永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法技术

本发明专利技术永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，涉及一种电机控制技术，该方法所用装置包括DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，针对常用的三相永磁无刷直流电机，将三相电流合成的定子电流矢量离散细分，按一定的循环拍数获得空间的离散定位位置，从而通过控制定子磁场的空间位置，实现电机的定位控制，提高电机的定位精度；又通过对三相电流合成的定子电流矢量在电角度空间位置上按一定的循环拍数离散，获得控制电机运行的离散电流矢量，通过增大循环拍数，得到较小的步进角，提高位置分辨率，从而在保证在带载能力的情况下提高永磁直流无刷电机定位精度。

【技术实现步骤摘要】
永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法
本专利技术的技术方案涉及一种电机控制技术，特别涉及永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法。
技术介绍
永磁无刷直流电机是由定子绕组和永磁体转子构成的，没有换相器，其控制特性与有刷直流电机相似。由于其具有大转矩、高效率、高转速、控制简单和易维护的优点，并且随着电力电子技术、永磁材料、数字电子技术及新型控制理论的发展，永磁无刷直流电机在高性能的伺服驱动领域显示出广阔的应用前景。现有的永磁无刷直流电机用霍尔元件检测转子位置，采用二二导通方式，换向角度为60°，相当于定子磁场每60°跨进一步，不易进行精确的定位，即便二三导通方式将换向角度缩小一半，但定位精度仍不高。因此，开发出一种提高永磁无刷直流电机定位精度的方法很有意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，针对常用的三相永磁无刷直流电机，将三相电流合成的定子电流矢量离散细分，按一定的循环拍数获得空间的离散定位位置，从而通过控制定子磁场的空间位置，实现电机的位置控制，进而实现速度控制；又可通过增大循环拍数，得到较小的步进角，提高位置分辨率，从而在保证在带载能力的情况下提高永磁直流无刷电机定位精度。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，以下简称运行方法，其步骤如下：A.运行方法所用装置及操作：永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法所用装置，包括DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，其中，输入电源模块为DSP控制模块、功率电路和编码器位置检测模块进行供电，DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机和编码器位置检测模块依次用导线连接，编码器位置检测模块再与DSP控制模块用导线相连；首先由输入电源模块给DSP控制模块、功率电路以及编码器位置检测模块供电，再通过编码器位置检测模块检测永磁无刷直流电机的转子初始位置，并将该电机的转子位置信号给到DSP控制模块中；B.运行方法的步骤：第一步，确定永磁无刷直流电机的位置分辨率：位置分辨率是指电机旋转一周所包含的机械步进角θbm的个数，根据定位要求确定一个循环周期内的循环拍数bH及步进角θb，这里步进角θb为360°电角度按循环拍数bH等分后得到的角度，即θb＝360°/bH，因为θbm＝θb/电机极对数p，则位置分辨率为360°/θbm个机械步进角/转，而且定位点数＝循环拍数×电机极对数，于是位置分辨率在数值上与定位点数的数值相等；第二步，确定电流矢量的空间离散位置：所述电流矢量是将永磁无刷直流电机三相电流按“3-2”变换得到α-β坐标分量所构成的矢量；根据第一步中确定的循环拍数bH，在静止α-β坐标系下，将电角度一周360°分成bH个空间离散位置，得到离散定位点，由此确定电流矢量的空间离散位置；第三步，选择超前步数，确定给定电流矢量的幅值：根据负载转矩选取超前步数k，根据编码器位置检测模块检测当前电机转子位置θm，换算为电角度θ＝pθm；从α轴起对电流矢量按电机运转方向进行编号，根据公式(1)计算出给定电流矢量序号x，其中，floor表示向下取整，％表示取余运算；构造电流矢量六边形，按照二二导通时所产生的6个电流矢量端点连线而成，并取传统二二导通时的电流矢量最大幅值为Im，即电流矢量正六边形的外接圆半径,由该电流矢量六边形与上述第二步中确定电流矢量的空间离散位置所产生的bH个交点，即离散电流矢量的端点位置，取θx代表给定第x个位置的电流矢量与α轴的夹角，x为电流矢量序号，θx＝xθb，电流矢量幅值isx可由公式(2)计算得出第四步，实现永磁无刷直流电机离散步进控制的运行：重复上述第三步，根据电机转子位置计算得到的电角度θ，按超前步数k依序输出给定电流矢量isx，控制电机跟随给定电流矢量逐步运行，实现永磁无刷直流电机离散步进控制的运行。