[发明专利]一种带有霍尔传感器定位的永磁直线电机控制方法

摘要

本发明公开了一种带有霍尔传感器定位的永磁直线电机控制方法，使用2个霍尔传感器判定动子所在的位置，并应用了一种新型的带稳定模块的永磁同步直线电机开环控制结构；稳定模块根据直流母线电流的扰动对输入频率进行调整，保证了在低速、高速运行以及动子遇到障碍电机负载增加时的系统稳定性；在这种开环控制结构中，结合永磁直线电机的等值电路，以及已知的电机参数选取逆变器输出的供电电压；通过空间电压矢量的调制得到开关管驱动信号，控制电机驱动供电。本发明具有成本低，算法简单、动子定位精度高等特点。

主权项

一种带有霍尔传感器定位的永磁直线电机控制方法，其特征在于：该永磁直线电机的线圈侧设置有两个间隔90°电角度的霍尔传感器，两个霍尔传感器对应一对极的空间；具体包括如下步骤：(1)通过霍尔传感器检测扫过的磁极数，每当霍尔传感器扫过一次N极，霍尔传感器会得到一个高/低电平，将霍尔传感器输出接入控制芯片，通过检测霍尔传感器扫过的磁极数确定线圈所对应的对极，由于两个霍尔传感器间隔90°电角度，可以感应出四个状态，从而进一步确定动子在此对极区间内的相对位置，分辨率为1/2的极间距；(2)分辨动子所处对极区间后，确定电机输出转速，结合永磁直线电机的等值电路，以及已知的电机参数选取逆变器输出的供电电压，具体为：$\stackrel{\→}{V_s}=\stackrel{\→}{E_m}+j{X}_d\stackrel{\→}{I_{\mathrm{ds}}}+j{X}_q\stackrel{\→}{I_{\mathrm{qs}}}+r_s\stackrel{\→}{I_s}---\left(1\right)$其幅值形式为：$\left|\stackrel{\→}{V_s}\right|=\left|\stackrel{\→}{I_s}\right|r_s\cos {\mathrm{\φ}}_0+\sqrt{E_s^2+{\left|\stackrel{\→}{I_s}\right|}^2{r_s}^2\cos {{\mathrm{\φ}}_0}^2-{\left|\stackrel{\→}{I_s}\right|}^2{r_s}^2}---\left(2\right)$$\left|\stackrel{\→}{I_s}\right|\cos {\mathrm{\φ}}_0=\frac{2}{3}[i_{\mathrm{as}}\cos {\mathrm{\θ}}_e+i_{\mathrm{bs}}\cos ({\mathrm{\θ}}_e-\frac{2}{3}\mathrm{\π})+i_{\mathrm{cs}}(\cos {\mathrm{\θ}}_e+\frac{2}{3}\mathrm{\π})]---\left(3\right)$E_s＝2πf₀λ_m     (4)其中：V_s为定子绕组端电压，E_m为空载电动势，E_s为定子磁链感生电势；I_ds、I_qs为电机电枢电流直轴、交轴分量，I_s为定子电流；i_as、i_bs、i_cs为定子侧三相电流；X_d、X_q为电机的直轴、交轴同步电抗；r_s为定子绕组电阻；φ₀为外功率因数角；θ_e为静止坐标系下电压矢量的相角；f₀为电机供电频率；λ_m为转子永磁磁链；(3)检测直流母线电流的变化量，对输入频率进行调整，具体如下：△ω_e＝‑k_c*△i_dc     (5)ω_e＝ω_e0+△ω_e       (6)其中：△ω_e为频率调整值，ω_e0为频率设定参考值，ω_e为实际的供电频率；k_c的选取与供电频率f₀的大小相关，当供电频率低于3Hz时k_c为0，当供电频率高于3Hz时k_c取值为350/f₀；△i_dc是直流母线电流经过低通滤波后得到的变化量；频率设定参考值ω_e0与频率调整值△ω_e相叠加后得到实际的供电频率ω_e；(4)通过对供电频率ω_e进行积分得到定子磁链所在位置，结合电压幅值分解得到α和β的两个分量，由获得的α和β的两个分量计算得到电压矢量所在扇区以及基准矢量所需作用的时间，从而驱动开关管关断，控制电机运行状态。