自平衡兩輪車的線性霍耳位置檢測(cè)技術(shù)研究

譚俊杰，楊振強(qiáng)，杜署明

（大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧大連116024）

自平衡兩輪車的線性霍耳位置檢測(cè)技術(shù)研究

譚俊杰，楊振強(qiáng)，杜署明

（大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧大連116024）

針對(duì)自平衡兩輪車平穩(wěn)行駛需提供高精度電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的問(wèn)題，提出并實(shí)現(xiàn)基于線性霍耳傳感器的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)。采用設(shè)計(jì)的零漂抑制電路，消除位置信號(hào)的零點(diǎn)漂移；通過(guò)DSP分區(qū)間讀取位置傳感器信號(hào)，解決運(yùn)算溢出問(wèn)題，提高了位置信號(hào)解算精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法能有效抑制線性霍耳位置零漂，保證永磁同步電機(jī)位置檢測(cè)精度要求，實(shí)現(xiàn)自平衡兩輪車平穩(wěn)控制。

自平衡兩輪車；線性霍耳傳感器；永磁同步電動(dòng)機(jī)

自平衡兩輪車是一種類似倒立擺的兩輪車，輪子左右分布。其在沒(méi)有控制的情況，不能保持直立平衡，因此需要控制芯片維持平衡。其運(yùn)作原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”（dynamic stabilization）的基本原理上，利用車體內(nèi)部的陀螺儀和加速度傳感器，來(lái)檢測(cè)車體姿態(tài)的變化，并利用伺服控制系統(tǒng)，精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保持系統(tǒng)的平衡。平衡車除了有電源開(kāi)關(guān)外，基本沒(méi)有其他開(kāi)關(guān)用于控制。只要電源有足夠的電量，就不會(huì)跌落，與需要人自己控制行進(jìn)的滑板車等交通工具不同。該系統(tǒng)靈活性強(qiáng)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、無(wú)污染，可作為大眾在多種場(chǎng)合的代步工具［1］。

1 永磁電機(jī)基于線性霍耳的優(yōu)勢(shì)

永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁體，無(wú)需勵(lì)磁電流就能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，提高電機(jī)的有功輸出。其性能高、體積小、重量輕、功率密度大，能減小對(duì)有效車載空間的占用，且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比大，過(guò)載能力強(qiáng)，能滿足電動(dòng)汽車快速啟動(dòng)、頻繁起停的要求［2］。永磁同步電機(jī)采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（SVPWM）驅(qū)動(dòng)時(shí)，能在電氣和機(jī)械方面做到更加平滑安靜，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)非常小。因此，保證自平衡車兩輪平穩(wěn)行駛，輕盈靈活，即開(kāi)即停等性能，應(yīng)采用永磁同步電機(jī)。

永磁同步電機(jī)的SVPWM驅(qū)動(dòng)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置和速度作為反饋信號(hào)，進(jìn)行坐標(biāo)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流大小和方向的控制。位置檢測(cè)的方法主要有光電碼盤(pán)，旋轉(zhuǎn)變壓器和霍耳傳感器等［3］。

光電碼盤(pán)和旋轉(zhuǎn)變壓器的成本高，開(kāi)關(guān)型霍耳傳感器的位置檢測(cè)精度低不適合用于平衡車系統(tǒng)中。而線性霍耳位置傳感器檢測(cè)位置，有較高的精度，較寬的頻帶和較好的穩(wěn)定性、抗干擾性，成本低，安裝簡(jiǎn)單，是一種性價(jià)比較高的位置檢測(cè)方式，可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域［4］。因此，電機(jī)的位置檢測(cè)采用線性霍耳位置傳感器。

線性霍耳位置傳感器的原理就是一種霍耳效應(yīng)，并且在一定范圍的磁場(chǎng)內(nèi)隨著磁密大小的變化正比的線性輸出電壓信號(hào)。是一種磁敏式傳感器。因其線性正比于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的輸出特性，當(dāng)永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子位置的改變就會(huì)改變磁場(chǎng)大小，相應(yīng)的線性霍耳傳感器輸出電壓信號(hào)也會(huì)改變，這樣通過(guò)線性霍耳傳感器就可以獲得轉(zhuǎn)子的連續(xù)位置和速度信號(hào)［5］。

