一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法，在電機(jī)靜止或者低速時就可以判斷出轉(zhuǎn)子的位置信號，從而拓寬了低速運(yùn)行的調(diào)速范圍。該方法首先提供一個固定時間的正反方向的脈沖信號，從而會產(chǎn)生兩個峰值電流；比較兩個峰值電流，其中較大者意味著轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場方向和定子線圈產(chǎn)生的磁場方向一致，此時產(chǎn)生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)，從而確定轉(zhuǎn)子的位置在哪個半圓內(nèi)；對其他兩相重復(fù)上述的步驟，就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)；再根據(jù)磁極位置和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系，就可以正確的換相了。優(yōu)點(diǎn)：不僅解決了低速啟動階段的穩(wěn)定性問題，同時拓寬了低速運(yùn)行的調(diào)速范圍。
【專利說明】
一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制，必須通過一定的方法檢測轉(zhuǎn)子位置信號才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的換相。在常用的轉(zhuǎn)子位置檢測方法中，由于電機(jī)在靜止或者低速時，反電動勢幅值幾乎沒有或者很小，所以在啟動時檢測不到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信號，所以如何使電機(jī)可以在低速階段平穩(wěn)啟動到適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速以至于在中高速階段的位置檢測算法可以檢測到轉(zhuǎn)子位置信號至關(guān)重要。因此無位置傳感器控制的低速階段啟動算法成為了研究的熱點(diǎn)問題。
[0003]目前常用的無位置傳感器控制的低速啟動算法包括任意位置開環(huán)啟動法、預(yù)定位法和三段式啟動法。任意位置開環(huán)啟動法不經(jīng)過轉(zhuǎn)子定位過程采用純開環(huán)的啟動方法，該方法的隨意性大，且可能會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象;預(yù)定位法由于通過強(qiáng)制換相的方法實(shí)現(xiàn)的，這種開環(huán)啟動的隨意性，不僅增加了低速階段啟動失敗的概率，同時由于其通過強(qiáng)制換相的定位方法會導(dǎo)致啟動抖動比較明顯，最嚴(yán)重的情況可能會在啟動的瞬間先反轉(zhuǎn)，這對于那些嚴(yán)格單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的應(yīng)用，比如工業(yè)縫紉機(jī)和割草機(jī)等應(yīng)用，是無法很好適用的；三段式啟動法實(shí)現(xiàn)比較簡單，但是由于該方法也是開環(huán)啟動的，很容易因電機(jī)參數(shù)變化的影響低速階段的啟動性能，同時由于該方法在定位階段屬于強(qiáng)制換相，因此會導(dǎo)致啟動電流較大、啟動時間長和啟動速度較大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對傳統(tǒng)的低速啟動算法存在以上的技術(shù)缺陷，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法，該方法不僅解決了低速啟動階段的穩(wěn)定性問題，同時拓寬了電機(jī)低速啟動階段的調(diào)速范圍。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案時這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法，其特征在在于，低速啟動方法包括:
[0007]以固定的時間周期導(dǎo)通三相其中一相的正反兩個方向，產(chǎn)生兩個方向相反的磁場，從而產(chǎn)生兩個峰值電流；
[0008]通過比較兩個峰值電流的大小來確定轉(zhuǎn)子在哪個半圓內(nèi)；
[0009]對其他兩相重復(fù)上述的步驟，就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)；
[0010]通過磁極位置和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正確換相。
[0011]所述的以固定的時間周期導(dǎo)通三相其中一相的正反兩個方向會產(chǎn)生兩個方向相反的磁場，即需要提供一個固定時間的電壓值，所述其中一相需要給高電平同時另外兩相給低電平，產(chǎn)生正向的磁場。然后將所述其中一相切換成低電平同時另外兩相切換成高電平，產(chǎn)生反向的磁場，這樣就形成了兩個相反的磁場方向。
[0012 ]所述的兩個峰值電流中大的峰值電流意味著轉(zhuǎn)子上的永磁鐵產(chǎn)生的磁場方向和定子線圈產(chǎn)生的磁場方向一致，此時產(chǎn)生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)，所以正反相通電峰值電流的大小就可以反應(yīng)轉(zhuǎn)子在哪個半圓內(nèi)。
[0013]所述的對其他兩相重復(fù)上述的步驟就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)，SP只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉(zhuǎn)子的位置確定在60°電角度內(nèi)。
[0014]所述的磁極位置和導(dǎo)通相之間對應(yīng)關(guān)系的確定方法是:由上一步可以確定內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵N極的60°范圍，由此可以推出導(dǎo)通相所產(chǎn)生磁通矢量的范圍，進(jìn)而推出導(dǎo)通相。
