目录

霍尔角度估算原理

霍尔角度估算FOC模型和仿真

代码生成软件调试

总结

霍尔角度估算原理

PMSM在定子侧以互差120°电角度的位置安装3个霍尔元件Ha, Hb, Hc。当转子转动时，霍尔元件会产生3个相位差120°电角度的高低电平信号。霍尔信号会将一个电周期划分为6个扇区，每个扇区60°电角度，通过单片机的定时器捕获可以获得每个扇区运行的时间t。 为了获得准确的转子角度，电机绕组A相接电源正极，BC两相接电源负极，定子磁场与转子磁场相互作用，最终定位到转子零位点，也就是A相绕组的轴线位置。确定零位点后，根据霍尔的信号顺序，可以得到霍尔信号与转子位置的对应关系，如下表所示：

从上表可知，通过6个位置的霍尔，只能得到6个准确的位置角度，而FOC控制需要的角度是0°~360°(0-2π). 就需要采用一定的手段把6个位置拟合成连续的位置。

这里采用平均加速度法通过6个位置点估算出电机的角度。平均加速度法中假设电机的机械时间常数远大于电气时间常数，认为每个扇区内速度恒定不变，并且忽略从上一扇区到下一扇区的速度突变。原理如下：

 通过MCU中断可以捕获霍尔的6个位置，角速度可计算：

 代表当前的角速度，可以通过霍尔中断计算得到6个位置的角速度。平均加速度法假设在每个扇区内角加速度不变，并且扇区切换时角加速度不突变。角加速度如下：

 实时角速度可以计算：

 电角度可以表示为：

霍尔角度估算FOC模型和仿真

根据以上的计算原理，搭建仿真模型：

Hall模型的构建需要搭建Hall信号，模拟MCU的定时计数器模块，Hall中断，ADC中断。

 通过模拟MCU的计数器仿真实际硬件的计时方式，这里可以调整计数频率和实际MCU匹配，也可以通过改生成后代码的参数。计数值的计数频率就是模型的仿真步长，在实际硬件中如果时间换算不正确可能会引起转速估算不对。角度估算模块如下：

系统仿真效果：

估算角度和实际角度

 速度环控制

代码生成软件调试

通过MCU定时器2的中断，读取霍尔引脚电平，得到电机扇区，并读取到定时器5进入霍尔中断时的计数值传入模型生成的代码接口。

Demo板的电机接线和霍尔序列对应的角度顺序如下，不同的电机顺序可能不一样，接线顺序不一样Hall扇区也会不一样，MCU不一样计数器的频率也有可能不一样，需要针对实际的硬件和MCU底层合理调整。除此之外，还有补偿角度也有可能不一样。

 如下图，手拨动电机转动，如果角度超前或者滞后就可调整Hall_AngleShift参数，使其和编码器的角度（这里编码器等于真实角）保持一致，也可以通过无感跑起来后在线调整。也可以通过恒定负载微调使相电流减小找到最合适的值。

总结

从仿真效果和实际运行效果可以看出，霍尔在速度极低的时候角度估算误差是挺大的，这也是目前霍尔FOC面临的难题。本实例通过Simulink建模模拟Hall信号和 MCU定时器，实现了霍尔FOC电机控制测试系统的构建，并生成代码在开发板上运行。