矢量控制常用的位置传感器是什么？

1. 矢量控制常用的位置传感器
在电机磁场定向控制算法中，电机转子位置的获取是必要的，在高精度应用场合，通常使用编码器、旋转变压器进行位置反馈，这种方式需要较高的成本。对于一般的应用场合，如电动自行车等，通常可以使用低分辨率的Hall位置传感器，如果是使用于家用电器这种对成本十分敏感的场合，甚至可以使用无位置传感器算法(状态观测器)对位置信号进行提取。这里着重讨论通过Hall传感器的方式提取电机转子电角度。
2.Hall传感器的原理
通常，霍尔位置传感器在电机中按120度电角度位置放置，在这种放置下，电机旋转一个电周期会出现6种不同的状态，每种状态维持60度电角度。下图显示了霍尔信号与三相反电动势的关系，也是测试电角度补偿角的依据，图中所示的电角度偏移量为-90度电角度，电机角度增加的方向定义为电机旋转时反电势A相超前B相，B相超前C相的方向(注意：后面程序都是q轴与alpha轴夹角)。





3.STM32的Hall接口
STM32内部的定时器外设自带Hall传感器接口，可对三路Hall信号进行异或运算，只要有一路Hall信号产生变化，定时器可以及时捕获，通过软件更新电角度并计算当前电机的速度，具体的程序实现请看下节。
4.程序实现
(1)该程序的计数周期为10us，重载寄存器设定为0xFFFF,若产生更新中断(655ms)，则认为电机的速度为零；
(2)实际应用中应该对速度进行滤波，本程序未对速度进行滤波，如果需要滤波，您可以自行实现。
(3)本程序和STM32电机库使用的电角度一致，即认为A相反电势最高点为电角度零点(q轴与alpha轴的夹角为零)，您可以参阅STM32的UM0492用户手册中文版进行理解。
(4)有关Hall电角度的偏移量的测量请参考Hall同步电角度测量，请注意正方向为反电势A相超前B相，B相超前C相的方向，如果有不理解，可以留言。
(5)其中也有不少参考了STM32的电机库，如有不明白的地方，可以看UM0492用户手册，里面讲解比较详细。
以下是STM32定时器3的配置：

以下是STM32定时器3的配置：


void TIM3_Init(void)
{
        RCC->APB1ENR |= 1<<1;
        RCC->APB2ENR |= 1<<0;
        RCC->APB2ENR |= 1<<4;
        AFIO->MAPR |= 3<<10;
        GPIOC->CRL &= 0x00FFFFFF;
        GPIOC->CRL |= 0x44000000;
        GPIOC->CRH &= 0xFFFFFFF0;
        GPIOC->CRH |= 0x00000004;
        TIM3->PSC = 719;
        TIM3->ARR = 0xFFFF;
        TIM3->CNT = 0;
        TIM3->CR1 = (0<<8)|(0<<7)|(0<<5)|(0<<4)|(0<<3)|(1<<2)|(0<<1)|(0<<0);
        TIM3->CR2 = (1<<7);
        TIM3->SMCR = (4<<0)|(4<<4);
        TIM3->CCMR1 = 0x0003;
        TIM3->CCER = 0x0001;
        TIM3->SR = 0;
        TIM3->DIER = (1<<0)|(1<<1);
        NVIC->ISER[TIM3_IRQn/32] |= 1<<(TIM3_IRQn%32);
        NVIC->IP[TIM3_IRQn] = 5<<4;
        TIM3->CR1 |= 0x01;
}


以下是STM32定时器3中断函数：


static void Hall_IRQHandler(AllVar_t *pA)
{
        uint8_t HallState_Last;
        int16_t Abs_Speed01Hz;
        HallVar_t *pH = &pA->HallVar;
        if( TIM3->SR & (1<<0) )
        {
                TIM3->SR &= ~(1<<0);
                if(pA->MState == MC_RUN)
                {
                        pA->EState = STALLERROR;
                }
                pH->EAngleDpp = 0;
                pH->IsFirstCap = 1;
                pH->Speed01Hz = 0;
        }
        else if( TIM3->SR & (1<<1) )
        {
                TIM3->SR &= ~(1<<1);
                HallState_Last = pH->HallState;
                pH->HallState = GetHallState();
                switch(pH->HallState)
                {
                        case 5:
                                if(HallState_Last == 4)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)HALL_OFFSET;//0 degree
                                }
                                else if(HallState_Last == 1)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/6)); // 60 degree
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }
                        break;
                               
                        case 1:
                                if(HallState_Last == 5)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/6));
                                }
                                else if(HallState_Last == 3)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/3));
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }                       
                        break;
                               
                        case 3:
                                if(HallState_Last == 1)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/3));
                                }
                                else if(HallState_Last == 2)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/3) + (int16_t)(65536/6));
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }                                       
                        break;
                               
                        case 2:
                                if(HallState_Last == 3)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET + (int16_t)(65536/3) + (int16_t)(65536/6));
                                }
                                else if(HallState_Last == 6)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET - (int16_t)(65536/3));
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }                               
                        break;
                               
                        case 6:
                                if(HallState_Last == 2)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET - (int16_t)(65536/3));
                                }
                                else if(HallState_Last == 4)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET - (int16_t)(65536/6));
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }                               
                        break;
                               
                        case 4:
                                if(HallState_Last == 6)
                                {
                                        pH->RotorDir = 1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)(HALL_OFFSET - (int16_t)(65536/6));
                                }
                                else if(HallState_Last == 5)
                                {
                                        pH->RotorDir = -1;
                                        pH->EAngle = (int16_t)HALL_OFFSET;
                                }
                                else
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;
                                }                               
                                break;
                               
                                default:
                                        pA->EState = FBKERROR;                               
                                break;
                        }
                        if(pH->IsFirstCap == 1)
                        {
                                pH->EAngleDpp = 0;
                                pH->IsFirstCap = 0;
                        }
                        else
                        {
                                pH->CapValue = TIM3->CCR1;
                                pH->EAngleDpp = (int16_t)((uint32_t)72000000/(TIM3->PSC+1)/6*65536/pH->CapValue/PWM_FREQ);
                                pH->EAngleDpp *= pH->RotorDir;
                                pH->Speed01Hz = (int16_t)((int32_t)pH->EAngleDpp*PWM_FREQ*10/65536/POLEPAIR_NUM);
                                if(pH->Speed01Hz>0)   
                                {
                                        Abs_Speed01Hz = pH->Speed01Hz;
                                }
                                else
                                {
                                        Abs_Speed01Hz = -pH->Speed01Hz;
                                }
                                if( Abs_Speed01Hz > (int16_t)SPEED_MAX/6)
                                {
                                        pA->EState = FBKERROR;                       
                                }
                        }
        }
}