一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷直流電機控制系統(tǒng)，涉及一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機(BLDCM)既具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠和維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電機的運行效率高、調(diào)速性能好、起動轉(zhuǎn)矩較大等特點，在航空、航天、家電、交通等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。
[0003]無刷直流電機的基本構(gòu)成包括:電機本體、電子換相電路和轉(zhuǎn)子位置傳感器三大部分。電機本體主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。電子換相電路一般由驅(qū)動部分和控制部分組成。轉(zhuǎn)子位置傳感用于檢測轉(zhuǎn)子磁極位置相對于定子電樞繞組軸線的位置，并向控制器提供位置信號的一種裝置，是無刷直流電動機的關(guān)鍵部件之一。最常用的兩相導通、星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機系統(tǒng)電氣連接圖如圖1所示。
[0004]逆變器中的功率器件屬于電力電子器件，很容易在非常短的時間內(nèi)因過流故障而損壞，因此準確迅速地檢測到過流故障并及時地采取保護措施對于系統(tǒng)的安全可靠運行意義十分重大。無刷直流電機控制系統(tǒng)的電流檢測對象分三種:母線電流檢測、相電流檢測、母線電流與相電流同時檢測。因為母線電流檢測只需要一路電流檢測電路，既可以節(jié)省控制器體積又可以節(jié)約成本，使用頻率最高，因此本文中所涉及的電流檢測與保護方法均重點以母線電流為研宄對象。
[0005]通常對電機電流進行檢測的方法是通過采樣電阻或者電流傳感器將電機的母線電流或相電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，濾波之后送入DSP的AD 口進行采樣，AD采樣中斷一般用PWM比較事件觸發(fā)。圖2所示為無刷直流電機的母線電流波形，對于不同電氣時間常數(shù)的無刷直流電機而言，其母線電流波形差別較大。大電氣時間常數(shù)的無刷直流電機電流變化較慢，而小氣電時間常數(shù)的無刷直流電機電流變化迅速。通常的電流檢測方法是:DSP在PWM比較事件發(fā)生時對電機的電流進行采樣，考慮到AD采樣的延遲時間，程序的運行時間等，折合為總的延遲時間t，真正的采樣點在圖2中的A與B處。對于母線電流而言，傳統(tǒng)的檢測方法一方面不能真實反映電機的峰值電流，另一方面過流保護滯后于電流峰值時刻，極易造成保護不及時燒毀控制器的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，能夠在無刷直流電機控制系統(tǒng)工作過程中預測性地獲取電機的峰值電流信息并在單控制周期內(nèi)實現(xiàn)過流保護，有效地避免了電機過流時因保護不及時而燒壞控制器的問題。
[0008]技術(shù)方案
[0009]一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，其特征在于步驟如下:
[0010]步驟1:在無刷直流電機運行之前，設(shè)置初始占空比的值為PWM_CMPA，將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式，設(shè)置B路PWM的比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件；
[0011]步驟2:計算A路3/4的PWM占空比的值并將其賦給B路PWM的占空比；
[0012]步驟3:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值，當AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標志位置I且過流故障保護計數(shù)器加I;
[0013]否則過流故障標志位置0，過流故障保護計數(shù)器置O ;
[0014]步驟4:在每個控制周期中間再次讀AD的采樣值，當AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標志位置I且過流故障保護計數(shù)器加I;
[0015]否則過流故障標志位置0，過流故障保護計數(shù)器置O ;
[0016]步驟5:當過流故障標志位為I且過流故障保護計數(shù)器值小于10時，封鎖PWM輸出，對電機進行限流保護；如果過流故障標志位為0，則取消對電機的限流保護；
[0017]步驟6:如果連續(xù)多次檢測到過流故障，過流故障保護計數(shù)器大于等于設(shè)定次數(shù)，對電機進行永久停機保護，且停機保護標志位置I。
[0018]所述多次等于設(shè)定次數(shù)，且大于10次。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，在提高無刷直流電機峰值電流檢測的前瞻性與過流保護的及時性。在傳統(tǒng)母線電流采樣電路的基礎(chǔ)上，利用母線電流檢測電路與DSP的AD模塊相配合對電機的母線峰值電流進行檢測，共分為電流檢測與過流保護兩個部分。電流檢測在每個斬波周期中，在3/4占空比處觸發(fā)AD中斷對電機電流進行采樣。在每個控制周期中一旦檢測到過流故障立即停機保護，下一個控制周期中如果檢測到電機電流回歸正常，立即終止過流保護。此方法可以將對電機的過流故障從檢測到實施保護的時間縮短到一個控制周期之內(nèi)，實時性強。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點:
[0022](I)既適用于母線峰值電流的檢測又可用于相峰值電流的檢測；
[0023](2)對電機的過流故障檢測具有前瞻性，并且實現(xiàn)單控制周期內(nèi)的電流保護；
[0024](3)適用面廣，不僅適用于大電氣時間常數(shù)的無刷直流電機控制系統(tǒng)，對于小電氣時間常數(shù)系統(tǒng)也適用。
【附圖說明】
[0025]圖1為無刷直流電動機系統(tǒng)電氣連接圖。
[0026]圖2為無刷直流電機的母線電流波形，
[0027]a:小電氣時間常數(shù)無刷直流電機
[0028]b:大電氣時間常數(shù)無刷直流電機
