每個扇區(qū)的相對位置偏差,即該扇區(qū)結(jié)束信號對應(yīng)霍爾相對于該扇區(qū)開始信號對應(yīng)霍爾安裝角度減去60°的值。

      控制器計算出該項的方法是,在某一個電角度周期中,令檢測到的每個扇區(qū)的時間為TⅠ~TⅥ,則每個扇區(qū)的電角度:

      (8)

      將式(8)代入式(7)中,得:

      (9)

      由于控制器無法檢測絕對位置偏差,所以只能從式(9)中估計出一個絕對參考位置,用于修正Ha,Hb和Hc的絕對偏差。

      2.2 最小二乘法補償方案

      前面分析了霍爾傳感器存在絕對位置偏差時,每個扇區(qū)的變化情況,同時得到了在實際系統(tǒng)中只能檢測到式(9)的值,因此,需要通過式(9)找到一個補償量,使得檢測到的轉(zhuǎn)子位置能夠較準確地表示轉(zhuǎn)子的實際位置。

      式(9)的右邊可以通過控制器的定時器計算。由式(6)可知,可以選取連續(xù)的3個扇區(qū),就足以反映絕對誤差的全部信息。選取扇區(qū)Ι,Ⅱ,Ⅲ,將式(9)縮減成下式:

      (10)

      (11)

      (12)

      (13)

      我們期望基于估計Ha的絕對偏差表示3個霍爾傳感器的絕對偏差的方差最小,在實際工程中期望霍爾傳感器安裝是準確無誤的。因此,可以建立估計的絕對位置偏差的最小方差估計:

      (14)

      將式(13)代入式(14),并求其導(dǎo)數(shù),得到最小值點:

      (15)

      (16)

      雖然式(16)表示的是估計出的Ha絕對位置偏差,但Hb,Hc的估計絕對位置偏差同樣可以表達出來。完整的絕對位置偏差修正方程:

      (17)

      式(17)右邊是霍爾的相對位置偏差,可以通過控制器的定時器測出對應(yīng)的時間計算得到,式(17)左邊是對每個霍爾的絕對位置偏差修正值,這樣可以修正式(5)霍爾位置補償方案:

      (18)

      式中:θcom是在原來的補償方案中對霍爾位置絕對偏差的估計修正項。在控制過程中,該項通過前3個扇區(qū)的時間實時計算,迭代公式:

      (19)

      化簡后:

      (20)

      3 仿真和驗證

      為了對比分析本文的補償方法的有效性,采用圖4的BLDCM速度正弦波電壓控制方式,對比分析電機運行時的定子電流波形。

      電機采用5對極12槽帶霍爾傳感器的BLDCM,通過空載反電動勢標(biāo)定,確定出Ha,Hb,Hc的位置偏差為1.8°,0.9°和-2.4°。同時,Rs=0.113 Ω,Ld=88 μH,Lq=138 μH,ψf=0.022 Wb。設(shè)定仿真模型參數(shù)和實際電機參數(shù)一致,控制器控制周期為100 μs,采用帶2 μs死區(qū)、頻率10 kHz的PWM,得到仿真結(jié)果如圖4所示。

      (a) 傳統(tǒng)方法三相電流

      (b) 本文方法三相電流

      (c) 傳統(tǒng)方法位置偏差

      (d) 本文方法位置偏差

      圖4仿真對比

      當(dāng)采用單扇區(qū)平均速度估計轉(zhuǎn)子位置時,估計位置偏差達到7°;同時由于位置的偏差,導(dǎo)致輸出三相電壓嚴重畸變,且三相電流的不對稱性,控制效果差。采用本文的霍爾偏差修正方法后,位置偏差為0.1°,并且只存在初始偏差,沒有位置波動,三相電流正弦度好。

      實驗采用一套基于STM32F103C8T6處理器的BLDCM實驗平臺,對一臺車用功率800 W的BLDCM實驗,該電機采用三相霍爾傳感器檢測位置信號。如圖5所示,通過實驗對比,采用本文補償方法后電流的諧波含量明顯減小,正弦度更好。實驗結(jié)果和仿真結(jié)果一致性良好,驗證了本文提出方法的有效性。

      (a) 實驗平臺

      (b) 傳統(tǒng)方法三相電流

      (c) 本文方法三相電流

      (d) 傳統(tǒng)方法電流矢量軌跡

      (e) 本文方法電流矢量軌跡

      圖5實驗平臺和實驗結(jié)果

      4 結(jié) 語

      本文闡述了BLDCM霍爾位置傳感器的檢測原理,分析了在霍爾位置存在安裝偏差時的傳統(tǒng)位置補償方法的不足,基于最小二乘法理論,提出了一種霍爾絕對位置偏差的補償方法,并給出了該方法的在線迭代算法。在仿真和實驗中對比了本文方法和傳統(tǒng)方法的轉(zhuǎn)子位置偏差和電流波形正弦度,結(jié)果表明,本文提出的方法減小了轉(zhuǎn)子位置偏差,可以較準確地得到電機轉(zhuǎn)子的實際位置,同時提高了BLDCM的電流正弦度。

      猜你喜歡
      扇區(qū)霍爾偏差
      分階段調(diào)整增加扇區(qū)通行能力策略
      南北橋(2022年2期)2022-05-31 04:28:07
      如何走出文章立意偏差的誤區(qū)
      兩矩形上的全偏差
      U盤故障排除經(jīng)驗談
      這個大童話講貓(五)名偵探西尼·霍爾
      基于貝葉斯估計的短時空域扇區(qū)交通流量預(yù)測
      重建分區(qū)表與FAT32_DBR研究與實現(xiàn)
      關(guān)于均數(shù)與偏差
      離子推力器和霍爾推力器的異同
      太空探索(2015年6期)2015-07-12 12:48:42
      道格拉斯·斯高特·霍爾(1940-2013)
      丰县| 辽源市| 保靖县| 新蔡县| 蒲城县| 保靖县| 巫溪县| 兴宁市| 洛阳市| 瑞安市| 淄博市| 宁津县| 广平县| 江城| 广元市| 乌拉特中旗| 阳西县| 昭平县| 乳山市| 冕宁县| 宁强县| 新民市| 卢龙县| 淳化县| 长武县| 平武县| 乌审旗| 垦利县| 叶城县| 铅山县| 驻马店市| 米林县| 鄂温| 镇原县| 墨江| 滦南县| 南平市| 长丰县| 莒南县| 富顺县| 荥经县|