自動平滑門永磁直線同步電機正弦控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機控制領域，具體涉及自動平滑門永磁直線同步電機正弦控制方法。
【背景技術】
[0002]在自動平滑門領域被控制對象的運動軌跡為往復直線運動，而直線電機由于不需要復雜的機械傳動機構，安裝方便，生產成本低，運行行程不受限制，同時遇阻力小，使用安全，能直接產生推力，省去了中間轉換機構，不需要任何轉換裝置，系統慣量小，加速度高，是自動平滑門的理想動力裝置。
[0003]但是直線電機沒有減速機構，相比較旋轉電機而言，運行速度低，其固有的端部效應和齒槽效應導致的推力波動在該領域表現較為明顯，如果機械設計不合理，運行過程中容易引起共振而產生噪聲，而永磁直線同步電機由于采用永磁體勵磁，在齒槽效應和端部效應的雙重作用下，在初級和次級之間的氣隙中會產生推力紋波，而為了減小推力紋波，應使永磁直線同步電機的初級電流波形和空載反電勢波形盡量接近正弦波形，采用正弦控制方式的有效措施。
[0004]另一方面，永磁同步電機的正弦控制離不開對動子位置的檢測，由于直線電機直接產生直線運動，而且行程較長，一些旋轉電機上采用的位置傳感器(如光學編碼器、旋轉變壓器等)無法直接在直線電機上采用，如果全程增加位置檢測(如光柵尺、磁柵尺等)，成本太高；線性霍爾雖然價格略低，但是其本身易受到干擾，對采樣要求很高，實際使用效果不佳；近年來，基于無位置傳感器的正弦控制方法成為研究熱點，但是控制算法復雜，尤其用在自動平滑門領域存在啟動速度慢等問題。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了抑制自動平滑門永磁直線同步電機推力波動，提供一種基于開關型霍爾位置傳感器的自動平滑門永磁直線同步正弦控制方法。
[0006]本發明通過以下技術方案實現:自動平滑門永磁直線同步電機正弦控制方法，步驟如下:
步驟一，根據自動平滑門給定運行速度，通過“速度-PWM”對應關系表得到在方波驅動方式下需要提供給U、V、W三相驅動電路的PWM為F-PWM ；
步驟二，在永磁直線同步電機的定子安裝有三相開關型霍爾位置傳感器，三相開關型霍爾位置傳感器發出的霍爾信號經過濾波整形后被同時輸入到單片機I/O端口 S1、S2、S3和倍頻電路，倍頻電路將經過濾波整形的霍爾信號三倍頻后再輸入單片機的一個捕獲端口，讓動子相對于定子每移動60°電角度，單片機就能捕獲一個上升沿或下降沿，并通過內部捕獲單元可以獲取動子每運行60°電角度的運行時間SIN-N ；
步驟三，單片機每次捕獲一個上升沿或下降沿后就讀取開關型霍爾位置傳感器輸入到單片機I/O端口的信號，動子每運行360°電角度后，在單片機I/O端口 S1、S2、S3上依次循環得到6個不同的動子起始位置電平信號值；
步驟四，單片機每次捕獲一個上升沿或下降沿后就立即啟動單片機內部的一個定時器開始實時檢測動子此后運行的時間SIN-K ；
步驟五，根據動子前一次相對于定子移動60°電角度的運行時間和當前運行時間可以預計出動子相對于前一個60°后所經過的電角度；
步驟六，通過在單片機I/O端口 S1、S2、S3可以獲得不同的動子起始位置，并計算出動子當前電角度的位置；
步驟七，根據計算出的動子當前所處的電角度位置，結合方波驅動方式下，需要提供給驅動電路的PWM分別計算出下一時刻需要提供給U、V、W三相H橋驅動電路的PWM值；
