一种无刷直流电机的控制系统及控制方法技术方案

一种无刷直流电机的控制系统及控制方法，该系统的数字信号处理器通过转子位置传感器连接无刷直流电机，所述三相逆变电路的输入端连接数字信号处理器、三相逆变电路的输出端连接无刷直流电机。该方法为：设定一个转速误差值；对转子定位以获取无刷直流电机的转子的当前位置，同时通过数字信号处理器计算电机的当前转速；根据给定转速与当前转速计算当前转速误差并判断其是否大于设定值，若大于设定值，电机开始换相直到达到设定转速；若小于设定值，则关断所有开关管，等待下一个转子位置，直到当前转速误差大于设定值。本发明专利技术能够减少三相逆变电路上开关管的开关次数，达到延长开关管寿命、降低开关管发热损耗、提高控制系统效率和稳定性的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机的控制系统及控制方法
本专利技术涉及无刷直流电机的控制领域，具体涉及一种无刷直流电机的控制系统及控制方法。
技术介绍
传统无刷直流电机工作时，转子每旋转60°电角度，逆变电路上开关管的通断就会改变一次，开关管的交替通断使定子绕组产生旋转磁场，转子才能旋转。对于整个无刷直流电机控制系统，开关管是一个重要元件。但是，使用开关管也会带来一些问题：开关管并不是一个理想开关，它本身还存在开关损耗、导通损耗等各种热损耗，各类热损耗与开关管的具体使用环境有关，无刷直流电机开关管的热损耗主要是开关损耗，对于大功率开关管，单管热损耗可达上百瓦，有时需要风扇进行主动散热，热损耗降低了无刷直流电机控制系统的整体效率；开关管的开通和关断过程对温度比较敏感，温度过高会影响逆变电路的稳定性，散热不良时还会烧毁开关管，在实际使用中，开关管损坏的一个重要原因就是高温导致烧毁；开关管的寿命即它的开关总次数是有限的，需要定期更换。以上问题是由开关管的开关特性导致的，当无刷直流电机带某些特定类型的负载时，并不需要转子每旋转60°电角度就通断一次开关管。因此，可以通过改进无刷直流电机的控制方法，降低上述问题造成的影响。
技术实现思路
本专利技术提供了一种无刷直流电机的控制系统及控制方法，当无刷直流电机所带负载是对转速控制精度要求不高的负载或高转速低转矩负载时，该控制系统及控制方法能够减少三相逆变电路上开关管的开关次数，达到延长开关管寿命、降低开关管发热损耗、提高控制系统效率和稳定性的目的。本专利技术的无刷直流电机的控制系统，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括无刷直流电机、转子位置传感器、数字信号处理器及三相逆变电路，所述数字信号处理器通过转子位置传感器连接无刷直流电机，所述三相逆变电路的输入端连接数字信号处理器、三相逆变电路的输出端连接无刷直流电机。进一步地，所述数字信号处理器通过驱动电路连接三相逆变电路的输入端。进一步地，所述三相逆变电路与无刷直流电机之间的连接线通过电流检测电路连接数字信号处理器。进一步地，所述转子位置传感器为霍尔位置传感器。进一步地，所述三相逆变电路的六个开关管采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。本专利技术的无刷直流电机的控制方法，为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：S1，根据需要设定一个转速误差值，即电机的给定转速与实际转速的差值；S2，电机起动后，对转子定位以获取无刷直流电机的转子的当前位置，同时通过数字信号处理器计算电机的当前转速；S3，根据给定转速与当前转速计算当前转速误差并判断其是否大于设定值，若判断当前转速误差大于设定值，电机开始换相直到达到设定转速；若判断当前转速误差小于设定值，则关断三相逆变电路上的所有开关管，等待下一个转子位置，直到当前转速误差大于设定值。进一步地，在步骤S2中，通过霍尔位置传感器获取无刷直流电机转子的当前位置。进一步地，在步骤S2中，无刷直流电机的当前转速由数字信号处理器根据相邻两次转子位置信号的时间间隔和电机的极对数计算获得，计算公式为：其中，T为无刷直流电机转子旋转60°电角度的时间，p为电机极对数。本专利技术的有益效果是：本专利技术的控制方法涉及的无刷直流电机所带负载为高转速低转矩负载或对转速控制精度要求不高的负载。本专利技术的控制方法，首先根据需要设定一个转速误差值，电机起动后，安装在定子上的霍尔位置传感器获取无刷直流电机转子的当前位置，同时数字信号处理器计算电机的当前转速，然后根据给定转速与当前转速计算当前转速误差并判断其是否大于设定值，若判断当前转速误差大于设定值，电机开始换相直到达到设定转速，若判断当前转速误差小于设定值，则关断三相逆变电路上的所有开关管，等待下一个转子位置，直到当前转速误差大于设定值，电机开始换相，在此期间，即使转速误差小于设定值，也不会关断开关管，电机会连续换相直到转速达到设定转速，如此反复循环，控制电机运行，从而通过减少逆变电路上开关管开关次数的方法延长了开关管的使用寿命，并且降低了开关管的热损耗，提高了控制系统的效率和稳定性；若开关管的散热系统发生故障(例如热敏电阻失效)，还能够降低开关管被烧毁的概率。本控制方法不影响电机的输出效果或达到相同输出效果。