[0029]圖3為電流檢測與保護算法流程圖。
[0030]圖4對無刷直流電機進行控制的電流波形，
[0031]a:大電氣時間常數(shù)無刷直流電機
[0032]b:小電氣時間常數(shù)無刷直流電機。
【具體實施方式】
[0033]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0034]三相六狀態(tài)無刷直流電機母線電流檢測電路中，電機的母線電流經(jīng)過功率采樣電阻將電流值轉(zhuǎn)換成電壓值(見圖1)，然后經(jīng)濾波、放大之后送入DSP的AD 口進行檢測。特別強調(diào)，此處的濾波僅對斬波頻率以上的高頻雜波進行濾除。
[0035]控制系統(tǒng)軟件的控制周期為25uS (40KHz)，PWM斬波頻率為25KHz，DSP使用的是TI 公司的 TMS320F2808。
[0036]電流采樣和保護方法的【具體實施方式】按照圖3所示的流程圖進行。
[0037]第一步:在系統(tǒng)控制軟件的初始化中，記錄初始占空比的值:PWM_CMPA =DutyFunc ;將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式:TBCTL.bit.PHSEN = I ;設(shè)置B路PWM比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件:ADCTRL2.bit.1NT_ENA_SEQ1 = I。
[0038]第二步:計算3*PWM_CMPA>>2的值并將計算值作為B路PWM的占空比CMPB的值:CMPB = 3*PWM_CMPA》20
[0039]第三步:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值:read(&adcl);判斷是否發(fā)生過流故障:if (Ibus_A> = v->IbusRefUp);如果過流則過流故障標志位IbusPrt = I且過流故障保護計數(shù)器 IbusPrtCnt++，否則 IbusPrt = 0，IbusPrtCnt = O。
[0040]第四步:在每個控制周期中間時再次讀AD的采樣值:read(&adcl);判斷是否發(fā)生過流故障:if (Ibus_A> = v->IbusRefUp);如果過流則過流故障標志位IbusPrt = I且過流故障保護計數(shù)器 IbusPrtCnt++，否則 IbusPrt = 0，IbusPrtCnt = O。
[0041]第五步:如果過流故障標志位IbusPrt = I且過流故障保護計數(shù)器IbusPrtCnt〈10，則封鎖PWM輸出，對電機進行限流保護:
[0042]EPwmlRegs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ；
[0043]EPwm2Regs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ；EPwm3Regs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ;如果IbusPrt = 0，則取消對電機的限流保護。
[0044]第六步:如果連續(xù)100次檢測到過流故障，即IbusPrtCnt〉= 100，對電機進行永久停機保護，且 StopMotor 標志位置 1:StopMotor = I ；DutyFunc = O。
[0045]圖4表示該方法對不同電氣時間常數(shù)無刷直流電機進行控制的電流波形，從圖中可以看出采用該方法的無刷直流電機控制系統(tǒng)可以在電流到達接近于峰值之前對電流進行采集，并在一個控制周期內(nèi)實現(xiàn)對過流故障的保護，既準確又及時。
【主權(quán)項】
1.一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:在無刷直流電機運行之前，設(shè)置初始占空比的值為PWM_CMPA，將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式，設(shè)置B路PWM的比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件； 步驟2:計算A路3/4的PWM占空比的值并將其賦給B路PWM的占空比； 步驟3:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值，當AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標志位置I且過流故障保護計數(shù)器加I ; 否則過流故障標志位置O，過流故障保護計數(shù)器置O ; 步驟4:在每個控制周期中間再次讀AD的采樣值，當AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標志位置I且過流故障保護計數(shù)器加I ; 否則過流故障標志位置O，過流故障保護計數(shù)器置O ; 步驟5:當過流故障標志位為I且過流故障保護計數(shù)器值小于10時，封鎖PWM輸出，對電機進行限流保護；如果過流故障標志位為0，則取消對電機的限流保護； 步驟6:如果連續(xù)多次檢測到過流故障，過流故障保護計數(shù)器大于等于設(shè)定次數(shù)，對電機進行永久停機保護，且停機保護標志位置I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，其特征在于:所述多次等于設(shè)定次數(shù)，且大于10次。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無刷直流電機峰值電流的單周期檢測與保護方法，在提高無刷直流電機峰值電流檢測的前瞻性與過流保護的及時性。在傳統(tǒng)母線電流采樣電路的基礎(chǔ)上，利用母線電流檢測電路與DSP的AD模塊相配合對電機的母線峰值電流進行檢測，共分為電流檢測與過流保護兩個部分。電流檢測在每個斬波周期中，在3/4占空比處觸發(fā)AD中斷對電機電流進行采樣。在每個控制周期中一旦檢測到過流故障立即停機保護，下一個控制周期中如果檢測到電機電流回歸正常，立即終止過流保護。此方法可以將對電機的過流故障從檢測到實施保護的時間縮短到一個控制周期之內(nèi)，實時性強。
【IPC分類】H02H7-085
【公開號】CN104767176
【申請?zhí)枴緾N201510106199
【發(fā)明人】馬瑞卿, 劉青, 韓偉健, 張慶超
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月11日