一种无刷直流电机全范围调速控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种无刷直流电机全范围调速控制系统及其控制方法，该控制系统包括电源模块、通信模块、MCU模块、驱动电路模块、逆变模块、电动机M、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块，电源模块给整个控制装置供电，通信模块、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块分别连接MCU模块，MCU模块连接驱动电路模块，驱动电路模块连接逆变模块，逆变模块连接电动机M，逆变模块连接电流采样模块，电动机M连接转子位置检测模块。本发明专利技术采用检测脉冲注入法，保障了启动的闭环运行，解决了传统低速阶段启动算法存在的电转速不够低和启动不稳定的问题，改进了传统的中高速阶段位置检测算法。

A brushless DC motor full range speed control system and its control method

The invention relates to a brushless DC motor full range speed control system and its control method. The control system comprises a power supply module, a communication module, a MCU module, a drive circuit module, an inverter module, a motor M, a voltage sampling module, a current sampling module and a rotor position detection module. The power supply module is installed to the whole control system. Power supply, communication module, voltage sampling module, current sampling module and rotor position detection module are connected to MCU module, MCU module is connected to drive circuit module, drive circuit module is connected to inverter module, inverter module is connected to motor M, inverter module is connected to current sampling module, motor M is connected to rotor position detection module. Block. The invention adopts the detection pulse injection method, guarantees the closed-loop operation of starting, solves the problems of insufficient low electric speed and unstable starting existing in the traditional low-speed stage starting algorithm, and improves the traditional middle-high-speed stage position detection algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机全范围调速控制系统及其控制方法
本专利技术涉及电机控制领域，具体涉及一种无刷直流电机全范围调速控制系统及其控制方法。
技术介绍
传统的方波控制结构一般为速度、电流双闭环控制系统。这种系统的优点在于控制简单，动态响应快，额定转速下运行稳定，在许多领域得到了广泛应用。在控制系统中，控制器多采用PI控制，PI控制尽管鲁棒性强，但在全范围调速中若只采用一组固定的调节参数，难以达到令人满意的动态响应特性；同时由于转矩波动原因，调速范围一般较小，尤其不适合低速运行。低速阶段的启动算法都是开环启动的，这种开环启动的随意性，不仅会导致低速运行阶段出现抖动、反转等不稳定现象，而且会导致启动时调速值不够低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述不足，提供一种无刷直流电机全范围调速控制系统及其控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种无刷直流电机全范围调速控制系统，包括电源模块、通信模块、MCU模块、驱动电路模块、逆变模块、电动机M、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块，电源模块给整个控制装置供电，通信模块、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块分别连接MCU模块，MCU模块连接驱动电路模块，驱动电路模块连接逆变模块，逆变模块连接电动机M，逆变模块连接电流采样模块，电动机M连接转子位置检测模块。一种无刷直流电机全范围调速控制方法，向三相定子绕组中依次注入固定占空比的电压信号，然后根据反馈的峰值电流大小来估计转子的位置信息。本专利技术具有如下有益的效果：本专利技术采用检测脉冲注入法，保障了启动的闭环运行，解决了传统低速阶段启动算法存在的电转速不够低和启动不稳定的问题，改进了传统的中高速阶段位置检测算法，采用基于比较器实现的风电动势过零检测法，提高了反电动势过零信号的采样速率。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的流程图；图3为本专利技术的电源单元电路图；图4为本专利技术的逆变模块电路图；图5为本专利技术的驱动电路上桥电路图；图6为本专利技术的驱动电路下桥电路图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。