一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法，该方法用于电机驱动伺服控制系统的控制，该系统具有较好的控制精度和动态响应性能，在电机起动时首先通过软件读取3个换相HALL的值获得转子的实际位置，启动后通过转子位置传感器检测出转子角位置ωref，同时计算出转子的速度n，然后检测定子电流FOC控制算法，以得到检测值id和iq，然后分别经PI调节器输出交直流轴电压值ud和uq，再经过坐标变换后生成电压值uα和uβ，得出SVPWM驱动信号最后输出6路控制脉冲信号，驱动六个MOS从而驱动电机。本发明专利技术提供的永磁直流无刷电机驱动控制方法适用于智能壁障机器人的控制。采用DSP处理器来实现，通过直轴电流为零的矢量控制策略实现控制过程；解决了超调和快速性的矛盾，提高了系统抗干扰能力，符合高性能的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流电机领域，特别是一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法。
技术介绍
机器人在进行巡检时，往往会遇到墙壁或阻挡物等障碍；这种环境下机器人需要驱动电机来克服障碍，这种机器人采用永磁直流电机来驱动控制系统；但是直流电机的控制精度不高，导致机器人无法正确越过障碍物，或者由于电机的动态响应性能欠佳，降低了机器人系统抗干扰能力，因此，需要一种动态响应性能的直流电机驱动器控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种永磁无刷直流电机驱动器；该直流电机驱动器控制方法具有动态响应性能高的特点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供的永磁无刷直流电机驱动器控制方法，所述直流电机驱动器包括处理器DSP、HALL传感器和直流电机；所述HALL传感器用于获取直流电机运行状态信号并将信号输入到处理器DSP中；所述直流电机驱动器按照以下步骤进行控制：保护直流电机驱动器运行状态现场；采集直流电机驱动器运行时的电流序列数据；初始化相电流的相位；读取HALL传感器的HALL状态值更新相位；根据HALL状态值采用速度环控制直流电机的速度；更新闭环周期；闭环周期时间间隔固定，每当更新时间到时，读取外部给定比例系数和积分常数,如果常数有变化则进行更新；如果没有变化则直接跳过执行下一步；检测电机相电流传给处理器CPU；通过Clark变换按照以下公式将旋转电流转换成静止相电流：其中，iα表示经过Clark变换后静止坐标系下的α轴电流；iβ表示表示经过Clark变换后静止坐标系下的β轴电流；ia；ib；ic分别表示电机ABC相的瞬时相电流；获取电流反馈信号采用SVPWM算法实现电流环控制；通过电角度θ计算其正弦值sin和余弦值cos，实现Park反变换将静止相相电流转换成旋转相电流；根据旋转相电流计算电流向量的扇区从而计算出各个电流矢量所需作用的时间；更新PWM比较数据；恢复现场。进一步，所述SVPWM算法具体步骤如下：获取输出相电压Vs所在扇区；根据以下公式确定扇区：其中，Vs表示输出相电压；VsαVsβ分别表示在等效静止坐标系下α，β轴分量；按照以下公式分别进行计算：计算T1，并装载比较寄存器；计算T2，并装载比较寄存器；计算T0，并装载比较寄存器；T0＝T-T1-T2其中，T1，T2分别表示Us所在扇区的两基本开关矢量作用的时间；T0表示0矢量作用时间；Ts表示开关周期；Vdc表示直流母线电压；结束计算。进一步，所述扇区按照以下步骤进行计算：设置扇区P＝0；通过以下公式得到P1：P1＝signVsβ通过以下公式得到P2：P2＝2sign[sin60°Vsα-sin30°Vsβ]；同理P3：P3＝4sign[-sin60°Vsα-sin30°Vsβ]；按照以下公式合成矢量P：P＝P1+P2+P3；分别按照以下步骤通过查表来确定扇区：当P＝3时，Vs位于第Ⅰ扇区；当P＝1时，Vs位于第Ⅱ扇区；当P＝5时，Vs位于第Ⅲ扇区；当P＝4时，Vs位于第Ⅳ扇区；当P＝6时，Vs位于第Ⅴ扇区；当P＝2时，Vs位于第Ⅵ扇区；其中，P，P1，P2，P3分别表示预设变量；Sign(x)为判定函数：若x大于0时为1，否则为0，Vsα，Vsβ分别表示在等效静止坐标系下α，β轴分量；进一步，所述电流采样是按照以下步骤进行：设置电流采样控制参数；采取电阻法获取电机转子电压采样值；将电压采样值预处理后通过光耦元件隔离输出得到输出信号；将输出信号送给DSP处理器进行计算得到被测电流值。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术提供的永磁直流无刷电机驱动器是一种电机驱动伺服控制系统，该系统具有较好的控制精度和动态响应性能，为后续研究做了良好的技术基础。本方法在电机起动时首先通过软件读取3个换相HALL的值获得转子的实际位置，启动后通过转子位置传感器检测出转子角位置ωref，同时计算出转子的速度n，然后检测定子(任两相)电流FOC控制算法，以得到检测值id和iq，然后分别经PI调节器输出交直流轴电压值ud和uq，再经过坐标变换后生成电压值uα和uβ，得出SVPWM驱动信号最后输出6路控制脉冲信号，驱动六个MOS从而驱动电机。本专利技术提供的永磁直流无刷电机驱动控制方法适用于智能壁障机器人的控制。采用DSP处理器来实现，通过直轴电流为零的矢量控制策略实现控制过程；解决了超调和快速性的矛盾，提高了系统抗干扰能力，符合高性能的要求。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明本专利技术的附图说明如下。图1为驱动电机控制算法原理图。图2为静止和旋转坐标示意图。图3为电流闭环控制传递函数结构图。图4a为空间矢量和开关状态。图4b为3个桥臂开关函数的波形。