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震动筛正弦波无刷直流电机的位置检测策略

 震动筛霍尔位置传感器的位置检测精度不高,体积小,价格低,广泛用于对控制精度要求不高,低成本的控制系统中,如方波驱动无刷直流电机。光电编码器、旋转变压器的检测精度高,通常用于高精度的正弦波控制系统,如矢量控制、直接转矩控制等,但成本相对较高,体积大。但为了降低成本,减小电机的体积,已经出现了一些基于霍尔位置传感器的正弦波驱动无刷直流电机控制方法,这种控制方法的转子位置检测策略是在检测到的离散霍尔位置信号的基础上,通过一定的估算算法来进一步细分转子位置信息,得到与震动筛光电编码器或旋转变压器精度相近的位置信息。

 
    目前,基于震动筛霍尔位置传感器的位置估算算法主要有零阶估算算法、一阶估算算法以及在此基础之上的一些改进算法。零阶估算算法和一阶估算算法都是基于转子位置角度的泰勒展开式得到的。对采用低分辨率震动筛位置传感器的正弦波无刷直流电机控制系统的零阶估算算法和一阶估算算法进行了介绍和分析。零阶估算算法将上一个位置区间的平均电角速度作为当前区间的瞬时电角速度,当估算得到的位置角度超过了当前区间的角度范围时,将位置角度置为该区间的最大值,直到检测到下一个霍尔位置信号为止。这种估算方法适用于电机匀速运行阶段,在电机启动或变速阶段误差较大。
 
    震动筛的一阶估算算法是在零阶估算算法的基础上,将电角加速度加入到了转子电角速度和电角度的估算当中,显然可以提高电机在加减速时的速度和位置的精度,减小电机的转矩脉动。但这种算法仍不能满足电机启动和低速阶段的控制要求。为此,为震动筛电机启动和低速阶段专门设置了方波控制方法。提出了一种基于霍尔位置传感器的矢量跟踪观测器法,这种算法没有零阶算法和一阶算法的所面临的启动的问题,但高速性能不太好。将轴参考电流加入进来,减小转子位置估算误差,改善了电机的启动性能。提出在启动阶段按照给定参考速度来计算转子位置,低速时采用零阶估算算法,高速时采用反电势法,并通过交叉函数法,实现了各个阶段的无抖动切换。
 
    另外还提出一种基于震动筛线性霍尔元件的位置检测方法,这种方法可以避免外界环境的影响,但相对于开关型霍尔位置传感器,线性霍尔位置传感器成本较高。上面这些基于霍尔位置传感器的转子位置估算算法,其实都不能从根本上减少电机在启动或加减速时的位置估算误差,当转速出现频繁变动时,估算误差必然存在,因此只从估算算法单方面来考虑减少估算误差是不能从根本上解决问题的,必须将位置估算算法和震动筛电机的转速控制结合起来考虑。
 
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