如图1所示，一种无刷直流电机全范围调速控制系统，包括电源模块、通信模块、MCU模块、驱动电路模块、逆变模块、电动机M、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块，电源模块给整个控制装置供电，通信模块、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块分别连接MCU模块，MCU模块连接驱动电路模块，驱动电路模块连接逆变模块，逆变模块连接电动机M，逆变模块连接电流采样模块，电动机M连接转子位置检测模块。控制系统工作原理如下：直流电源模块给整个控制系统供电，当MCU主控电路接收到通讯模块发来的控制信号时，比如PPM信号，就会将此信号解调成控制电机转速的PWM信号，从而控制驱动电路和逆变电路的开关状态，从而控制电机的运转。在低速启动阶段，由于采用的是基于检测脉冲注入法作为改进后的低速阶段启动算法，所以需要采样三相电流反馈到MCU主控模块，MCU主控模块根据电流变化量来判断当前转子的位置信息，从而实现低速阶段启动算法，在中高速运行阶段(反电势信号足以被反电势过零检测电路检测到)，采用改进后的反电动势过零检测电路，经过该电路将反电动势过零信号反馈到MCU，从而形成一个完整的闭环控制系统。参见图4，逆变模块：逆变模块中A.HO，B.HO与C.HO分别对应上桥驱动电路输出，A.LO，B.LO与C.LO分别对应下桥驱动电路输出，A.PHASE，B.PHASE与C.PHASE分别对应三相电机的A，B和C三相。参见图3，电源模块：第一级降压是5V稳压输出，是由于常用的MCU不能输入过高的电压。同时对于第一级降压5V输出也有较高的要求，一般此电压误差应该严格限制在一0.1V~+0.1V之间。此处由于5V稳压输出是MCU中AD采样基准电压的前级基准。参见图5，驱动电路模块上桥：当上桥臂对应的MCU控制信号AP输出高电平时，此时Q1不导通，自举电容C1的电压此时为BAT+，C1经过Q2，A.HO，R7加到Q110的栅极，MOS管Q110导通。在此处，前期Q2导通的原因是因为自举电容C1放电。当Q2导通后，A.HO和A.PHASE之间的压降等于C1两端的压降，导致MOS管Q110的Ucs端存在压降，值为C1两端的电压值，从而使上桥MOS管Q110导通。当MOS导通后A.PHASE的电压为BAT+，由于C1自举电容两端的电压不会突变，所以A.HO的电压的也会抬高变成2BAT+，上桥MOS管Q110仍然开通，直到自举电容放电结束。当上桥臂对应的MCU控制信号AP输出低电平时，此时Q1导通，上管Q110关断的瞬间，对应MOS管的栅极电容存在放电的过程，放电回路为R7，A.HO、Q3，A.PHASE。此时Q3的E端电势大于B端电势，因此Q3导通，此时A.HO的电势瞬间与A.PHASE拉到一起。因此Q3的作用是提供上桥臂MOS放电回路，加速MOS放电，加快MOS关断速度。参见图6，驱动电路模块下桥：当下桥臂对应的MCU控制信号AN输出高电平时，Q4关闭，Q6关闭，QS导通。下桥臂的MOS管Q111的栅极提供了放电回路，使Q111的Ucs端电压迅速下降接近SGND，实现了Q111迅速的关断。当下桥臂对应的MCU控制信号输出低电平时，Q4导通，从而QS导通。驱动电路下桥臂MOS管Q111的栅极完成快速充电，使其Ucs端电压迅速上升接近BAT+，于是下桥臂MOS管Q111迅速导通。一种无刷直流电机全范围调速控制方法，向三相定子绕组中依次注入固定占空比的电压信号，然后根据反馈的峰值电流大小来估计转子的位置信息；直流无刷电机的电压平衡方程如下：其中，U表示三相直流无刷电机中其中一相的电压，R为相电阻，i为电枢电流，L为相电感，e为相反电动势，由于在电机静止时，反电动势接近于零，此时不考虑电阻上的压降，得出下式：从上式中可以得出，当无刷直流电机的绕组施加一定的电压U时，比如PWM脉冲电压，电枢电流的变化率和电感值成反比，由于电压U为定值，即二者乘积的值为定值，所以若电感值减小，对应的电流变化率就会增大，当电感值变大，对应的电流变化率就会减小；对于无刷直流电机，若施加一定电压给定子绕组，则定子电枢磁动势和转子磁动势会产生气隙磁场，电机合成磁场的饱和度直接受定子电枢磁动势大小的影响，磁场饱和程度越高，对应的等效电枢电感量就越小，电枢电感L随着合成磁势的变化而变化，当转子磁动势方向和定子合成磁动势方向的夹角小于90°时，两个矢量合成后起增磁作用，此时的电感记为L1，转子磁动势方向和定子合成磁动势方向相差大于90°时，因此电枢磁势对于转子磁势起去磁作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷直流电机全范围调速控制系统，其特征在于：包括电源模块、通信模块、MCU模块、驱动电路模块、逆变模块、电动机M、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块，电源模块给整个控制装置供电，通信模块、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块分别连接MCU模块，MCU模块连接驱动电路模块，驱动电路模块连接逆变模块，逆变模块连接电动机M，逆变模块连接电流采样模块，电动机M连接转子位置检测模块。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机全范围调速控制系统，其特征在于：包括电源模块、通信模块、MCU模块、驱动电路模块、逆变模块、电动机M、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块，电源模块给整个控制装置供电，通信模块、电压采样模块、电流采样模块和转子位置检测模块分别连接MCU模块，MC...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊宏运，万宏强，刘智豪，孙正阳，李欢，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61