一種直流無刷電機霍爾傳感器控制算法
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流無刷電機控制，具體涉及直流無刷電機霍爾傳感器控制方法。
【背景技術】
[0002]直流無刷電機有轉矩高、能量密度高、效率高、噪聲低等優點，廣泛應用于新能源汽車驅動電機，而直流無刷電機矢量控制方法中需要精確確定轉子位置，霍爾傳感器因其體積小、安裝方便、價格低廉等優點被普遍應用于直流無刷電機轉子的相位檢測中。
[0003]準確的轉子相位對于直流無刷電機控制策略十分重要，相位的準確性直接影響到電機運行過程中的震動、噪聲及效率等，然而霍爾傳感器出現故障，錯誤的霍爾信號就會出現，電機控制器將會解析出錯誤的轉子相位信號并輸出錯誤的控制信號，進而帶來嚴重的后果，如轉矩波動、相電流過大、電機熱負荷過大甚至電機內部短路，現有的直流無刷電機一般會配置三個對稱安裝的霍爾傳感器，三相霍爾傳感器的編碼信號為001、010、011、100、101、110共六個信號，利用該六個編碼信號可以將直流無刷電機的一個電周期分為六個區域，并于區域交界處有6個準確的參考相位，然而當三相霍爾其中一相或兩相出現故障時，將會影響到編碼信號的輸出，但是仍然會輸出上述六個編碼信號，不容易判斷是否故障以及故障的具體霍爾，不利于電機的高效控制。
【發明內容】
[0004]—般的直流無刷電機會配置三個對稱安裝的霍爾傳感器，利用三個霍爾傳感器的輸出信號組成的六個編碼信號可以將直流無刷電機的一個電周期分為六個區域，并于區域交界處有6個準確的參考相位，然而當三相霍爾其中一相或兩相出現故障時，仍然會輸出上述六個編碼信號，不容易快速判斷是否故障以及故障的具體霍爾，不利于電機的高效控制。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0006]一種直流無刷電機霍爾傳感器控制算法，包括霍爾A、霍爾B、霍爾C共三相霍爾，所述霍爾A、霍爾B、霍爾C相鄰兩相之間夾角為120°，所述霍爾A、霍爾B、霍爾C各自獨立定位。
[0007]所述霍爾A、霍爾B、霍爾C分別通過電機轉動時所述霍爾A、霍爾B、霍爾C的電平變化來分別確定電機轉子的兩個位置。
[0008]所述霍爾A、霍爾B、霍爾C共確定電機轉子六個位置，所述六個位置相鄰位置之間夾角為60°，所述霍爾A、霍爾B、霍爾C將電機轉子的一個旋轉周期分割為六個區域。
[0009]所述控制算法還包括故障檢測算法，所述故障檢測算法為:
[0010]步驟一:記錄電機轉子經過上一個霍爾區域的時間tn i，如果從電機轉子進入當前霍爾區域時的tn J △ t時間內，電機轉子離開當前霍爾區域時對應的霍爾電平發生變化，則該霍爾正常，如果對應的霍爾電平未發生變化，則將該霍爾標記為可疑霍爾，其中At為設定的誤差時間；
[0011]步驟二:當檢測出某個霍爾為可疑霍爾時，暫停使用該霍爾，經過至少一個旋轉周期后，再次對該可疑霍爾重復步驟一的檢測，若該霍爾電平發生變化，則標記為正常，恢復使用該霍爾；若該霍爾電平未發生變化，則仍標記為可疑；
[0012]步驟三:重復操作步驟二，若出現正常，則標記為正常，恢復使用該霍爾；若經過兩次以上的檢測該霍爾電平均未發生變化，則該霍爾確定為故障，停止使用。
[0013]所述控制算法還包括故障檢測算法，所述故障檢測算法為:
[0014]步驟一:通過當前電機轉速^^計算出所述霍爾A、霍爾B、霍爾C電平變化的周期Tn= 180° /ω η，如果從某個霍爾發生一次電平變化時開始，在Τη+ΔΤ時間內，該霍爾電平再次發生變化，則該霍爾正常，如果該霍爾電平未發生變化，則將該霍爾標記為可疑霍爾，其中AT為設定的誤差時間；
[0015]步驟二:當檢測出某個霍爾為可疑霍爾時，暫停使用該霍爾，經過至少一個旋轉周期后，再次對該可疑霍爾重復步驟一的檢測，若該霍爾電平發生變化，則標記為正常，恢復使用該霍爾，若該霍爾電平未發生變化，則仍標記為可疑；
[0016]步驟三:重復步驟二，若出現正常，則標記為正常，恢復使用該霍爾，若經過兩次以上的檢測該霍爾電平均未發生變化，則該霍爾確定為故障，停止使用。
