无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法技术

本发明专利技术涉及一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，在无刷直流电机运行中，测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；在前一次换相之后的15°时，检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻，即为过零点；在过零点时刻后30°电角度时刻，给电机发出换相信号进行换相。本发明专利技术可以避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响，实现电机较准确的换相。不仅适用于高电压大功率的无刷直流电机控制系统，对于其他的无刷直流电机控制系统均适用。

Commutation method of commutation position detection for Sensorless Brushless DC motor

Phase commutation position detection method for the invention relates to a sensorless brushless DC motor, brushless DC motor in operation, voltage measurement of motor phase voltage of Ua, Ub and Uc; in the first phase change after 15 degrees, anti electric potential by zero time is not mediated detection of three-phase, is zero; at the zero crossing time after electric angle of 30 degrees to the moment, a motor commutation signals of commutation. The invention can avoid the influence of the peak voltage produced by the motor in commutation of the motor on the commutation of the motor and realize the more accurate commutation of the motor. It is not only suitable for high voltage and high power brushless DC motor control system, but also suitable for other brushless DC motor control systems.

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法
本专利技术属于无位置传感器无刷直流电机控制技术，涉及一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法。
技术介绍
无刷直流电机(BLDCM)既具有直流电机的运行效率高、调速性能好等优点又具备交流电机的结构简单、运行可靠和维护方便等优点，在航空、航天、交通、家电等诸多领域都得到了广泛的应用。无刷直流电机的基本构成包括：电机本体、电子换相电路和转子位置传感器三大部分。电机本体主要由定子和转子组成。电子换相电路一般由驱动部分和控制部分组成。转子位置传感用于检测电机转子位置相对于定子的位置，并向控制器提供位置信号的一种装置，是无刷直流电动机的关键部件之一。然而，转子位置传感器作为无刷直流电机故障发生概率最高的部件，不仅降低了无刷直流电机的可靠性，增加了电机的成本，还增大了电机的体积。因此，无位置传感器的无刷直流电机及其控制技术成为了近些年研究的热点。虽然无位置传感器无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，但其换相过程却不如有位置传感器无刷直流电机的精度高。当无刷直流电机换相不精确时，会造成电机的抖动、电流波动加剧、系统效率降低，严重时会造成电机的失步故障，影响其正常运行。因此，高精度换相控制方法的提出，对于改善无位置传感器无刷直流电机的运行性能具有重要意义。无位置传感器无刷直流电机的换相控制精度，受转子位置检测精度和转子位置补偿精度两方面共同影响。端电压法是最成熟也是最常用的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法。其中对电机三相电压过零点的检测直接决定电机转子位置的准确判断，进而决定能否对电机进行精确换相控制。专利技术内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，能够有效地提高电机的换向精度，避免电机因为换相不准确而引起的电机抖动，甚至失步故障；与此同时还有助于减小转矩脉动，提高电机效率。技术方案一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在无刷直流电机运行中，测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；步骤2：在前一次换相之后的15°时，检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻，即为过零点；步骤3：在过零点时刻后30°电角度时刻，给电机发出换相信号进行换相。