一种抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法技术

本发明专利技术是一种抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流，与相电流稳定值进行比较，大于稳定值时为延迟放置，反之为提前放置；检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流，由关断相电流关于延迟时间td的表达式，获得延迟角度θd；检测关断相电流从稳定值下降到0的时间间隔，由时间间隔关于提前时间tp的表达式，获得提前角度θp；关断相电流下降到0的时间应与导通相电流上升到稳定值的时间一致，从而获得最佳延迟角度θd.opt；最佳延迟角度与偏差角度作差，得到补偿角度，在下个电周期内进行补偿。本发明专利技术在补偿霍尔安装偏差的同时抑制换相转矩脉动，提高电机运行效率，方法简单，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法
本专利技术涉及无刷直流电机控制领域，具体来说是一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。
技术介绍
无刷直流电机是以电子换相来代替机械换相的直流电机，它保持了直流电机的优良特性，具有较好的启动和调速特性，具有结构简单、转速范围广、功率密度大等优点，其在航天、电动机车、家电、工业自动化系统方面有广泛应用。由于电机绕组中存在电感，换相期间，关断相电流下降速率与导通相电流上升速率不一致，引起换相转矩脉动，限制无刷直流电机在高精度低噪音领域的应用。另一方面，霍尔传感器理想安装间隔为120°电角度，但是，由于机械安装过程中可能存在细微的误差，导致霍尔传感器检测位置信号延迟或提前，影响电机稳定运行。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。步骤一：检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流，与相电流稳定值进行比较，大于稳定值时为延迟放置，反之为提前放置；步骤二：由关断相电流关于延迟时间td的表达式获得延迟角度θd＝ωtd，其中延迟期间占空比关于延迟时间td的表达式为：检测关断相电流从稳定值下降到0的时间间隔，由时间间隔关于提前时间tp的表达式获得提前角度θp＝ωtp，其中，Ubus为母线电压，I0为相电流稳定值，L是等效电感，E是反电动势幅值，ω为电机电角速度；步骤三：获得最佳延迟角度θd.opt；步骤四：最佳延迟角度与偏差角度作差，得到补偿角度，在下个电周期内进行补偿。2.根据权利要求1所述的一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法，其特征在于：最佳延迟角度的实现步骤如下：第一步：输入电机运行参数，及设置换相占空比为Dd.com＝1；第二步：延迟时间初始化为td＝0；第三步：按公式求得对应延迟时间下占空比，按公式求得对应延迟时间下关断相电流；第四步：换相时间初始化为tf＝0；第五步：按公式求换相期间导通相电流；第六步：换相期间导通相电流与电流稳定值比较，小于时执行第七步，大于时执行第八步；第七步：换相时间自增一个采样周期Ts，跳至第五步；第八步：跳出内循环，获得导通相电流上升到稳定值的时间；第九步：按公式求导通相电流上升到稳定值瞬间时关断相电流；第十步：导通相电流上升到稳定值瞬间时关断相电流与0比较，小于时执行第十一步，大于时执行第十二步；第十一步；延迟时间自增一个采样周期Ts，调至第三步；第十二步：跳出外循环，得到延迟时间即为最佳延迟时间td.opt，从而得到最佳延迟角度θd.opt；其中，td1为霍尔信号延迟时间，I1为关断相在换相瞬间时电流值,tf为换相时间变量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：提供了一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法。该方法在补偿霍尔安装偏差的同时抑制换相转矩脉动，提高电机运行效率，方法简单，易于实现。附图说明图1为本专利技术霍尔安装偏差下抑制无刷直流电机换相转矩脉动原理控制图。图2为本专利技术霍尔理想安装下无刷直流电机控制图。图3为本专利技术无刷直流电机等效电路图。图4为本专利技术理想霍尔信号、相电流和反电动势波形图。图5为本专利技术霍尔传感器HA延迟放置控制图。图6为本专利技术霍尔传感器HA延迟下三相电流波形图。图7为本专利技术霍尔传感器HA提前放置控制图。图8为本专利技术关霍尔传感器HA提前下三相电流波形图。图9为本专利技术最佳延迟角度算法流程图。图10为本专利技术延迟期间占空比Dd随延迟角度θd的变化曲线图。图11为本专利技术延迟期间关断相电流I1随延迟角度θd的变化曲线图。图12(a)为本专利技术补偿前A相霍尔传感器HA延迟3°电角度放置下电流转矩波形图。