上述永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，所述循环拍数为6的整数倍，该整数倍≥3。上述永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，所述DSP控制模块中的DSP控制芯片为美国德州仪器TMS320LF2812，编码器位置检测模块采用12bit精度单圈绝对值编码器，型号为BE122HS58。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比本专利技术所具有的突出的实质性特点如下：(1)本专利技术利用定转子磁场相互吸合的原理，通过对电流矢量空间位置的细分，获得换向角度更小的步进定子磁场，从而驱动转子小角度步进运动，并且这种细分的磁场使得转子在空间具有更多的定位点，又按循环拍数获得空间的离散定位位置，从而通过控制定子磁场的空间位置，实现电机的定位控制，从而实现了永磁无刷直流电机的高精度定位控制。(2)本专利技术又通过对三相电流合成的定子电流矢量在电角度空间位置上按一定的循环拍数离散，获得控制电机运行的离散电流矢量，通过增大循环拍数，得到较小的步进角，提高位置分辨率，从而在保证在带载能力的情况下提高永磁直流无刷电机定位精度。(3)本专利技术在一定程度上减小了换相时的转矩脉动。(4)本专利技术运行控制方法电机定位精准，位置精度＜0.1°，且无累积误差，为实现永磁无刷直流电机在高精度位置场合控制运行打下良好的基础。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为传统二二导通电流矢量端点连成的六边形示意图。图2(1)为本专利技术中bH＝24情况下，超前角度为一个步进角15°时离散电流矢量驱动电机作步进运动的示意图。图2(2)为本专利技术中bH＝24情况下，超前步数为6时离散电流矢量驱动电机作连续运动的示意图。图3为本专利技术中给定超前转子一个步进角，转子到达第一个位置时，编码器位置检测模块读取的实线所示的转子位置与虚线所示的转子实际位置的偏差示意图。图4为本专利技术永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法所用装置的构成示意框图。图5为是本专利技术永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法的控制流程图。图6(1)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为1时的A相电流波形。图6(2)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为1时的转子步进运行位置图。图6(3)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为1时的输出电磁转矩图。图7(1)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为6时的A相电流波形。图7(2)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为6时的转子步进运行位置图。图7(3)为本专利技术一个循环周期内，循环拍数bH＝24，超前步数为6时的输出电磁转矩图。图中，1.DSP控制模块，2.功率电路，3.永磁无刷直流电机，4.编码器位置检测模块，5.输入电源模块。具体实施方式图1所示实施例显示，在电角度空间，将传统二二导通六个电流矢量尖端连接后构成的六边形，并记这个六边形的外接圆半径为Im，即电流矢量最大幅值；循环拍数bH＝24的离散电流矢量位置划分以及幅值取值，以α轴为起点，将空间等分为24个离散位置，对应bH＝24，这些离散位置与六边形的交点确定了本专利技术方法中控制所需的bH个离散电流矢量，控制电机时，则依序给定这些电流矢量，步进角θb＝15°。图2(1)所示实施例表明，在α-β坐标系下，将一个循环周期等分为24份，即循环拍数为bH＝24，本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，以下简称运行方法，其特征在于步骤如下：A.