Hall Speed and Position

使用霍尔传感器计算转子转速和估计转子位置

自 R2020a 起

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库:
Motor Control Blockset / Sensor Decoders

描述

Hall Speed and Position 模块通过跟踪霍尔状态的变化来计算转子的机械转速。该模块还通过使用方向、霍尔状态和外部计数器值输入来估计转子的电气位置。

该模块在控制器算法定义的固定时间间隔后周期性地执行。

示例

PMSM 的霍尔偏移量校准

此示例计算转子直轴（d 轴）和霍尔传感器检测到的位置之间的偏移量。磁场定向控制 (FOC) 算法需要此位置偏移量来正确运行永磁同步电机 (PMSM)。为了计算偏移量，目标模型在开环条件下运行电机。该模型使用常量 ${V_d}$ （沿定子 d 轴的电压）和零值 ${V_q}$ （沿定子 q 轴的电压），通过使用位置或斜坡发生器来运行电机（以低恒定转速）。当位置或斜坡值达到零时，对应的转子位置就是霍尔传感器的偏移值。

打开模型

使用霍尔传感器的 PMSM 的磁场定向控制

此示例采用磁场定向控制 (FOC) 方法来控制三相永磁同步电机 (PMSM) 的转速。FOC 算法需要转子位置反馈，通过使用霍尔传感器获得该反馈。有关 FOC 的详细信息，请参阅磁场定向控制 (FOC)。

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端口

输入

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HallVal — 当前霍尔传感器输出状态
标量

当前时间的霍尔状态。例如，以下是可能的有效霍尔状态（其中 MSB 表示连接的第一个霍尔传感器的输出）：

5 - (101)
4 - (100)
6 - (110)
2 - (010)
3 - (011)
1 - (001)

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

Cnt — 外部计数器值
标量

外部计数器值，模块使用该值来确定霍尔状态变化和模块执行之间所经历的时间。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

SpdCnt — 霍尔状态更改时的计数
标量

此值表示霍尔状态两次连续变化之间经过的时钟周期（时间）。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

Dir — 当前霍尔状态下的转子旋转方向
标量

在当前霍尔状态期间，转子旋转的方向（+1 或 - 1 分别表示正向或负向旋转）。

数据类型: int8 | int16 | int32

SpdVal — 当前和先前霍尔状态与转速计算的有效性
标量

端口值指示霍尔状态有效性。零值表示当前或先前的霍尔状态无效，并且该模块无法计算转速和位置。

值 1 表示当前和先前的霍尔状态都有效，并且该模块可以计算转速和位置。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

HallChng — 霍尔状态更改标志的值
标量

端口值指示霍尔状态更改和模块执行状态。值 1 表示霍尔状态更改，但模块执行处于挂起状态。值零表示该模块已完成最后一次霍尔状态更改的执行。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

输出

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θ_e — 转子的电气位置
标量

基于预期正向霍尔序列参数以及 Direction、HallVal 和 CounterValue 输入的估计的转子电气位置。

依存关系

要启用此端口，请将模块输出设置为位置或转速和位置。

数据类型: single | double | fixed point

⍵_m — 转子的机械转速
标量

转子的机械转速，单位为每分钟转数。模块通过跟踪霍尔状态变化来计算此值。

如果 SpdVal 输入为零，则端口返回零。

依存关系

要启用此端口，请将模块输出设置为转速或转速和位置。

数据类型: single | double | fixed point

HallChngRst — 将霍尔状态更改标志重置为零
标量

端口输出零值（将霍尔状态更改标志设置为零），表示该模块已成功执行最后一次霍尔状态更改的转速和位置计算。

数据类型: single | double | fixed point

参数

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常规

模块输出 — 选择输出端口
转速和位置 (默认) | 转速 | 位置

选择可用的模块输出端口作为以下值之一：

转速和位置
转速
位置

计数器大小 — 外部计数器寄存器的大小
32 位 (默认) | 8 位 | 16 位

外部计数器的寄存器大小。最大计数器值为 $2^{n} -1$ ，其中 $n$ = 计数器大小。

计数器时钟频率(Hz) — 外部计数器的时钟频率
`90e6` (默认) | 标量

外部计数器的时钟频率。

离散步长(秒) — 采样时间，在此采样时间过后模块将再次执行
`50e-6` (默认) | 标量

两次连续的模块执行之间的时间。

极对数 — 电机中可用的极对数
`8` (默认) | 标量

电机中可用的极对数。

最小可探测转速(RPM) — 模块可以检测到的最小转速
`20` (默认) | 标量

转速低于此值时，模块不会计算位置。

转速测量间隔 — 模块测量转速的时间间隔
每 180 度 (默认) | 每 60 度

转子角位移，表示计算 SpdCnt 端口值的间隔。

转速单位 — 转子角速度输出的单位
弧度/秒 (默认) | 度/秒 | RPM | 标幺

角速度或机械转速 (⍵_m) 输出的单位。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为转速或转速和位置。

转速数据类型 — 转子角速度输出的数据类型
单精度 (默认) | 双精度 | 定点

转子角速度输出的数据类型。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为转速或转速和位置。

位置

预期正向霍尔序列 — 指示正方向的序列
ABC (默认) | CBA | 自定义序列

表示转子旋转正方向的霍尔传感器序列。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为位置或转速和位置。