有益效果本专利技术提出的一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，在无刷直流电机运行中，测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；在前一次换相之后的15°时，检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻，即为过零点；在过零点时刻后30°电角度时刻，给电机发出换相信号进行换相。本专利技术与现有技术相比有如下优点：(1)由于无刷直流电机进行换相时，经常出现较大的电压尖峰(如图3所示)，会影响DSP对电机三相电压的采集和运算，造成过零点的检测错误，进而引起换相点的错误，引发电机超前或滞后换相，甚至造成失步。本专利技术可以避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响，实现电机较准确的换相。(2)适用面广，此方法不仅适用于高电压大功率的无刷直流电机控制系统，对于其他的无刷直流电机控制系统均适用。附图说明图1为无刷直流电动机系统电气连接图。图2为无刷直流电机的反电势过零点与换相点。图3为无刷直流电机进行换相时的电压尖峰。图4无位置传感器无刷直流电机精确换相算法流程图。图5无刷直流电机的三相电压波形具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：最常用的三相全桥功率逆变器由6个功率管组成，分三个桥臂，每个桥臂由上和下两个功率管组成。每个桥臂的中点与电机的一相绕组相连，通过改变各开关管的开关状态就可以实现无刷直流电机的换相(如图1所示)。无刷直流电机的无位置传感器控制技术种类极多，但以电机反电势作为检测对象的反电势法最为常用，其中，端电压法又是一种最简单的反电势检测途径。星型绕组连接的电机中，检测不导通相的反电势，从而判断非导通相的反电势过零点。在检测到反电势过零点时，迅速触发计数器，当此计数器完成设定的计数值时，再进行无刷直流电机的换相。正常运行时，无刷直流电机的相电流导通区间应该与反电势波形平顶区间同相，以便产生恒定的电磁转矩，如图2所示。无刷直流电机的换相点可以根据不导通相反电势波形的过零点，再经过30°电角度的延时时间估算得出，主功率逆变器将按照六步换相逻辑在估算出的换相时刻进行换相，就可以实现无位置传感器无刷直流电机的换相控制。在三相六状态导通方式下，无刷直流电机中每相绕组一次导通的时间为120°电角度，因此每一瞬间只有两相绕组处于导通状态，总有一相绕组为非导通相，即被悬空。为了使无刷直流电机产生最大的电磁转矩，主功率逆变器需要每隔60°电角度对电机进行一次换相，以保证电机的相电流与反电势同相。本方法利用电压检测电路与DSP的AD模块相配合对电机的三相电压进行检测，算法共分为电压检测、过零点判断与延时换相三个部分，该方法的具体实现步骤如下：具体实施例：三相六状态无刷直流电机母线电流检测电路中，电机的三相电压经过电压传感器、然后经滤波、放大之后送入DSP的AD口进行检测。特别强调，此处的滤波仅对斩波频率以上的高频杂波进行滤除。控制系统软件的控制周期为25uS(40kHz)，PWM斩波频率为15kHz，DSP使用的是TI公司的TMS320F28335。过零点采样和换相算法的具体实施方式按照图4所示的流程图进行。第一步：对系统控制软件的初始化中，对ADC模块进行初始化；TMS320F28335控制芯片中有A、B两路PWM模块，将A路PWM与B路PWM设置成同步模式；设置B路PWM比较事件作为ADC的中断触发事件：ADCTRL2.bit.EPWM_ENA_SEQ1＝1。第二步：计算A路PWM占空比值得四分之三作为B路PWM的占空比，以便在每个斩波周期的四分之三时刻(占空比四分之三时刻，采样的电机电压值较为准确)，对电机的各项参数进行采样；第三步：在每个控制周期中读AD的采样值：ReadAdc()；读取DSP的ADC模块中，对电机三相电压的采样值，在经过运算得到电机三相电压的实际值Ua、Ub、Uc；第四步：三相无刷直流电机有六个状态，分别记为1、2、3、4、5、6，当电机，在进入一个换相状态时，利用DSP的定时器(timer0计数频率为40kHz)进行延时，达到经过15°电角度的延时时间，之后开始检测出三相中未导通相的反电势经过零点的时刻，即为过零点；第五步：如果检测到过零点之后，再利用DSP的定时器(timer0计数频率为40KHz)进行延时，达到经过30°电角度的延时时间，发出换相信号进行换相。图5表示该算法条件下的无刷直流电机的三相电压波形，从图中可以看出采用该算法的无刷直流电机控制系统滤波后可以使电压波形趋近于梯形波。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在无刷直流电机运行中，测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；步骤2：在前一次换相之后的15°时，检测三相中未导通相的反电势经过零点的时刻，即为过零点；步骤3：在过零点时刻后30°电角度时刻，给电机发出换相信号进行换相。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在无刷直流电机运行中，测量电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞卿，张煜辰，薛耀庭，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61