图4c为3个桥臂开关时序关系。图5为速度闭环系统的传递函数结构图。图6为电机相电流采样电路。图7a为电流采样流程图。图7b为是计算扇区流程图。图7c为SVPWM算法流程图。图8为控制和中断流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1如图所示，本实施例提供的永磁无刷直流电机驱动器控制方法，所述永磁无刷直流电机驱动器包括处理器DSP、HALL传感器、直流电机、PID控制器、PARK变换模块、PARK反变换模块、三相逆变器、Clark变换模块、速度计算逻辑模块：本实施例的驱动器采用串口或者电阻记性电机调速，直接将控制命令发个DSP，利用DSP的定时器采用PWM比较输出模式，输出3组独立互补PWM信号。电机相电流采样模块将电流采样电压信号直接输入给DSP的ADC脚，CPU得到相应采样值，通过内部软件实现PID控制器、PARK变换模块、PARK反变换模块转化后，生成PWM控制信号输出，从而实现电流环控制。三路HALL传感器采用差分转单端的芯片将TTL电平转换成3.3V电平后接DSP的3个GPIO脚，DSP采用定时器的计数模式，实现电机的位置计算和速度计算，实现速度环控制。所述永磁无刷直流电机驱动器按照以下步骤进行控制操作：保护现场；主要是完成对系统故障信息的实时检测处理，保证系统能够在安全的范围内运行电流采样；由ADC完成一个序列的采样，CPU响应ADC中断处理程序。系统主要在ADC中断程序里面处理采样得到的数据，实现速度环和电流环的调节。读取HALL值及其相位初始化；通过CPU的IO口读取HALL传感器编码可以初略的判断转子的位置，可以修正转子位置。更新相位；在得到HALL编码之后对电机相应相施加电流，可以使得定子的旋转磁场，与转子同步。速度环；根据三路HALL传感器经过逻辑运算后，转换成速度脉冲输出，测量电机速度技术采用常用的M/T法。通过速度反馈与速度命令值，经过PID控制实现速度的高精度控制。更新闭环周期；闭环周期又称伺服周期及PID控制的循环周期；闭环周期时间间隔固定，每当更新时间到时，读取外部给定比例系数和积分常数,若常数有变化则进行更新如过没有变化直接跳过执行下一步。相电流检测；相电流是通过电机相串联电阻实时采样经过ADC采样后传给CPUClark变换；将旋转的电机转子坐标系电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法，所述直流电机驱动器包括处理器DSP、HALL传感器和直流电机；所述HALL传感器用于获取直流电机运行状态信号并将信号输入到处理器DSP中；其特征在于：所述直流电机驱动器按照以下步骤进行控制：保护直流电机驱动器运行状态现场；采集直流电机驱动器运行时的电流序列数据；初始化相电流的相位；读取HALL传感器的HALL状态值更新相位；根据HALL状态值采用速度环控制直流电机的速度；更新闭环周期；闭环周期时间间隔固定，每当更新时间到时，读取外部给定比例系数和积分常数,如果常数有变化则进行更新；如果没有变化则执行下一步；检测电机相电流传给处理器CPU；通过Clark变换按照以下公式将旋转电流转换成静止相电流：iαiβ=231-12-12032-32iaibic;]]>其中，iα表示经过Clark变换后静止坐标系下的α轴电流；iβ表示表示经过Clark变换后静止坐标系下的β轴电流；ia；ib；ic分别表示电机ABC相的瞬时相电流；获取电流反馈信号采用SVPWM算法实现电流环控制；通过电角度θ计算其正弦值sin和余弦值cos，实现Park反变换将静止相相电流转换成旋转相电流；根据旋转相电流计算电流向量的扇区从而计算出各个电流矢量所需作用的时间；更新PWM比较数据；恢复现场。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁无刷直流电机驱动器控制方法，所述直流电机驱动器包括处理器DSP、HALL传感器和直流电机；所述HALL传感器用于获取直流电机运行状态信号并将信号输入到处理器DSP中；其特征在于：所述直流电机驱动器按照以下步骤进行控制：保护直流电机驱动器运行状态现场；采集直流电机驱动器运行时的电流序列数据；初始化相电流的相位；读取HALL传感器的HALL状态值更新相位；根据HALL状态值采用速度环控制直流电机的速度；更新闭环周期；闭环周期时间间隔固定，每当更新时间到时，读取外部给定比例系数和积分常数,如果常数有变化则进行更新；如果没有变化则执行下一步；检测电机相电流传给处理器CPU；通过Clark变换按照以下公式将旋转电流转换成静止相电流：iαiβ=231-12-12032-32iaibic;]]>其中，iα表示经过Clark变换后静止坐标系下的α轴电流；iβ表示表示经过Clark变换后静止坐标系下的β轴电流；ia；ib；ic分别表示电机ABC相的瞬时相电流；获取电流反馈信号采用SVPWM算法实现电流环控制；通过电角度θ计算其正弦值sin和余弦值cos，实现Park反变换将静止相相电流转换成旋转相电流；根据旋转相电流计算电流向量的扇区从而计算出各个电流矢量所需作用的时间；更新PWM比较数据；恢复现场。2.如权利要求1所述的永磁无刷直流电机驱动器控制方法，其特征在于：所述SVPWM算法具体步骤如下：获取输出相电压Vs所在扇区；根据以下公式确定扇区：|Vs|=Vsα2+Vsβ2;...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小龙，宋伟，侯兴哲，罗春雷，邓帮飞，胡晓锐，石为人，甘建峰，王成疆，王大洪，肖杰，李新平，李杰，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，国家电网公司，国网重庆市电力公司，深圳市先进智能技术研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50