基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，根据PWM驱动信号周期变化触发电流采样同时判断电机转子当前所处的扇区，结合了中心沿对齐PWM调制信号的特性以及每相电压在各扇区的分布特性进行电流采样，不仅电流采样精度高，电压利用效率高，而且没有复杂的电路，成本低；易于软件实现，CPU资源占用少。

Current sampling method and system of motor based on three-phase drive axle lower arm three resistors

This paper presents a method of current sampling for motor based on three resistance of bridge arm under three-phase driving bridge. According to the trigger current sampling of PWM driving signal, the current sector of motor rotor can be judged simultaneously. The method combines the characteristics of aligned PWM modulation signal along the center and the distribution characteristics of each phase voltage in each sector to sample the current. It not only has high current sampling accuracy, but also utilizes the voltage. It has high efficiency, no complicated circuit, low cost, easy software implementation and less CPU resource occupation.

【技术实现步骤摘要】
基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法及系统
本专利技术涉及电机控制
，更具体地，涉及一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法及系统。
技术介绍
在永磁无刷电机控制中，为了实现对电机的精确控制，需要进行电机电流采样。目前，电机电流采样方法包括如图1所示电机三相驱动桥下桥臂三电阻电机电流采样电路，采样电机U、V、W三相电流：三相驱动桥下桥臂全通情况下，下桥臂通过二极管的续流与电机三相形成回路，经过三个采样电阻的电流即对应为真实的电机三相电流。考虑到对三相驱动桥的影响，通常采用阻值较小的采样电阻对电流进行采样，将PWM调制信号驱动三相桥，再对采样电阻进行采样，最后驱动电机运行，但是对电机三相进行电流采样时，当驱动的某一相驱动电压占空比较高接近于100%时，二极管续流时间较短，而功率管的开关会造成较大的电流波动，此时的采样电流误差较大。现有技术通常采用相上双电阻采样以及增加相关电路模块配合解决上述问题，致使电流采样模块更加复杂而且成本更高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术不足和缺陷，提供一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法及系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，包括以下步骤：S1、监测PWM驱动信号周期性变化，得到PWM驱动信号当前周期的开始时刻t，并将t设为电流采样时间；S2、获取当前采样时间电机转子所处的扇区，根据扇区与三相电压之间的关系确定待采样的两相电流；S3、采集得到第一相电流以及第二相电流；S4、根据电机三相电流的数学关系重构得到第三相电流，并输出电机三相电流；S5、在不同的扇区重复步骤S1-S4直至采样结束。进一步地，步骤S1中的PWM驱动信号由空间矢量调制得到，所述PWM驱动信号采用中心对齐输出。更进一步地，步骤S1具体为设置PWM驱动信号周期的同步计数器，当计数恢复到零的时刻，触发三相驱动桥下桥臂三电阻电流采样。进一步地，步骤S2具体为基于电机转子角度得到当前所处扇区，并根据扇区与三相电压之间的关系得到扇区内三相的驱动电压占空比，选取扇区内占空比小的两相作为待采样对象。进一步地，步骤S3具体为电机三相电流之和为定值，根据第一相电流与第二相电流以及所述定值得到第三相电流，将第一相电流、第二相电流以及第三相电流作为当前时间采集得到的电机三相电流。一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样系统，包括三相驱动桥电路单元、采样触发单元、传感器、控制单元、采样电阻单元，三相驱动桥电路单元输入端接收PWM驱动信号，输出端连接电机；采样触发单元接收PWM驱动信号，用于检测PWM驱动信号每个周期的开始时刻并生成触发信号至控制单元；传感器设置在电机位置，监测电机转子角度信号；控制单元接收触发信号以及电机转子角度信号，由电机转子角度得到当前所处扇区，根据扇区与三相电压之间的关系选取两相电流，并根据两相电流重构得到第三相电流；采样电阻单元为三路电阻，与三相驱动桥下桥臂连接，用于在三相驱动桥下臂全通时采样各相电流。进一步地，所述PWM驱动信号由空间矢量调制得到，所述PWM驱动信号采用中心对齐输出。更进一步地，所述采样触发单元还包括PWM驱动信号周期的同步计数器，当计数恢复到零的时刻，触发三相驱动桥下桥臂三电阻电流采样。进一步地，所述控制单元基于电机转子角度得到当前所处扇区，并根据扇区与三相电压之间的关系得到扇区内三相的驱动电压占空比，选取扇区内占空比小的两相，获取所述两相的采样电流。更进一步地，所述控制单元基于电机三相电流之和为定值，根据第一相电流与第二相电流以及所述定值得到第三相电流，将第一相电流、第二相电流以及第三相电流作为当前时间采集得到的电机三相电流。