序列 — 指示正方向的自定义序列
`[5,4,6,2,3,1]` (默认) | 标量

您可以输入的自定义序列，用于表示转子正向旋转。

依存关系

要启用此参数，请进行如下设置：

将模块输出设置为位置或转速和位置。
将预期正向霍尔序列设置为自定义序列。

位置外插阶数 — 表示位置计算的精度
一阶 (默认) | 二阶

一阶选项在计算位置时不太精确，但速度很快。二阶选项更精确，但需要更多计算时间。以下方程描述选项：

$θ_{1 s t O r d e r} = θ_{s e c t o r} + ω t$

$θ_{2 n d O r d e r} = θ_{s e c t o r} + ω t + \frac{1}{2} α t^{2}$

其中：

$θ_{1 s t O r d e r}$ = 使用一阶外插方法计算的位置。

$θ_{2 n d O r d e r}$ = 使用二阶外插方法计算的位置。

$θ_{s e c t o r}$ = 由霍尔传感器输出定义的扇形角。

$ω$ = 转子的角速度。

$α$ = 转子的角加速度。

$t$ = 在一个扇区中花费的时间。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为位置或转速和位置。

位置单位 — 角位置输出的单位
弧度 (默认) | 度 | 标幺

角位置输出的单位。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为位置或转速和位置。

位置数据类型 — 角位置输出的数据类型
单精度 (默认) | 双精度 | 定点

角位置输出的数据类型。

依存关系

要启用此参数，请将模块输出设置为位置或转速和位置。

Hall Speed and Position

描述

示例

PMSM 的霍尔偏移量校准

使用霍尔传感器的 PMSM 的磁场定向控制

端口

输入

HallVal — 当前霍尔传感器输出状态 标量

Cnt — 外部计数器值 标量

SpdCnt — 霍尔状态更改时的计数 标量

Dir — 当前霍尔状态下的转子旋转方向 标量

SpdVal — 当前和先前霍尔状态与转速计算的有效性 标量

HallChng — 霍尔状态更改标志的值 标量

输出

θe — 转子的电气位置 标量

依存关系

⍵m — 转子的机械转速 标量

依存关系

HallChngRst — 将霍尔状态更改标志重置为零 标量

参数

常规

模块输出 — 选择输出端口 转速和位置 (默认) | 转速 | 位置

计数器大小 — 外部计数器寄存器的大小 32 位 (默认) | 8 位 | 16 位

计数器时钟频率(Hz) — 外部计数器的时钟频率 90e6 (默认) | 标量

离散步长(秒) — 采样时间，在此采样时间过后模块将再次执行 50e-6 (默认) | 标量

极对数 — 电机中可用的极对数 8 (默认) | 标量

最小可探测转速(RPM) — 模块可以检测到的最小转速 20 (默认) | 标量

转速测量间隔 — 模块测量转速的时间间隔 每 180 度 (默认) | 每 60 度

转速单位 — 转子角速度输出的单位 弧度/秒 (默认) | 度/秒 | RPM | 标幺

依存关系

转速数据类型 — 转子角速度输出的数据类型 单精度 (默认) | 双精度 | 定点

依存关系

位置

预期正向霍尔序列 — 指示正方向的序列 ABC (默认) | CBA | 自定义序列

依存关系

序列 — 指示正方向的自定义序列 [5,4,6,2,3,1] (默认) | 标量

依存关系

位置外插阶数 — 表示位置计算的精度 一阶 (默认) | 二阶

依存关系

位置单位 — 角位置输出的单位 弧度 (默认) | 度 | 标幺

依存关系

位置数据类型 — 角位置输出的数据类型 单精度 (默认) | 双精度 | 定点

依存关系

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

定点转换 使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。

版本历史记录

另请参阅

主题

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HallVal — 当前霍尔传感器输出状态
标量

Cnt — 外部计数器值
标量

SpdCnt — 霍尔状态更改时的计数
标量

Dir — 当前霍尔状态下的转子旋转方向
标量

SpdVal — 当前和先前霍尔状态与转速计算的有效性
标量

HallChng — 霍尔状态更改标志的值
标量

θ_e — 转子的电气位置
标量

⍵_m — 转子的机械转速
标量

HallChngRst — 将霍尔状态更改标志重置为零
标量

模块输出 — 选择输出端口
转速和位置 (默认) | 转速 | 位置

计数器大小 — 外部计数器寄存器的大小
32 位 (默认) | 8 位 | 16 位

计数器时钟频率(Hz) — 外部计数器的时钟频率
`90e6` (默认) | 标量

离散步长(秒) — 采样时间，在此采样时间过后模块将再次执行
`50e-6` (默认) | 标量

极对数 — 电机中可用的极对数
`8` (默认) | 标量

最小可探测转速(RPM) — 模块可以检测到的最小转速
`20` (默认) | 标量

转速测量间隔 — 模块测量转速的时间间隔
每 180 度 (默认) | 每 60 度

转速单位 — 转子角速度输出的单位
弧度/秒 (默认) | 度/秒 | RPM | 标幺

转速数据类型 — 转子角速度输出的数据类型
单精度 (默认) | 双精度 | 定点

预期正向霍尔序列 — 指示正方向的序列
ABC (默认) | CBA | 自定义序列

序列 — 指示正方向的自定义序列
`[5,4,6,2,3,1]` (默认) | 标量

位置外插阶数 — 表示位置计算的精度
一阶 (默认) | 二阶

位置单位 — 角位置输出的单位
弧度 (默认) | 度 | 标幺

位置数据类型 — 角位置输出的数据类型
单精度 (默认) | 双精度 | 定点

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

定点转换
使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。