永磁同步电机因其效率高、能耗低、体积小、调速范围宽等优点在工控行业越来越得到广泛的应用。要实现电机的高精度全闭环控制,必需准确获取电机转子的位置、速度信息。
目前应用的位置传感器主要是光电编码器,但机械冲击等因素引起的振动易使码盘破碎;并且由于成本因素,一般使用增量式编码器,容易产生读书累计误差;而绝对式编码器价格昂贵、且体积大,增加了机械结构的复杂度和成本,并且和控制器之间的数据通信容易产生误差。针对以上问题,许多学者提出了应用反电动势、状态观测器、神经网络、或卡尔曼滤波器的无位置传感器控制策略,但是计算模型复杂以及运算量大、耗时长,直接影响到系统控制周期和控制效果,需要高性能处理器,并且估算效果严重依赖于电机参数的准确性(电机长时间运行下的发热将导致参数发生飞线性变化),低速下控制性能差,尤其是系统刚上电情况下很难获取电机转子初始位置。因此这些控制方式真正实现在工农业生产中达规模应用还需一定时间。
为了降低成本,徐永向等人提出了一种采用单个锁定型(开关)霍尔进行角度测量的方法,取得一定的效果,但是存在低速和电机速度变化较快时性能不高的缺点;同时从开关霍尔工作特性曲线可以看出,开关霍尔信号输出存在磁滞现象,是得测量算法存误差,精度不高。线性霍尔具有体积小、价格低等优点,刘勇等人提出了一种基于线性霍尔元件的新型绝对式多极磁电轴角编码器设计方案,取得了较好的效果。还提出了一种应用线性霍尔元件的准无位置传感器伺服控制方案,采用两个环形磁钢固定在电机非负载端轴上作为粗精码道实现角度细分,利用线性霍尔元件来得到电机转子位置信息。霍尔元件的输出直接单片机的模拟输入口,径模数转换成数字信号。预先用一高精度的增量式光电编码器进行校准,得到霍尔信号和标准角度得到关系,将数据存储单片机的只读存储器中。实际工作下,通过查表得到电机转子位置来实现闭环控制,计算量非常小,基本不占用控制时间。在保证控制效果前提下,极大降低了产品成本,提高了产品可靠性。