测量无刷直流电动机速度的问题

Question

我正在编写PIC24FJ256GA106，通过使用霍尔传感器代替反电动势，使无刷直流电机的PIPD速度控制。目前我可以控制电机的启动、停止和旋转方向。

当我试图测量电机的当前速度时，我遇到了一个问题，因为我正在读取霍尔传感器位置变化之间的时间，这让我可以检测电机何时移动了60个机械等级。利用这个，我可以计算马达的速度，就像马达有一个恒定的速度，但这给我带来了问题，当马达加速或减速时。

在网上寻找，我发现一对夫妇从ST和Microchip的论文，他们描述了特定的ASIC如何模型BLDC电机控制工作，为计算电机的速度。Microchip的文档解释，它们简单地计算速度正如前面解释的那样，测量位置的变化之间的时间，并考虑到速度变化，如果它是线性的。

ST文件如下链接

https://www.st.com/resource/en/application_note/cd00004396-l6235-three-phase-buslless-dc-motor-driver -stmicroelectronics.pdf.pdf.

解释说明他们使用一个单稳态电路，该电路产生由霍尔传感器脉冲的上升沿触发的固定宽度脉冲。该固定宽度脉冲形成一个方形信号，其“按时”是由单稳态电路产生的脉冲的固定宽度，并且“关闭时间”是剩余的时间，直到霍尔传感器的下一个上升沿发生。这最终使得可变占空比的方形信号，并且可以从中获得具有与电动机的速度成比例的电压的DC信号。从那时起，我可以计算电机的速度。

对于第二种方法，我不打算在我的系统中添加单稳态物理电路，但是我可以很容易地将这种行为添加到我的代码中。唯一的问题是,我的汽车的名义速度为4000 r.p.m.当我做固定的代码与适当的脉冲宽度对于这个速度,我认为这将足够窄方波信号的直流电压很低,当电动机的速度太低。结果将是相同的问题，如果我使用测量时间和计算线速度的方法，如前所述。

那么，有没有一种方法来计算速度使用霍尔传感器足够精确，有良好的速度计算时，电机是加速或减速，或不?

Answer 1

所有你必须在你的代码做的是注意，从霍尔传感器的一个上升沿所经过的时间，以相同的传感器的下一个正边缘。这是电频率的周期。如果你有一个输入捕捉定时器，那么它应该是很容易自动获得这一时期。如果不这样做，你仍然可以通过从自由运行定时器每次你得到一个上升沿时间阅读记录经过的时间。我知道你有检测阳性边缘，因为否则你不能就能够在所有电机换向。

你不必尝试与你的代码，模仿单稳态。这不会帮助你以任何方式，我可以看到。

Answer 2

接下来的时间，然后再开始任何设计，在一份设计说明书中，将所有的定性词汇转化为数量。和一个可接受的，合理的%容忍。

“窄足有一个非常低的直流电压”考虑到TBD，考虑到UC 8位的SNR比率和分辨率给出了高达256：1和占空比范围的可能速度范围。或每个方向4000 rpm至32 rpm。

如果你的最大转速是4000转，你可以使充分规模4800转= 80赫兹或125毫秒/周期的一次拍摄。然后，通过一些代数运算或查找表，您可以使用频率计数器从任何脉冲关闭时间计算RPM。

您也可以从关断时间积分到每个周期用一个计数器和规模。

“霍尔传感器不够准确”这取决于他们是否在低转速和你的最低速度辍学。

英飞凌的I2C芯片和WSS芯片(轮速传感器)还有很多其他方法。

Answer 3

由于转子在霍尔事件之间移动60度，因此暗示了一个双极电机。因此，在4000 rpm，霍尔活动之间的时间是2.5毫秒。但是，您所引用的ST设备从单个霍尔设备执行其速度感测，因此其输入采样时间每次旋转或每15毫秒发生一次。

在15毫秒(忽略所有的保护电路)，控制器提供一个PWM信号。PWM电路打开直到电流检测到达一个参考点，然后关闭一个固定的时间。这个参考阈值不会改变，直到革命完成。

这就是PID的作用所在。您将测量获得一个旋转所需的时间量，并且您的PID算法将使用PID循环调整当前阈值。PID常量必须根据扭矩变化的预期频率和负载的惯性来选择，但是，在任何情况下，您的循环都不会做出任何调整，直到下一个样本，15毫秒后(或更长时间，如果运行更慢)。如果您正确地选择了常量，那么该循环将会很好地预测下一个样本什么时候会出现，并且只做很小的调整。如果没有，您的电机将减慢或失速时，加载和超调时，卸载，甚至可能“狩猎”。你只需要测量电流，并可以在软件中做其他一切，但你不能调整电机驱动器超过一次每转，它可能需要超过一圈为你的“赶上”突然变化。如果你担心你的速度可能会有所不同电机的一个革命期间,你可以从每个转换运行您的PID的三个大厅和得到六分之一的PID校正之间的一场革命,但我认为你可能会发现电机惯性会让这种不必要的。

好运！