通過(guò)對(duì)永磁體磁環(huán)的優(yōu)化可使其產(chǎn)生正弦的氣隙磁場(chǎng)，這樣線性霍耳傳感器輸出電壓信號(hào)也是一個(gè)正弦信號(hào)。然而，只采用1個(gè)線性霍耳傳感器時(shí)，其在1個(gè)電氣周期產(chǎn)生的正弦電壓信號(hào)的同一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)于2個(gè)電角度值，不能直接檢測(cè)出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。在此，采用雙霍耳進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，即在永磁同步電機(jī)上安裝2個(gè)電角度相差90°的線性霍耳傳感器。這樣線性霍耳傳感器產(chǎn)生2路正交的電壓信號(hào)，分別作為轉(zhuǎn)子位置電角度的正、余弦，可以直接檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置和速度信號(hào)。其輸出電壓波形如圖1所示。

圖1 線性霍耳傳感器的輸出電壓波形Fig.1 The output voltage waveform of linear hall?effect sensors

其中2個(gè)霍耳傳感器的電壓信號(hào)為

式中：θ為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的電角度；U為最大磁密時(shí)，線性霍耳傳感器輸出電壓；U0為零磁密時(shí)，線性霍耳傳感器輸出電壓。

由于安裝誤差，以及環(huán)境溫度和器件本身的因素影響，并且線性霍耳傳感器在采集信息時(shí)同時(shí)也向控制應(yīng)用系統(tǒng)引入干擾，導(dǎo)致電壓信號(hào)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移（U0值的偏移）。因此，需要對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行抑制零漂電路的零點(diǎn)U0校正，使U0維持在一定值不變，改善輸出特性。

2 抑制零漂電路

一般抑制零點(diǎn)U0漂移的方法采用霍耳傳感器互補(bǔ)組合法，在同一位置安裝2個(gè)霍耳傳感器，同一敏感面相疊放在一起，即方向相反。這樣輸出2個(gè)互差180°（電角度）的電壓信號(hào)，具有差分特性，通過(guò)減法電路后，達(dá)到抑制共模信號(hào)、放大差模信號(hào)的功能［6］，抑制零點(diǎn)U0漂移，詳見(jiàn)文獻(xiàn)［6］。采用互補(bǔ)組合法時(shí)，需要安裝4個(gè)霍耳傳感器，安裝精度和工藝要求高，盡管采用相同型號(hào)批次的霍耳傳感器，每個(gè)霍耳傳感器受外界影響時(shí)的零點(diǎn)漂移也各不相同，由此2個(gè)霍耳傳感器差分放大輸出的零點(diǎn)漂移依然存在。在此，采用一種抑制零漂電路，在原有2個(gè)霍耳傳感器的基礎(chǔ)上，通過(guò)反饋補(bǔ)償來(lái)抑制零點(diǎn)U0的漂移。

抑制零漂電路是由運(yùn)放、TL431、電阻和電容搭建而成，對(duì)以U0=1.5 V為基準(zhǔn)的電壓信號(hào)進(jìn)行零點(diǎn)抑制，原理圖如圖2所示。