图12(b)为本专利技术补偿后A相霍尔传感器HA延迟3°电角度放置下电流转矩波形图。图13(a)为本专利技术补偿前A相霍尔传感器HA提前5°电角度放置下电流转矩波形图。图13(b)为本专利技术补偿后A相霍尔传感器HA提前5°电角度放置下电流转矩波形图。图14(a)为本专利技术补偿前三相霍尔传感器错误放置下电流转矩波形图。图14(b)为本专利技术补偿后三相霍尔传感器错误放置下电流转矩波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图2所示为霍尔理想安装下无刷直流电机控制图，霍尔传感器检测转子磁场变化，形成霍尔信号，通过控制器控制逆变器导通相对应的开关管，驱动电机稳定运行。如图3、图4所示，分别为无刷直流电机等效电路图和理想霍尔信号、相电流和反电动势波形图，非换相期间，电流和反电动势保持恒定，无转矩脉动；换相期间，由于绕组存在电感，电流不能瞬间变化，从而引起转矩脉动。a、单一霍尔传感器延迟放置错误影响分析以A相霍尔传感器HA延迟θd.A电角度为例，如图5所示，电机顺时针旋转，电机由CB相导通(霍尔信号001)向AB相导通(霍尔信号101)换流时，三相电流波形图如图6所示，t＝0处表示HA理想放置点，t＝td1处表示HA实际放置点，t＝td2处表示换相结束时刻，霍尔信号延迟时间td＝td1，换相时间tdf＝td2-td1。(0～td1)延迟期间：由于霍尔传感器HA延迟放置，在延迟期间，A相电流为iA＝0，BC相电流保持导通，则反电动势在延迟期间的表达式为：假设电机三相对称，且忽略电机电阻和各种损耗影响，PWM调制模式为上下桥臂同时调制模式(HPWM_LPWM)，则BC相端电压为：将式(1)代入式(2)，推导出延迟期间关断相电流表达式：由式(1)(3)可推导出延迟期间转矩表达式为：其中，Ux,ix,ex(x∈{A,B,C})分别是三相定子绕组端电压，相电流，反电动势，L是等效电感，UN是中性点电位，Ω是电机机械角速度，Te是电磁转矩。Dd为延迟期间PWM占空比，Ubus为母线电压，I0为相电流稳定值。由式(4)可知，延迟期间转矩大小与占空比Dd和延迟时间td有关，而为了确保在此期间转矩恒定，即可推导出占空比Dd关于延迟时间td的表达式：由式(3)(5)可知，关断相电流在延迟期间不断上升，在t＝td1处达到最大值。即通过采样C相在霍尔传感器HA上升沿处的电流值，通过式(3)(5)可以获得霍尔传感器HA的延迟时间td，从而得到霍尔传感器HA延迟角度θd.A＝ωtd，其中ω为电机电角速度。(td1～td2)换相期间：霍尔信号HA由0变为1时，A相电流上升，C相电流由二极管VD2续流，则三相端电压表达式为：由于电机运行在高速下，忽略电机换相时间对C相反电动势的影响，即：将式(7)代入式(6)，推导出换相期间导通相和关断相电流关于换相时间的表达式其中：Dd.com为换相期间PWM占空比，I1为关断相在t＝td1处的电流值，tf＝t-td1为换相时间变量。由式(8)可知，在延迟角度一定的情况下，Dd.com越大，导通相电流上升到稳定值的时间越短；由式(9)可知，关断相电流与换相占空比无关，延迟角度越大，其由I1下降到0的时间越长。因此，为了保证换相转矩脉动最小且换相时间最短，则关断相电流下降到0的时间应与导通相电流上升到稳定值的时间一致(tdfA(iA＝I0)＝＝tdfC(iC＝0))，且换相占空比Dd.com＝1，从而推导出满足上述条件的最佳延迟角度θd.opt，其实现算法如图9所示，详细说明在实现补偿方法中给出。其他相霍尔传感器延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流，与相电流稳定值进行比较，大于稳定值时为延迟放置，反之为提前放置；步骤二：由关断相电流关于延迟时间td的表达式

【技术特征摘要】
1.一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：检测霍尔信号上升沿瞬间关断相电流，与相电流稳定值进行比较，大于稳定值时为延迟放置，反之为提前放置；步骤二：由关断相电流关于延迟时间td的表达式获得延迟角度θd＝ωtd，其中延迟期间占空比关于延迟时间td的表达式为：检测关断相电流从稳定值下降到0的时间间隔，由时间间隔关于提前时间tp的表达式获得提前角度θp＝ωtp，其中，Ubus为母线电压，I0为相电流稳定值，L是等效电感，E是反电动势幅值，ω为电机电角速度；步骤三：获得最佳延迟角度θd.opt；步骤四：最佳延迟角度与偏差角度作差，得到补偿角度，在下个电周期内进行补偿。2.根据权利要求1所述的一种可自动补偿霍尔偏差的抑制无刷直流电机换相转矩脉动的方法，其特征在于：最佳延迟角度的实现步骤如下：第一步：输入电机运行参数，及设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚绪梁，江晓明，张燕，赵继成，林浩，鲁光绪，王峰，常英健，曹叶鸣，孙小琴，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23