图

1

　永磁同步电机三闭环控制方案

1. 2　电机起始位置的检测

在电机控制的过程中 ,只有在启动环节获得准确

的转子位置 ,才能通过控制方案得到正确的电压 /电
流矢量 ,给出合适的转动力矩

[ 6 ]

。当电机上电启动

时 ,转子与定子之间的空间位置关系是任意的 。如
果不确定空间位置就让电机工作 ,可能导致电机的
力矩非常小或者为零 ,更有可能使电机反方向转动 。

本研究介绍的方法采用霍尔磁感应开关作为位置

传感器 ,霍尔磁感应器件在有垂直磁场通过时会产生
一个电压 ,称为霍尔电压

[ 7 ]

。传感器的对数与电机的

极对数保持一致 ,它输出 3 路彼此相差 120°

,占空比

为 0. 5的脉冲信号

U

、

V

和

W

。这三相中的任一相在

转子旋转一周中 ,发出与极对数相同的脉冲个数 。

U

、

V

、

W

三相电平组合与电角度区间表如表 1所示 ,本研

究通过检测三相霍尔器件的脉冲信号 ,根据表 1来确
定电机电角度的位置区间 。

表

1

　

U

、

V

、

W

三相电平组合与电角度区间表

0

°

～

60

°

60

°

～

120

°

120

°

～

180

°

180

°

～

240

°

240

°

～

300

°

300

°

～

360

°

U

1

1

1

0

0

0

V

0

0

1

1

1

0

W

1

0

0

0

1

1

　　依据霍尔传感器确定转子的电角度区间 ,采用双

向检测法来进一步对转子的准确位置进行搜索 ,最后
根据推断出的转子的准确位置进行电机闭环控制 。选
择恰当光电编码盘的精度直接影响到转子位置确定的

精确度 ,精度越高就能使电机在更小精度下产生微动 ,
而在不允许反转的场合中启动时抖动的幅度是衡量指
标之一 。在本研究中 ,建议选用的光电编码盘的精度
采用 500线 (2 000脉冲 )以上 。

电机电角度表示如下 :

θ= (max +m in) /2

( 1)

根据之前确定的转子电角度区间 [m in, max] ,给予

电机某个电角度的电流矢量。如图 2所示 ,例如当电机
三相脉冲 UVW 为 101时 ,则电角度落在 0°

～60°

之间 ,

选择电角度为 30°

的电流矢量 ,矢量大小控制在电机额定

电流的 10%左右 ,使电机转子产生微动 (如图 3所示 )。

图

2

　电角度与三相霍尔脉冲间的关系图

增量式光电编码盘测量出转子的微动 ,判断转子

的转动方向 。如果电机的转动方向为顺时针 ,那么转
子的电角度位置位于 [θ, max ] (如图 4 所示 ) ;反之 ,
则转子的电角度位置位于 [ m in, θ]。依次类推 ,直到
搜索次数达到最多次数 ,或者 m in > max,当然还包括
电机静止于一个角度不再产生微动 ,即可得出当前所
通的电流矢量的电角度就是转子的电角度 。

　　采用双向检测法的搜索 ,位置控制的精度大致取

决于搜索的次数 。若编码盘的脉冲个数为

m

,则最多

的检测搜索次数为 :

n

= log

2

m

( 2)

启动位置的精度可以控制到光电编码器的分辨

率 。如编码器为 500线 , 2 000个脉冲数 ,则位置精度
可以控制到 2π /2 000。换个说法就是启动位置的精
度完全可以达到与硬件的精度一致 ,硬件的精度越高 ,
控制精度也越精确 。而同样精度的增量式编码器较绝

对式编码器的价位低很多 ,在生产中能被广泛使用 ,本
方法使得低端的增量式光电编码器在霍尔传感器的配
合下 ,达到了启动的精确控制 。

由于在搜索过程中 ,电机会产生微动 。因此在要

求控制精度高的情况下 ,在每一次搜索结束后 ,需要根
据事件管理器中的计数器来对电机进行复位操作 。即
每一次搜索后都根据计数器的值 ,以及电机的转动方
向 ,发出一个电角度相差计数器值大小的电流矢量 ,使
转子始终保持在起始位置 。

光电编码盘输出 3路脉冲信号 QEP_A、QEP_B 和

QEP_ IND EX。QEP_A、

Q EP_B 两路脉冲之间相位相差

・

7

4

・

第

10

期

任 　

U ,

等

:

永磁同步电机双向检测启动控制的研究