圖2 抑制零漂電路原理圖Fig.2 Zero drift suppression circuit schematic

圖2 所示電路是單個(gè)霍耳傳感器的抑制零漂電路，霍耳傳感器的輸出作為電路輸入電壓信號(hào)波形Vi（U0=1.5 V），電路的輸出電壓信號(hào)為Vo。Vi輸入經(jīng)過(guò)U1運(yùn)放，輸出方向相反的電壓波形。然后波形分為2路：一路經(jīng)過(guò)U2運(yùn)放和3 V，20 kΩ的直流量（相當(dāng)于1.5 V）相加輸出與Vi同相的以零電壓為基準(zhǔn)的電壓波形，如果輸入Vi零點(diǎn)U0向上漂移，此時(shí)經(jīng)過(guò)U2輸出的電壓波形的正值部分大于負(fù)值部分，經(jīng)過(guò)后面由RC搭建的濾波電路，輸出的電壓波形，正充電大于正放電，正直流量一直在累加，進(jìn)而得出零點(diǎn)U0向上漂移的的直流量，為正電壓值；同理，如果輸入Vi零點(diǎn)U0向下漂移，經(jīng)過(guò)U2的電壓波形正值部分小于負(fù)值部分，經(jīng)過(guò)RC電路時(shí)，負(fù)充電大于負(fù)放電，一直累加得出零點(diǎn)U0向下漂移的直流量，為負(fù)電壓值；亦可知，如果輸入Vi零點(diǎn)U0沒(méi)有漂移，經(jīng)過(guò)U2的電壓波形正值部分與負(fù)值部分相等，經(jīng)過(guò)RC電路時(shí)，負(fù)充電等于負(fù)放電，無(wú)直流量。經(jīng)過(guò)RC電路后得出漂移量經(jīng)過(guò)運(yùn)放U3作為反饋信號(hào)。Vi經(jīng)過(guò)U1后，另一路與反饋信號(hào)相加抑制零點(diǎn)U0漂移（當(dāng)Vi向上漂移時(shí)，經(jīng)過(guò)反向后向下漂移，反饋值經(jīng)上述分析為正電壓值，相加抑制零點(diǎn)U0漂移；反之同理可得抑制零點(diǎn)U0漂移），經(jīng)過(guò)U4反向電路得出輸出電壓波形Vo，與輸入Vi同向。此時(shí)，輸出電壓波形Vo是抑制零點(diǎn)U0漂移后的霍耳電壓信號(hào)，具有良好的輸出特性。

圖2中，U0=1.5 V的電壓由3 V，20 kΩ產(chǎn)生，其3 V電壓由TL431穩(wěn)壓產(chǎn)生。TL431是可控精密穩(wěn)壓源，其輸出電壓受溫度影響小、性能好、價(jià)格低，能提供準(zhǔn)確、受周圍環(huán)境影響小的穩(wěn)定電壓，保證U0=1.5 V不漂移。圖2中虛線部分，是TL431的應(yīng)用電路，用2個(gè)電阻1 kΩ，5 kΩ設(shè)定輸出電壓3 V，用來(lái)提供U0=1.5 V的電壓。

在電機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，磁場(chǎng)大小不變，線性霍耳輸出是直流電壓量不變，此時(shí)，若進(jìn)行零漂抑制，RC電路前面一直是直流電壓，反饋值不是漂移量，導(dǎo)致輸出電壓信號(hào)錯(cuò)誤，故不應(yīng)使用抑制零漂電路；當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)后，方能使用抑制零漂電路。通過(guò)軟件控制圖2中的開(kāi)關(guān)S，在電機(jī)停的時(shí)候，開(kāi)關(guān)S閉合，相應(yīng)的反饋量為零，抑制零漂電路不起作用，讀取電壓信號(hào)；當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，相應(yīng)的反饋量取出電壓信號(hào)的漂移量，抑制零漂電路工作，抑制零漂讀取電壓信號(hào)。

3 芯片解碼

由于線性霍耳位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的改變，輸出的信號(hào)為2個(gè)正弦余弦波形，需由DSP芯片TMS320F28069進(jìn)行解碼。DSP芯片對(duì)電壓信號(hào)AD采樣后，再計(jì)算出反正切函數(shù)值并折算得出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，DSP芯片可以用解碼得到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行SVPWM驅(qū)動(dòng)。在F28069芯片中，有反正切函數(shù)的算法，即arctan（Usin/Ucos），這種求反正切函數(shù)算法又稱為“直接法”。進(jìn)行位置解碼時(shí)，程序簡(jiǎn)單易行是其最大優(yōu)點(diǎn)。但是該方法有個(gè)缺點(diǎn)：精度低，主要原因是必須先做除法運(yùn)算后再求反正切函數(shù)，而此時(shí)的Usin和Ucos的誤差會(huì)通過(guò)除法運(yùn)算而被放大，特別當(dāng)Ucos在0附近時(shí)更會(huì)如此，且有可能溢出，因此需要進(jìn)行軟件處理，避開(kāi)該缺點(diǎn)。