[0015]根據(jù)上述方案，首先，在硬件上，構(gòu)造一個峰值電流采樣電路，由于在低速啟動時占空比較小，所以對應(yīng)的峰值電流也較小，因此需要對采樣到的峰值電流進(jìn)行信號放大處理，ADC才能采樣到準(zhǔn)確的峰值電流信號;其次，在軟件上，以固定的時間周期導(dǎo)通其中一相的正反兩個方向，當(dāng)ADC采樣到經(jīng)放大后的峰值電流后，將這兩個峰值電流進(jìn)行大小比較，進(jìn)而將轉(zhuǎn)子位置限定在180°電角度;再次，對其他兩相重復(fù)上述的步驟，就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)；最后，根據(jù)磁極位置和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系，電機(jī)就可以正確換相。
[0016]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的低速啟動方法的軟件流程圖；
[0018]圖2(a)為本發(fā)明的峰值電流信號采樣電路；
[0019]圖2(b)為本發(fā)明的峰值電流信號放大電路；
[0020]圖3為本發(fā)明的兩個峰值電流示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明將轉(zhuǎn)子限定在180°電角度示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明將轉(zhuǎn)子限定在60°電角度示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明的磁通位置和導(dǎo)通相對應(yīng)關(guān)系不意圖；
[0024]圖7為本發(fā)明的低速啟動方法測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0026](I)低速啟動方法的硬件電路設(shè)計
[0027]圖2(a)、2(b)為本發(fā)明設(shè)計的低速啟動方法的硬件電路原理圖，包括峰值電流采樣電路和信號放大處理電路兩部分。由于低速啟動階段不希望轉(zhuǎn)子出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，所以在軟件控制上，選取的PWM的初始值不宜過大，這樣就會帶來一個問題，流經(jīng)圖2 (a)中采樣電阻的峰值電流信號十分微弱，以至于MCU無法準(zhǔn)確的采樣到峰值電流信號，從而無法根據(jù)反饋的電流信號準(zhǔn)確的判斷出轉(zhuǎn)子的位置?；诖丝紤]，在發(fā)明中選用運(yùn)放電路來對采樣電流信號進(jìn)行一定的信號放大，從而MCU可以獲得較為準(zhǔn)確的峰值電流信號。如圖2(b)所示，為采樣電流模塊的信號處理電路。
[0028](2)低速啟動方法的算法設(shè)計
[0029]圖1為本發(fā)明的低速啟動方法的軟件流程圖。
[0030]首先，以固定的時間周期在正反方向?qū)ㄒ幌嘀?，如圖3所示，將會產(chǎn)生兩個電流峰值；
[0031 ]其次，若ADC采樣到的正向電流峰值大于反向電流峰值，這意味著正向磁場方向和轉(zhuǎn)子的磁場方向一致，如圖4所示，因此可以將轉(zhuǎn)子的位置確定在已知的180°電角度以內(nèi)；
[0032]再次，對于其他兩相重復(fù)上述的步驟，如圖5所示，就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)，即只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉(zhuǎn)子的位置確定在60°電角度內(nèi)，確定的方法是:
[0033]假設(shè)ADC采樣到的正向電流峰值大于反向電流峰值，那么用二進(jìn)制位I標(biāo)識；否則用位O標(biāo)識。以A，C，B的相序重復(fù)這一過程三次，就會產(chǎn)生三位二進(jìn)制編碼組合。
[0034]此處記:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100;B(AC)峰值電流大于(B)AC為010;C(AB)峰值電流大于(C)AB為001。
[0035]狀態(tài)100表示:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流小于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應(yīng)關(guān)系:
[0036](a)A(BC)峰值電流大于(A)BC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極位于-90°?90°
[0037](b)B(AC)峰值電流小于(B)AC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極位于-150°?30°
[0038](c)C(AB)峰值電流小于(C)AB:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極位于-30°?150°
[0039]所以最終可以得出:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極在-30°到30°內(nèi)。
[0040]狀態(tài)010表示:A(BC)峰值電流小于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流大于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應(yīng)關(guān)系:
[0041 ] (a)A(BC)峰值電流小于(A)BC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極90°?270°
[0042](b)B(AC)峰值電流大于(B)AC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極30°?210°