步驟八，分別將PWM-U、PWM-V, PWM-W賦給單片機PWM占空比匹配單元，產生U、V、W三相H橋驅動電路的上橋臂PWM驅動波形Spwm-U+、Spwm-V+> Spwm-W+;U> V、W三相H橋驅動電路的下橋臂PWM驅動波形Spwm-U—、Spwm-V—、Spwm_W—與對應側上橋臂相同,但極性相反；動子運行360°電角度后，便可以在永磁直線同步電機的U、V、W三相線圈得到互差120°電角度的馬鞍型合成正弦波端電壓，來抑制直線電機的推力波動。
[0007]在不增加成本的情況下，本發明采用三相開關型霍爾位置傳感器得到永磁直線同步電機定子與動子的相對位置，再經過倍頻電路更加容易檢測到動子相對于定子前一個60°電角度運行時間，同時單片機內部實時檢測動子相對于定子當前運行時間，并預計出動子與定子當前相對位置，采用正弦插值法，給定子線圈提供互差120°電角度的三相正弦數值的PWM驅動波形，從而使三相定子線圈獲得互差120°的正弦波驅動電壓。
[0008]作為優選，所述U、V、W三相H橋驅動電路的下橋臂PWM驅動波形與對應側上橋臂相同，但極性相反，通過此三相H橋驅動電路，給定子線圈提供互差120°電角度的三相正弦數值的PWM驅動波形，從而使三相定子線圈獲得互差120°的正弦波驅動電壓。
[0009]作為優選，所述三相開關型霍爾位置傳感器相對于一對動子磁極長度以互差120°電角度均勻分布在定子上，保證了三相開關型霍爾位置傳感器可以更加好的將霍爾信號傳出。
[0010]作為優選，利用所述三相開關型霍爾位置傳感器來檢測所述永磁直線同步電機的動子位置信息，并獲得霍爾信號，所述霍爾信號作為所述動子位置信號。
[0011]本發明的有益之處在于:I)采用三相開關型霍爾位置傳感器得出的位置信號精度高，在高速區或相對低速下都能滿足正弦波驅動的要求，電機運行平穩，速度精度高；2)采用三相開關型霍爾位置傳感器使得永磁同步電機控制系統成本大大降低，使其具有很強的競爭力；3)采用本發明的正弦控制方法能夠在永磁直線同步電機的U、V、W三相線圈得到互差120°電角度的馬鞍型合成正弦波端電壓，相比較傳統方波驅動能明顯抑制永磁直線同步電機推力波動，降低自動平滑門的運行噪聲，有利于提高自動平滑門性能。
【附圖說明】
[0012]圖1為自動平滑門永磁直線同步電機正弦控制方法框圖。
[0013]圖2為自動平滑門永磁直線同步電機正弦控原理框圖。
[0014]圖3為三相開關型霍爾位置傳感器輸入及倍頻電路圖。
[0015]圖4為三相開關型霍爾位置傳感器信號及倍頻后波形圖。
[0016]圖5為永磁直線同步電機U、V、W三相H橋驅動電路圖。
[0017]圖6為永磁直線同步電機U、V、W三相PWM值正弦化后曲線圖一一橫坐標為電角度。
[0018]圖7為永磁直線同步電機U、V、W三相定子線圈端電壓等效波形圖一一橫坐標為電角度。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖與【具體實施方式】，對本發明作進一步描述。
[0020]見圖1至圖7，自動平滑門永磁直線同步電機正弦控制方法，包括如下步驟: 步驟一，根據自動平滑門下一時刻給定運行速度V (to)，通過“速度-PWM”對應關系表得到在方波驅動方式下需提供給U、V、W三相驅動電路的PWM，表示為F-PWM ；
步驟二，三相開關型霍爾位置傳感器的U、V、W輸出端輸出位置信號HuoEr-U、HuoEr-V、HuoEr-W經過濾波整形后被同時輸入到單片機上的I/O端口 S1、S2、S3和倍頻電路中，倍頻電路將所接收的信號倍頻形成三倍頻率信