首先，對(duì)比各個(gè)三角函數(shù)的分辨率，在角度位置為90°和89°的正弦值為1和0.999 8，此處，相差1°對(duì)應(yīng)的正弦值相差為0.000 2，在此把0.000 2叫做90°正弦的分辨率。由此可以依次求出正弦余弦和正切余切在特殊點(diǎn)的分辨率。正弦余弦和正切余切在特殊點(diǎn)的分辨率對(duì)比如表1所示。

表1 三角函數(shù)分辨率對(duì)比Tab.1 Comparison of trigonometric function resolution

從表1可以看出，正弦和正切在90°和270°附近分辨率低，誤差高；而余弦和余切在0°和180°附近分辨率低，誤差高。因此，為了提高位置角度的精度，采用的方式是，正切余切切換，避開(kāi)分辨率低、誤差高的地方。正切余切的函數(shù)圖如圖3所示。

圖3 正切余切函數(shù)圖Fig.3 Function diagram of tangent and cotangent

對(duì)一個(gè)360°（電角度）周期進(jìn)行細(xì)分，分為8個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間大小是45°（電角度），如圖3所示。在區(qū)間1，4，5，8內(nèi)，采用反正切函數(shù)進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)子位置電角度；在區(qū)間2，3，6，7內(nèi)，采用反余切函數(shù)進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)子位置電角度。這樣避免小數(shù)做除數(shù)時(shí)誤差被放大和溢出的可能，提高轉(zhuǎn)子角度的檢測(cè)精度。芯片解碼時(shí)，首先找出轉(zhuǎn)子位置角度處于哪個(gè)區(qū)間。判斷依據(jù)如表2所示，其中a是正弦值，b是余弦值，1為真，0為假。

表2 區(qū)間判斷依據(jù)Tab.2 Basis of interval judgment

由上述判斷依據(jù)可知，在芯片編程時(shí)，可以這樣實(shí)現(xiàn)：在|a|＜|b|時(shí)，采用反正切求得；在|a|＞|b|時(shí)，采用反余切求得。這也就是前面所說(shuō)的避免小數(shù)做除數(shù)，減少誤差。由于正切余切為180°一個(gè)周期，在芯片求反正切時(shí)，所得角度為（-90°，90°），且沒(méi)有反余切算法，因此，需要做一些變換，反余切的算法可以通過(guò)90°減去用反正切算法對(duì)余切值進(jìn)行運(yùn)算得到的角度得到。區(qū)間1由反正切直接求得無(wú)需折算；區(qū)間2和區(qū)間3由上述求反余切的方法求得；區(qū)間4由180°加去反正切求得角度值折算所得；區(qū)間5，6，7，8與區(qū)間1，2，3，4對(duì)稱，可有對(duì)應(yīng)區(qū)間求得的角度值加上180°折算所得，將其轉(zhuǎn)換到360°周期里。

綜上所述，在DSP芯片里計(jì)算角度，總結(jié)為下述函數(shù)表達(dá)式：

位置角度的檢測(cè)主要在PWM中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，具體的程序流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4位置檢測(cè)流程圖Fig.4 Flow chart of position detection

圖4 中θ為所需求得的轉(zhuǎn)子位置角度，減少誤差和溢出的可能，提高了角度位置的精度。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 抑制零漂電路仿真測(cè)試

通過(guò)Multisim仿真軟件的電路搭建對(duì)抑制零漂電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證能否抑制零點(diǎn)U0漂移，以及抑制零點(diǎn)U0漂移的效果，仿真電路如圖5所示。