本专利技术的有益效果为根据PWM驱动信号周期变化触发电流采样同时判断电机转子当前所处的扇区，根据扇区内三相电压的分布特性，剔除其中占空比较大接近于100%的一相，只选取另外两相的采样电流，并根据三相电流之和为定值关系得出准确的第三相电流，当电机转到下一个扇区时，利用同样的方法对电流进行采样，但由于相邻扇区的三相电压分布特性不一样，需要切换到无误差的另外两相同步采样，以此类推实现电机电流采样；结合了中心沿对齐PWM调制信号的特性，利用了每相电压在各扇区的分布特性进行电流采样，不仅电流采样精度高，电压利用效率高，而且没有复杂的电路，成本低；易于软件实现，CPU资源占用少。附图说明图1为下端三电阻电机电流采样的电路原理示意图。图2为下端三电阻电机电流采样方法示意图。图3为某一时刻三相驱动桥PWM信号波形图。图4为某一时刻PWM信号波形和电流采样时刻示意图。图5为电机转子角度、六个扇区、三相驱动电压占空比对应分布图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。实施例1一种下端三电阻电机电流采样方法，以解决现有技术在图3所示采样三相电流不准确的问题。空间矢量控制中的PWM调制信号传输至三相驱动桥功率管，驱动电机运行，通过对三相驱动桥上的采样电阻进行电机电流的采样。基于空间矢量控制得到的PWM调制信号三相驱动电压分布图如图5所示，六个扇区中每个扇区内U、V、W三相中有一相的占空比较大接近于100%，电机转子角度与扇区之间对应关系具体为，1°~60°：扇区1，60°~120°：扇区2，120°~180°：扇区3，180°~240°：扇区4，240°~300°：扇区5，300°~360°：扇区6。首先，如图1所示，三相驱动桥下桥臂功率管全通时，只有电机与其形成闭环回路，同时流过三个采样电阻RU、RV、RW的电流IU、IV、IW与电机三相电流一一对应，对此时刻的采样电阻进行采样。如图4所示，根据PWM调制信号周期的同步16位计数器在每一个PWM周期计数恢复到零的时刻触发电流采样，确定采样时刻点，T00和T01区间的时刻就是下桥臂功率管UL、VL、WL三个同时开通的时刻。如图5所示，扇区2中的U相驱动电压占空比非常大甚至为100%，此时T00和T01的时间窗口很窄，功率管关断与开通的瞬间导致信号的波动，为避免U相电流IU的采样误差，只采样另UV和UW两相电流IV和IW，然后通过公式“IU+IV+IW=0”重构出U相的电流IU。因此，只要采样得到两相精确的电流，即可对应重构出第三相的电流。根据图5的驱动电压在各扇区分布，在扇区2和扇区3对V相和W相的电流进行采样；在扇区4和扇区5对W相和U相的电流进行采样；在扇区6和扇区1对V相和U相的电流进行采样。当电机转子由当前扇区进入到下一个扇区的同时切换选择对应的相电流进行采样。本应用实例的电机电流采样方法，结合了中心沿对齐PWM调制信号的特性，巧妙的利用了每相电压在各扇区的分布特性进行电流采样，不仅电流采样精度高，电压利用效率高，而且没有复杂的电路，成本低；易于软件实现，CPU资源占用少。实施例2一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样系统，包括三相驱动桥电路单元、采样触发单元、传感器、控制单元、采样电阻单元，三相驱动桥电路单元输入端接收PWM驱动信号，输出端连接电机；PWM驱动信号由空间矢量调制得到，所述PWM驱动信号采用中心对齐输出。采样触发单元接收PWM驱动信号，用于检测PWM驱动信号每个周期的开始时刻并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、监测PWM驱动信号每个周期的变化，得到PWM驱动信号当前周期的开始时刻t，并将t设为电流采样时间；S2、获取当前采样时间电机转子所处的扇区，根据扇区与三相电压之间的关系确定待采样的两相电流；S3、采集得到第一相电流以及第二相电流；S4、根据电机三相电流的数学关系重构得到第三相电流，并输出电机三相电流；S5、在不同的扇区重复步骤S1‑S4直至采样结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、监测PWM驱动信号每个周期的变化，得到PWM驱动信号当前周期的开始时刻t，并将t设为电流采样时间；S2、获取当前采样时间电机转子所处的扇区，根据扇区与三相电压之间的关系确定待采样的两相电流；S3、采集得到第一相电流以及第二相电流；S4、根据电机三相电流的数学关系重构得到第三相电流，并输出电机三相电流；S5、在不同的扇区重复步骤S1-S4直至采样结束。2.根据权利要求1所述的一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，步骤S1中的PWM驱动信号由空间矢量调制得到，所述PWM驱动信号采用中心对齐输出。3.根据权利要求2所述的一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，步骤S1具体为设置PWM驱动信号周期的同步计数器，当计数恢复到零的时刻，触发三相驱动桥下桥臂三电阻电流采样。4.根据权利要求1所述的一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，步骤S2具体为基于电机转子角度得到当前所处扇区，并根据扇区与三相电压之间的关系得到扇区内三相的驱动电压占空比，选取扇区内占空比小的两相作为待采样对象。5.根据权利要求1所述的一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法，其特征在于，步骤S3具体为电机三相电流之和为定值，根据第一相电流与第二相电流以及所述定值得到第三相电流，将第一相电流、第二相电流以及第三相电流作为当前时间采集得到的电机三相电流。6.一种基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样系统，其特征在于，包括三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾科童，向辉，高明，李继铮，
申请(专利权)人：株洲易力达机电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43