[0043 ] (c) C(AB)峰值電流小于(C) AB:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極-30°?150°
[0044]所以最終可以得出:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極在90°到150°內(nèi)。
[0045]狀態(tài)110表示:A(BC)峰值電流大于(A)BC為100，同時B(AC)峰值電流大于(B)AC，同時C(AB)峰值電流小于(C)AB，由于存在如下對應(yīng)關(guān)系:
[0046](a)A(BC)峰值電流大于(A)BC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極-90°?90°
[0047](b)B(AC)峰值電流大于(B)AC:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極30°?210°
[0048](c) C(AB)峰值電流小于(C)AB:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極-30°?150°
[0049]所以最終可以得出:內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極在30°到90°內(nèi)。
[0050]依次類推，同理可以得出其他幾種狀態(tài)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子N極的所在的60°電角度位置。
[0051]最后，就要考慮磁極位置和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系，即已知轉(zhuǎn)子磁極N極所在的60°電角度位置，判斷如何進(jìn)行通電。如圖6所示，內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵的N極在-30°到30°內(nèi)。對應(yīng)的磁通矢量應(yīng)該指向90?150°內(nèi)，此時導(dǎo)通BC相，對應(yīng)的磁通矢量指向90°方向，因此在該范圍內(nèi)應(yīng)該導(dǎo)通BC相。同理可以得出其他N極所在位置與導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子的N極位置可以得出對應(yīng)的導(dǎo)通相。
[0052](3)低速啟動方法的測試結(jié)果
[0053]圖7為本發(fā)明低速啟動方法的測試結(jié)果，分別對采樣峰值電流電路的輸出及與之對應(yīng)的電機(jī)三相A、B、C的相電壓進(jìn)行了測試，可以看出六個電流峰值在每一組電流峰值和調(diào)制激勵階段的電流值之間。從圖7可以看出，本發(fā)明設(shè)計的低速啟動算法在啟動時無明顯沖擊電流，低速啟動階段波形平穩(wěn)，無干擾雜波。同時從圖7中可以也得知，該低速啟動算法的最低穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速值低至I/AX=12Hz。因此，可知本發(fā)明設(shè)計的低速啟動算法不僅具有啟動電流小和啟動平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，同時也拓寬了低速穩(wěn)定運(yùn)行的調(diào)速范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的低速啟動方法，其特征在在于，低速啟動方法包括: 以固定的時間周期導(dǎo)通三相其中一相的正反兩個方向，產(chǎn)生兩個方向相反的磁場，從而產(chǎn)生兩個峰值電流； 通過比較兩個峰值電流的大小來確定轉(zhuǎn)子在哪個半圓內(nèi)； 對其他兩相重復(fù)上述的步驟，把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)； 通過磁極位置和導(dǎo)通相之間的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正確換相。2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的以固定的時間周期導(dǎo)通三相其中一相的正反兩個方向，產(chǎn)生兩個方向相反的磁場，即提供一個固定時間的電壓值，所述其中一相給高電平同時另外兩相給低電平，產(chǎn)生了正向的磁場;然后將所述其中一相切換成低電平同時另外兩相切換成高電平，產(chǎn)生反向的磁場，這樣就形成了兩個相反的磁場方向。3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的兩個峰值電流中大的峰值電流意味著轉(zhuǎn)子上的永磁磁鐵產(chǎn)生的磁場方向和定子線圈產(chǎn)生的磁場方向一致，此時產(chǎn)生增磁作用，鐵心飽和程度增加，繞組電感減小，由于繞組電感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)，所以通過比較正反相通電峰值電流的大小確定轉(zhuǎn)子在哪個半圓內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的對其他兩相重復(fù)上述的步驟就可以把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)，即只需要三個正反脈沖電流檢測就可以把轉(zhuǎn)子的位置確定在60°電角度內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的低速啟動方法，其特征在于:所述的磁極位置和導(dǎo)通相之間對應(yīng)關(guān)系的確定方法是:在把轉(zhuǎn)子的位置限定在60°電角度內(nèi)的基礎(chǔ)上，確定內(nèi)轉(zhuǎn)子磁鐵N極的60°范圍，由此推出導(dǎo)通相所產(chǎn)生磁通矢量的范圍，進(jìn)而推出導(dǎo)通相。
【文檔編號】H02P6/18GK105897081SQ201610489607
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】彭輝波, 鹿純禎
【申請人】蘇州聯(lián)芯威電子有限公司