圖5 仿真電路圖Fig.5 Simulation diagram

輸入信號(hào)由軟件信號(hào)發(fā)生器提供，用示波器觀察信號(hào)波形，輸入電壓信號(hào)以U0=1.5 V為基準(zhǔn)，上下漂移時(shí)觀測(cè)波形。示波器中：A代表輸入電壓信號(hào)，B代表經(jīng)過(guò)U2后以零電壓為基準(zhǔn)的電壓信號(hào)，C代表反饋電壓信號(hào)，D代表輸出電壓信號(hào)。

首先驗(yàn)證開(kāi)關(guān)S1的作用，當(dāng)圖5中的開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，輸入信號(hào)零點(diǎn)U0向上漂移時(shí)，示波器波形如圖6所示。

圖6 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)向上漂移信號(hào)波形Fig.6 Upward drift signal waveform when switch on

由圖6可驗(yàn)證，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，輸入輸出完全相同，抑制零漂電路不工作。

當(dāng)圖5中的開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)時(shí)，上下漂移觀測(cè)波形如下：

1）當(dāng)輸入信號(hào)零點(diǎn)U0向上漂移時(shí)，示波器波形如圖7所示。

圖7 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)向上漂移信號(hào)波形Fig.7 Upward drift signal waveform when switch off

2）當(dāng)輸入信號(hào)零點(diǎn)U0向下漂移時(shí)，示波器波形如圖8所示。

圖8 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)向下漂移時(shí)信號(hào)波形Fig.8 Downward drift signal waveform when switch off

通過(guò)示波器觀測(cè)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)時(shí)，抑制零漂電路工作，當(dāng)輸入A上移或下移的時(shí)候，抑制零漂電路會(huì)取出其上移或下移的漂移量C作為反饋與輸入相加，將其向下或者向上進(jìn)行抑制零點(diǎn)U0漂移。

在不同漂移量下，計(jì)算經(jīng)過(guò)抑制零漂電路得到位置角度的精度。分別對(duì)理想電壓信號(hào)和經(jīng)過(guò)零漂電路的電壓信號(hào)，應(yīng)用芯片解碼中式（1）和式（2）計(jì)算出對(duì)應(yīng)的位置角度θ0（真實(shí)值）和θ1（測(cè)量值），計(jì)算絕對(duì)誤差：

首先根據(jù)式（3）計(jì)算U0=1.42 V，漂移量為-0.08 V，在（1°，360°）區(qū)間的絕對(duì)誤差（步長(zhǎng)為1°），繪制出圖9。

圖9 絕對(duì)誤差Fig.9 The absolute error

由圖9可以看出，隨著角度的增大，絕對(duì)誤差近似正弦變化，取最大絕對(duì)誤差表示位置角度的精度。在不同漂移量下，經(jīng)過(guò)抑制零漂電路得到的輸出電壓信號(hào)相對(duì)以U0=1.5 V電壓為基準(zhǔn)的理想正弦信號(hào)的差值，且計(jì)算出角度的最大絕對(duì)誤差，繪制出表3。

表3 不同漂移量下輸出和理想正弦信號(hào)的差Tab.3 Difference between the output and the ideal sinusoidal signal under different amount of drift

由表3可知，當(dāng)輸入漂移時(shí)，經(jīng)過(guò)抑制零漂電路得到輸出電壓信號(hào)與理想電壓信號(hào)差值很小，抑制了零漂，有良好的輸出特性的輸出電壓信號(hào)，零漂基本消除，說(shuō)明抑制零漂電路起到抑制零點(diǎn)U0漂移的作用，且效果顯著。位置角度精度比較高，在上下漂移量為0.08 V的范圍內(nèi)，可以保證絕對(duì)誤差在0.074 9°范圍內(nèi)，滿足自平衡車的控制要求。