[0017]所述控制算法還包括容錯控制算法，所述容錯控制算法為:
[0018]當檢測出三相霍爾中的其中一相故障時，根據當前電機轉速ωη1計算出按照轉子轉動順序下故障霍爾的前一個無故障霍爾電平變化的周期Τη1= 180° /ω η1，記所述轉子從該無故障霍爾對應位置開始經過Tnl/3時間到達的位置為所述故障霍爾所在的位置；
[0019]當檢測出三相霍爾中的其中兩相故障時，根據當前電機轉速ωη2計算出無故障霍爾電平變化的周期Τη2= 180° /ω η2，將所述周期平均分為三部分霍爾區域，記所述霍爾區域的Τη2/3和2Τη2/3分別為兩相故障霍爾對應的位置。
[0020]相比現有的直流無刷電機霍爾傳感器控制算法，本發明有顯著優點和有益效果，具體體現為:
[0021]使用本發明直流無刷電機霍爾傳感器控制算法，將三相霍爾解耦，每相霍爾獨立檢測轉子位置，在霍爾出現故障時能夠迅速檢測出故障霍爾的位置以及有效的處理故障，有利于電機控制，提尚了電機工作效率。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明直流無刷電機霍爾傳感器的布置結構示意圖；
[0023]圖2為本發明直流無刷電機霍爾傳感器控制算法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發明的具體實施方法如下:
[0025]為了解決現有的直流無刷電機霍爾傳感器故障檢測不及時的問題，本發明提出一種直流無刷電機霍爾傳感器控制算法，將三相霍爾解耦，每相霍爾獨立檢測轉子位置，在霍爾出現故障時能夠迅速檢測出故障霍爾的位置以及有效的處理故障，有利于電機控制，提高電機的工作效率。
[0026]下面結合附圖具體說明本發明的實施方式:
[0027]如圖1所示為本發明直流無刷電機霍爾傳感器的布置結構示意圖，所述電機布置三相霍爾傳感器，分別為霍爾A、霍爾B、霍爾C，所述霍爾A、霍爾B、霍爾C對稱布置于電機轉子外，所述霍爾A、霍爾B、霍爾C相鄰霍爾之間的夾角為120°。
[0028]所述霍爾A、霍爾B、霍爾C分別能夠根據磁通量輸出高低電平來確定所述電機轉子的兩個位置，分別為圖中虛線對應位置，即所述霍爾A、霍爾B、霍爾C通過輸出電平值共能確定電機轉子六個位置，也就是將所述電機轉子的一個旋轉周期平分為六個區域，分別為圖中的Secl、Sec2、Sec3、Sec4、Sec5、Sec6，根據所述霍爾A、霍爾B、霍爾C的信號既能得出電機轉子的六個準確位置，也能得出電機轉子所在的區域，對于電機的控制有明顯助益。
[0029]不妨假設所述電機轉子的運轉方向為逆時針旋轉，且轉子磁極的方向與所述霍爾A的位置方向夾角為Θ，則當所述電機轉子由霍爾A所在位置經過Θ =90°時，霍爾A輸出電平由1翻轉為0，當轉子經過Θ = 270°時，霍爾A輸出電平由0翻轉為1，即霍爾A輸出電平由0翻轉為1時刻，轉子經過Θ = 90°位置，霍爾A輸出電平由1翻轉為0時刻，轉子經過Θ = 270°位置；當所述電機轉子由霍爾A所在位置經過Θ =30°時，霍爾B輸出電平由0翻轉為1時刻，當所述電機轉子經過Θ =210°時，霍爾B輸出電平由1翻轉為0，即霍爾B輸出電平由0翻轉為1時刻，轉子經過Θ = 30°位置，霍爾B輸出電平由1翻轉為0時刻，轉子經過Θ =210°位置；當所述電機轉子由霍爾A所在位置經過Θ =150°時，霍爾C輸出電平由0翻轉為1時刻，當所述電機轉子經過Θ = 210°時，霍爾C輸出電平由1翻轉為0，即霍爾C輸出電平由0翻轉為1時刻，轉子經過Θ =150°位置，霍爾C輸出電平由1翻轉為0時刻，轉子經過Θ = 330°位置。
[0030]如圖2所示為本發明直流無刷電機霍爾傳感器控制算法的流程示意圖，其中包括霍爾信號采集模塊、有效霍爾識別模塊、轉子位置識別模塊、換相補償模塊、轉速采集模塊、霍爾故障檢測模塊、霍爾換相周期計算模式、電機驅動模塊，所述霍爾信號采集模塊與所述有效霍爾識別模塊、霍爾故障檢測模塊通信連接，所述有效霍爾識別模塊與所述霍爾故障檢測模塊、轉子位置識別模塊通信連接，所述霍爾故障檢測模塊與所述霍爾換相周期計算模塊