永磁同步电机(PMSM)角度测量.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：4.72M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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1本文参照意法半导体文章：STM32F103xxPMSMFOCsoftwarelibraryUM.pdf；内容：通过霍尔信号与相线反电动势相位信息获取准确转子相位信息；测试设备：R&SRTE系列示波器一台，无刷直流电机一台，500WFOC矢量控制器一台;具体实现：首先，使用三电阻确定中性点；然后使控制器与霍尔传感器相连接，上电，手动旋转电机；最后，令通道CH1的参考电压线连接电机中性点，而探针测量某一相线（蓝色），另一探针CH2先后测量三相霍尔传感器输出信号，具体电路参照附图，测量结果如下：<图1>黄色信号：蓝色相线反电动势电压信号；绿色信号：黄色霍尔传感器信号；霍尔信号的上升沿与第一个相反电动势波峰角度：(13.6ms*360度)/16.4ms=298.5度；<图2>黄色信号：蓝色相线反电动势电压信号；绿色信号：绿色霍尔传感器信号；霍尔信号的上升沿与第一个相反电动势波峰角度：(2.7ms*360度)/16.5ms=58.9度(此时，在软件中取－58.9o)；

2<图3>黄色信号：蓝色相线反电动势电压信号；绿色信号：蓝色霍尔传感器信号；霍尔信号的上升沿与第一个相反电动势波峰角度：(7.6ms*360度)/15.2ms=180度；<图4>蓝色波形：蓝色Hall信号；黄色波形：绿色相反电动势；绿色波形：蓝色相反电动势；橙色波形：黄色相反电动势；

3<图5>蓝色波形：蓝色相反电动势；黄色波形：黄色Hall信号；绿色波形：绿色Hall信号；橙色波形：蓝色Hall信号；<图6><图7>紫色波形：A相电机线对地反电动势；绿色波形：A相电机线对中性点反电动势；

4峰峰角差：由以上两图可知:(3.2ms/39.2ms)*360度≈29.4度结论：1、关于霍尔偏移角度，以及它的用处，只想通过一副简图及一段文字说明：如下图所示，dq为旋转坐标系，转子磁链矢量轴Ψr（即转子磁场方向）与d轴重合。说到此处，产生了一个问题，因为霍尔传感器是开关信号，无法表示磁场强弱，因此导致其无法准确定位转子磁场中心轴的位置，而只能将中心轴封锁在一定角度内。针对此问题，我们发现，还有一头物理量可以准确获悉转子磁场中心轴线的位置，那就是相线反电动势，因为反电动势是模拟信号，通过它的强弱（幅值），可以间接推出转子磁场强弱，并且反电动势最强的那个点，肯定就是转子磁场的中心轴线位置，由此，配合霍尔信号，我们就可以获知磁场中心轴线与开关霍尔信号上升沿之间的固定角度差，然后，由此推出转子磁场中心轴线的准确空间相位，然后，没了！2、至于转子相位角的确定，推到如下：Ψf=32(ΨfA+aΨfB+a2ΨfC)，转子磁链矢量等于永磁励磁磁场链过A，B，C绕组产生的磁链之和。ΨfA=32Lmf*iA，ΨfB=32Lmf*iB，ΨfC=32Lmf*iC，其中，Lmf为等效励磁电感，iA，iB，iC为三相静子电流。在正弦稳态下，正弦三相电流瞬时值可表示为：iA(t)=2Is1cos(ωst+Φ1);iB(t)=2Is1cos(ωst+Φ1-120o);iC(t)=2Is1cos(ωst+Φ1-240o);令Is=iA(t)+iB(t)ej120+iC(t)e-j120=I*e(ωs*t+Φ1)j，2Is1=I;根据上式，我们发现，Is的相位与iA(t)的相位是一样的，同理可得，对于Ψf的相位同样可以用ΨfA的相位代之。由此，问题就好解决了，我们根据<图2>，可以获悉<图2>中某相线反电动势的相位，倒推可知三相合成反电动势的相位，而此反电动势又反应了转子磁场的变化规律，即可以提取出磁场的相位信息，即转子的相位信息，根据《现代电机控制技术》介绍，ΨgA与BgAmax间存在固定倍比关系，且磁链矢量轴线与磁场磁动势轴线一致，所以由此可以知道磁链矢量Ψf的相位信息。

5<图8><图9>附图：霍尔信号，反电动势的测试原理图：原理图中包含通道隔离示波器，PMSM电机模型，霍尔滤波电路，STM32F103芯片。

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