4.2 自平衡車平臺(tái)測(cè)試

為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，選取TMS320F28069作為控制芯片，采用MPU6050慣性傳感器作為車身傾角檢測(cè)裝置，利用互補(bǔ)濾波算法解算得到車身傾角［7］，以永磁同步電機(jī)作為平衡車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。

在自平衡兩輪車上加入抑制零漂電路，電機(jī)線性霍耳傳感器的輸出接抑制零漂電路輸入，抑制零漂電路輸出接芯片AD口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)觀測(cè)抑制零漂電路輸入輸出電壓信號(hào)波形如圖10所示。

圖10 抑制零漂電路在工作和不工作情況下的信號(hào)波形Fig.10 Signal waveform of zero drift suppressioncircuit at work and do not work situations

圖10 a是在開(kāi)關(guān)S閉合情況下的電壓波形，此時(shí)抑制零漂電路不工作，輸入輸出相同，電路正確。圖10b是在開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)情況下的電壓波形，輸入信號(hào)向上有漂移，經(jīng)過(guò)電路輸出向下抑制，電路正確。

位置檢測(cè)方法采用開(kāi)關(guān)型霍耳元件和線性霍耳元件試驗(yàn)對(duì)比，見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)對(duì)比Tab.4 The comparison of tests

采用開(kāi)關(guān)型霍耳元件進(jìn)行位置檢測(cè)時(shí)電角度分辨率為60°，在自平衡車上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí)，位置檢測(cè)不到，且采用兩相導(dǎo)通脈寬調(diào)制控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，平衡時(shí)劇烈抖動(dòng)。由于自平衡兩輪車采用了線性霍耳位置傳感器和抑制零漂電路的檢測(cè)技術(shù)，位置檢測(cè)精度高，在電動(dòng)車中間平衡位置的時(shí)候，能精確地找到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，采用空間矢量脈寬調(diào)制，根據(jù)不同的位置給出相應(yīng)的占空比，輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，實(shí)現(xiàn)平衡車的平衡控制和平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)論

由于自平衡兩輪車采用了裝有線性霍耳位置傳感器的永磁同步電機(jī)，位置檢測(cè)精度高，且通過(guò)抑制零漂電路進(jìn)行抑制和減小外界干擾造成的零點(diǎn)漂移，以及通過(guò)軟件分區(qū)間進(jìn)行解碼處理，保證位置讀取的可靠性和精準(zhǔn)度，為空間脈寬調(diào)制技術(shù)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的位置信號(hào)，提高驅(qū)動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、平穩(wěn)安靜的運(yùn)行。為自平衡兩輪車平穩(wěn)行駛、平衡運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)提供了保證。

［1］Tsai M C，Hu J S，Hu F R.Actuator Fault and Abnormal Op?eration Diagnoses for Auto?balancing Two?wheeled Cart Con?trol［J］.Mechatronics，2009，19（5）：647-655.

［2］楊帆.電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器矢量控制系統(tǒng)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

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Motor Position Detection Method by Linear Hall?effect Sensors of Two?wheeled Self?balancing Vehicle

TAN Jun?jie，YANG Zhen?qiang，DU Shu?ming
（College of Electrical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China）

To achieve smooth driving of the two?wheeled self?balancing vehicle which requires highly precise motor rotor position signal，a permanent magnet synchronous motor（PMSM）control system based on linear hall?effect sensors was developed.A drift suppression circuit was designed to eliminate the zero drift of position signals; processing the position signals with different methods according to different ranges using digital signal processor（DSP）solved arithmetic overflow and improved the accuracy of the position signal.Experimental results illustrate the proposed method can effectively eliminate zero drift of linear hall?effect sensors which ensure PMSM position detection accuracy and achieve smooth control of two?wheeled self?balancing vehicle.

two?wheeled self?balancing vehicle;linear hall?effect sensors;permanent magnet synchronous motor（PMSM）

TM351

A

2014-10-27

修改稿日期：2015-04-09

譚俊杰（1990-），男，碩士研究生，Emial：junjiedlut@163.com