附图说明图1是本专利技术的控制系统的结构示意图；图2是本专利技术的控制方法的流程图；图3为PWM波的占空比为0.75时，IGBT和定子绕组的导通顺序图；图4为设电机开始稳态运行后AB相首先导通时，IGBT和定子绕组的导通顺序图；图5是本专利技术的控制过程图。具体实施方式参照图1，该无刷直流电机的控制系统，包括无刷直流电机1、转子位置传感器2、数字信号处理器3及三相逆变电路4，所述数字信号处理器3通过转子位置传感器2连接无刷直流电机1，所述三相逆变电路4的输入端连接数字信号处理器3、三相逆变电路4的输出端连接无刷直流电机1。所述数字信号处理器3通过驱动电路5连接三相逆变电路4的输入端。所述三相逆变电路4与无刷直流电机1之间的连接线通过电流检测电路6连接数字信号处理器3。所述转子位置传感器2为霍尔位置传感器；所述三相逆变电路4的六个开关管采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；所述数字信号处理器(DSP)的型号为TMS320F2812，控制程序采用速度环和电流环相结合的双闭环控制，闭环反馈量包括电机的转子位置、定子相电流以及当前转速。参照图2，本专利技术的无刷直流电机的控制方法，包括以下步骤：S1，根据需要设定一个转速误差值，即电机的给定转速与实际转速的差值；S2，电机起动后，对转子定位以获取无刷直流电机1的转子的当前位置，同时通过数字信号处理器3计算电机的当前转速；S3，根据给定转速与当前转速计算当前转速误差并判断其是否大于设定值，若判断当前转速误差大于设定值，电机开始换相直到达到设定转速；若判断当前转速误差小于设定值，则关断三相逆变电路4上的所有开关管，等待下一个转子位置，直到当前转速误差大于设定值。在步骤S2中，通过霍尔位置传感器获取无刷直流电机转子的当前位置。在步骤S2中，无刷直流电机1的当前转速由数字信号处理器3根据相邻两次转子位置信号的时间间隔和电机的极对数计算获得，计算公式为：其中，T为无刷直流电机转子旋转60°电角度的时间，p为电机极对数。以下对采用传统控制方法和采用本专利技术的控制方法作对比说明：传统控制方法采用三相六状态全桥控制，转子每旋转60°电角度定子绕组换相一次，其中空间机械角度与电角度的关系为：Ω＝ω×p，式中p为电机的极对数，假设电机起动达到设定转速后不改变负载、不进行调速，电机保持稳态运行。设无刷直流电机定子电枢绕组的平均电压为：式中：t1为IGBT的导通时间；t2为IGBT的关断时间；T为IGBT的开关周期，T＝t1+t2；Ud为直流母线电压；α为PWM波的占空比，无刷直流电机本体的输入功率为：P1＝UaIa＝αUdIa，式中Ia为定子电枢绕组的平均相电流。无刷直流电机是当今效率最高的电机之一，忽略电机本体的损耗(本控制方法不会额外增加电机本体损耗)，则对于电机输出功率P2，有P2≈P1，即P2＝UaIa＝αUdIa。采用本专利技术的控制方法时，电机转子平均每旋转(60×m)°(其中m>1)电角度，逆变电路上IGBT的通断改变一次，若占空比仍然为α，则换相次数即定子绕组的通断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：包括无刷直流电机(1)、转子位置传感器(2)、数字信号处理器(3)及三相逆变电路(4)，所述数字信号处理器(3)通过转子位置传感器(2)连接无刷直流电机(1)，所述三相逆变电路(4)的输入端连接数字信号处理器(3)、三相逆变电路(4)的输出端连接无刷直流电机(1)。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：包括无刷直流电机(1)、转子位置传感器(2)、数字信号处理器(3)及三相逆变电路(4)，所述数字信号处理器(3)通过转子位置传感器(2)连接无刷直流电机(1)，所述三相逆变电路(4)的输入端连接数字信号处理器(3)、三相逆变电路(4)的输出端连接无刷直流电机(1)。2.如权利要求1所述的一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：所述数字信号处理器(3)通过驱动电路(5)连接三相逆变电路(4)的输入端。3.如权利要求1所述的一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：所述三相逆变电路(4)与无刷直流电机(1)之间的连接线通过电流检测电路(6)连接数字信号处理器(3)。4.如权利要求1所述的一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：所述转子位置传感器(2)为霍尔位置传感器。5.如权利要求1所述的一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于：所述三相逆变电路(4)的六个开关管采用绝缘栅双极型晶体管。6.一种无刷直流电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕德刚，张正阳，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23