[发明专利]基于线性霍尔的控制力矩陀螺外框转速和位置控制方法

说明书

本发明公开了基于线性霍尔的控制力矩陀螺外框转速和位置控制方法，其包括：将第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器、第三线性霍尔传感器空间120°对称安装于控制力矩陀螺外框永磁同步电机的定子上；将线性霍尔传感器输出转化为数字信号，并减去电枢磁场干扰项后通过查表得到永磁同步电机转子位置信息的位置计算器。本发明将线性霍尔传感器安装于控制力矩陀螺外框永磁同步电机的定子上，并提供线性霍尔传感器对控制力矩陀螺外框转速和位置高精度控制的方法，解决了现有永磁同步电机中电机转子的位置和速度的检测方法效率不够高的问题，实现了控制力矩陀螺的减重和小型化。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，特别涉及一种基于线性霍尔的控制力矩陀螺外框转速和位置控制方法。

背景技术

使用永磁同步电机的控制力矩陀螺外框转速和位置控制系统中，一般采用全桥式驱动电路来控制电机三相绕组电流的导通和关断，从而改变磁场实现对转速和位置的控制。为了实现对控制力矩陀螺外框转速和位置的高精度控制，需要实时采集控制力矩陀螺外框永磁同步电机转子位置和速度信息，利用这些反馈信息实现对电机定子电流大小、方向的控制。现有的永磁同步电机控制中，转子的位置、速度检测一般通过高精度的绝对式光电编码器或感应同步器来实现，控制装置结构庞大复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线性霍尔的控制力矩陀螺外框转速和位置控制方法，以解决现有永磁同步电机中，电机转子的位置和速度的检测方法效率不够高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于线性霍尔的控制力矩陀螺外框转速和位置控制方法，其特征在于，包括：将第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器、第三线性霍尔传感器空间120°对称安装于控制力矩陀螺外框永磁同步电机的定子上；将线性霍尔传感器输出转化为数字信号，并减去电枢磁场干扰项后通过查表得到永磁同步电机转子位置信息的位置计算器；将控制力矩陀螺外框位置指令与永磁同步电机转子位置信息作差运算的第一减法器；根据所述第一减法器的输出形成控制力矩陀螺外框转速控制指令的位置控制器；固定间隔时间的永磁同步电机转子位置信息作差运算得到永磁同步电机转速信息的转速计算器；将位置控制器得到的永磁同步电机转速控制指令与永磁同步电机转子转速信息作差运算的第二减法器；根据所述第二减法器的输出形成永磁同步电机转矩电流命令的转速控制器；将所述转矩电流命令与三相逆变器输出的相电流采样值作差运算的第三减法器；根据所述第三减法器的输出形成定子电压控制命令的电流控制器；所述定子电压控制命令通过PWM输出机输出到三相逆变器；位置计算器通过AD采样第一线性霍尔传感器、第二线性霍尔传感器、第三线性霍尔传感器模拟量计算得到的永磁同步电机转子转速信息，并输出到转速计算器。

优选地，所述的控制方法包含以下步骤：步骤(1)，检测三个线性霍尔传感器的输出；步骤(2)，根据三个线性霍尔传感器的输出得到控制力矩陀螺外框永磁同步电机的位置和角速度测量信息；步骤(3)，将永磁同步电机的位置和角速度测量信息代入到位置环与速度环中进行计算，实现控制力矩陀螺外框转速和位置控制。

优选地，第一线性霍尔传感器的输出u₁、第二线性霍尔传感u₂、第三线性霍尔传感的输出u₃为：

式中，K＝K_hI_hB_m为气隙磁场基波霍尔电势幅值；K_h为线性霍尔传感器的霍尔电势系数，单位为V/(A·T)；I_h为霍尔传感器的励磁电流，单位为A；B_m为被敏感气隙磁场的磁感应强度峰值，单位为T；θ＝ωk为永磁同步电机转子k时刻所在位置的电气角，ω为永磁同步电机转子角速度，单位为rad/s。

优选地，永磁同步电机转子角速度测量信息为式中，ω(k)为第k时刻的永磁同步电机转子速度，单位rad/s；θ(k)为第k时刻的永磁同步电机转子位置，单位为rad；ΔT为速度采样周期，单位为s；k表示速度采样时刻。