《自动化技术与应用》2010年第29巻第10期仪器仪表与检測技术
Instru mentation and Measurment
基于虚拟仪器的霍尔电流传感噐延迟补偿研究
侯玉佳1,王继红1,宋小刚2
(1.郑州科技学院电子工程系,河南郑州450064;2.南京航空航天大学精密驱动研究所,江苏南京210016
摘要:对翟尔电流传感器延迟产生的札理进行分析。采用拟仪器技术,用实验方法辩识出
霍尔电流传感器測蟹超声频城信号的延
退时。介绍了非线性
曲线拟合方法在电流传感器延迟补偿中的应用。測试表明,补偿收到了良好的效果。
关鍵词:霍尔电流依器;啦拟仪器;曲线拟合:延迟补
中图分类号:『M93.15文献标识码:3文章痛号:1003-7241(2010)10-0102-04
Study of Delay Compensation for Hall Effect Current Sensor
Based on Virtual Instrument Technology
HOU Yu-jia WANG Ji-hong SONG Xiao-gang
1. Department of Electronics Engineering, Zhengzhou College of science & Technology, Zhengzhou 450064 China,
2. Precision Driving Laboratory, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016 China
Abstract: The thesis analyzes the mechanism of delay of the Hall-effect current sensor Using virtual instrument technology, the
experimental methods are adopted to identify signal delay time of the Hall current sensors for measuring the ultrasonic
frequency domain Futher, the non-linear curve fitting method is introduced in current sensor delay compensation
applications. Tests show that the compensation receives good results
Key words: Hall-effect current sensor: virtual instrument: curve fitting: delay compensation
1引言
要小,比差的差值稳定,输出波形不畸变,抗干抗能力
近二十年来由于电力电子器件的发展,在电力系统强,相应速度快。当前
霍尔电流传感器的响应时间已经
中大量采用大功率晶体管、整流器和可控硅,并采用了做到小于1AS。当被测信号频率在超声频段时,例如测
变频调速电机及脉宽调制电路,这些先进技术的使用,量压电振子工作模态的阻抗特性,微秒级别的响应时间
使电路的驱动效率更高,计算机控制更方便。在工作状所产生的角差对波形测量及控制产生的误差已经不可
态优化和节省能源上都得到改进,但随之而来的是在电忽略。实际系统中,解决上述问题的途径主要是:(1)通
路中不再是传统的50周的正弦波,而是各种形状的波过研究新结构、新原理以及改进制造工艺,从硬件的角
形,这些波形的控制及测量已不能用传统的方法进行,度进行考虑,但往往比较困难;(2)采取软件在线校正或
必须用电流电压传感器检测出来,然后对系统进行控补偿等措施,但其关键在于如何有效建立传感器的高精
制,或输人计算机对整体进行调整。这种传感器最好采度数学模型。本文针对该问题提出一种基于虚拟仪器
用霍尔器件传感器,它可以传感从直流到数百千周频率的电流传感器延迟补偿校正系统。该系统能自动出电
的讯号。
流传感器延迟的值(相角值)一信号电流一信号频率的关
由于电流传感器的精度会直接影响控制系统的可系,并自动地对电流传感器的延迟位差进行补偿
靠性。所以要求传感器的被测信号与输出信号的角差
2霍尔电流传感器的工作原理及延迟
收稿日期:2010-04-21
分析5
102 Teqs f Ao aion &Applications
仪器仪表与检测技术《动化技术与应用》2010年第29第10規
instrumentation and Measurment
尔电流传感器是根据霍尔效应原理而制成的电于测量数据曲线拟合原理进行延迟补偿的方法,以提高
流传感器。根据对霍尔电势处理的方式不同,霍尔传感测量精度
器又可分为以下两类直接检测式电流传感器,磁平衡霍
尔电流传感器。目前的产品中以磁场平衡式霍尔传感3曲线拟合原理
器为主。下面以磁场平衡式霍尔电流传感器为例说明3.1曲线拟合的概念及选用2.3
下磁调制原理。磁场平衡式霍尔电流传感器是由原
科技工作中从测量数据集中提取一组曲线参数(或
边电路、聚磁环、霍尔元件、次级线圈、放大器等组成,系数)以找出各个数据之间的相关关系的数据表达式,本
如图1所示。其工作原理是磁场平衡式的,即原边电流文使用了曲线拟合的方法。适合曲线拟合的常用算法
所产生的磁场,用通过次级线圈的电流所产生的磁场进是最小二乘法,其误差定义为
行补偿,使霍尔元件始终处于检测零磁通的工作状态。
.(a)-[f(x, a )-)(x)I
式中,ea灼误差,x是测量的数据集,(x,a为数据
集的函数描述,a是描述曲线的一组系数。用最小二乘
法求解系数a,即求解等式
N
要求解等式(1),需要建立和求解由式(2)扩展的雅可
电対
电N
比行列式。得到a值之后,可以通过函数描述1(x,a求得
.
任何数据集中ⅹ对应的y(x估计值
由于线性拟合、指数拟合、多项式拟合都属于线性
图1霍尔电流传感醫原理图
拟合部分,线性拟合相对于非线性拟合比较简单,实际
具体工作过程为:当原边回路有一大电流Ip流过
上y与系数ao,a1,a2….并非总是线性关系,所以本文把
时,在导线周围产生一个强的磁场H,这一磁场被聚磁
非线性拟合作为重点研究。
环聚集,并感应霍尔元件,使其有一个信号输出U,这3.2通用线性拟合理论
一信号经放大器N放大,再输入到功率放大器中,这时
假设变量y与变量X。,x1,…,xx1之间存在一种线
相应的功率管导通,从而获得一个补偿电流I、。由于这
性关系如下:
电流要通过很多匝绕组,多匝导线所产生的磁场Hs
=ムxa+…+ム-ー=∑bx,i=0,1,…,n-1(3)
与原边电流所产生的磁场H,方向相反,因而相互抵消,
引起磁路中总的磁场变小,使霍尔器件的输出逐渐减
其中B为系数集(b,bh,…,b1),n为数组变量y
小,最后当、与匝数相乘所产生的磁场H。与所产生的的元素个数,k为系数的格式x;为测量数据,系数矩阵
磁场耳n相等时,达到磁场平衡,I、不再增加,这时霍尔元如下
件就处于零磁通检测状惷。上述过程是在非常短的时
间内完成的,这一平衡的建立所需时间在1uS之内,且
0X1“xk-1
是一个动态平衡过程,即:原边电流Ip的任何变化都会
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