运行方法所用装置及操作：永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法所用装置，包括DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，其中，输入电源模块为DSP控制模块、功率电路和编码器位置检测模块进行供电，DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机和编码器位置检测模块依次用导线连接，编码器位置检测模块再与DSP控制模块用导线相连；首先由输入电源模块给DSP控制模块、功率电路以及编码器位置检测模块供电，再通过编码器位置检测模块检测永磁无刷直流电机的转子初始位置，并将该电机的转子位置信号给到DSP控制模块中；B.运行方法的步骤：第一步，确定永磁无刷直流电机的位置分辨率：位置分辨率是指电机旋转一周所包含的机械步进角θbm的个数，根据定位要求确定一个循环周期内的循环拍数bH及步进角θb，这里步进角θb为360°电角度按循环拍数bH等分后得到的角度，即θb＝360°/bH，因为θbm＝θb/电机极对数p，则位置分辨率为360°/θbm个机械步进角/转，而且定位点数＝循环拍数×电机极对数，于是位置分辨率在数值上与定位点数的数值相等；第二步，确定电流矢量的空间离散位置：所述电流矢量是将永磁无刷直流电机三相电流按“3‑2”变换得到α‑β坐标分量所构成的矢量；根据第一步中确定的循环拍数bH，在静止α‑β坐标系下，将电角度一周360°分成bH个空间离散位置，得到离散定位点，由此确定电流矢量的空间离散位置；第三步，选择超前步数，确定给定电流矢量位置的幅值：根据负载转矩选取超前步数k，根据编码器位置检测模块检测当前电机转子位置θm，换算为电角度θ＝pθm；从α轴起对电流矢量按电机运转方向进行编号，根据公式(1)计算出给定电流矢量序号x，其中，floor表示向下取整，％表示取余运算；构造电流矢量六边形，按照二二导通时所产生的6个电流矢量端点连线而成，并取传统二二导通时的电流矢量最大幅值为Im，即电流矢量正六边形的外接圆半径,由该电流矢量六边形与上述第二步中确定电流矢量的空间离散位置所产生的bH个交点，即离散电流矢量的端点位置，取θx代表给定第x个位置的电流矢量与α轴的夹角，x为电流矢量序号，θx＝xθb，电流矢量幅值isx可由公式(2)计算得出第四步，实现永磁无刷直流电机离散步进控制的运行：重复上述第三步，根据电机转子位置计算得到的电角度θ，按超前步数k依序输出给定电流矢量isx，控制电机跟随给定电流矢量逐步运行，实现永磁无刷直流电机离散步进控制的运行。...

【技术特征摘要】
1.永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法，以下简称运行方法，其特征在于步骤如下：A.运行方法所用装置及操作：永磁无刷直流电机离散步进控制的运行方法所用装置，包括DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，其中，输入电源模块为DSP控制模块、功率电路和编码器位置检测模块进行供电，DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直流电机和编码器位置检测模块依次用导线连接，编码器位置检测模块再与DSP控制模块用导线相连；首先由输入电源模块给DSP控制模块、功率电路以及编码器位置检测模块供电，再通过编码器位置检测模块检测永磁无刷直流电机的转子初始位置，并将该电机的转子位置信号给到DSP控制模块中；B.运行方法的步骤：第一步，确定永磁无刷直流电机的位置分辨率：位置分辨率是指电机旋转一周所包含的机械步进角θbm的个数，根据定位要求确定一个循环周期内的循环拍数bH及步进角θb，这里步进角θb为360°电角度按循环拍数bH等分后得到的角度，即θb＝360°/bH，因为θbm＝θb/电机极对数p，则位置分辨率为360°/θbm个机械步进角/转，而且定位点数＝循环拍数×电机极对数，于是位置分辨率在数值上与定位点数的数值相等；第二步，确定电流矢量的空间离散位置：所述电流矢量是将永磁无刷直流电机三相电流按“3-2”变换得到α-β坐标分量所构成的矢量；根据第一步中确定的循环拍数bH，在静止α-β坐标系下，将电角度一周360°分成bH个空间离...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹤旭，董砚，荆锴，郑易，雷兆明，崔向宇，崔彦召，梁发金，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12