无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统，包括：以预设采样周期获取三相定子绕组的反电动势数值，并记录三相定子绕组的反电动势数值；当时三相定子绕组的反电动势数值产生过零现象时，通过判断产生过零现象的一相定子绕组反电动势的上一次采样周期数值与0、第一对比值以及第二对比值的关系，确定是否为假过零点；如果是假过零点则执行弱化消磁，否则执行换相。本发明专利技术可准确判断无刷直流电机换相点，缓解无刷直流电机换相期间非切换相续流产生端电压脉冲而引发转矩脉动的影响，提高无刷直流电机换相控制性能。

High precision commutation control method and system of BLDCM

The invention discloses a high-precision phase change control method and system of BLDCM, including: obtaining the back EMF value of three-phase stator winding by preset sampling period, and recording the back EMF value of three-phase stator winding; when the back EMF value of three-phase stator winding produces zero crossing phenomenon, judging the back EMF value of one phase stator winding that produces zero crossing phenomenon The relationship between the value of the last sampling period and 0, the ratio of the first pair and the ratio of the second pair determines whether it is a false zero crossing; if it is a false zero crossing, perform weakening degaussing, otherwise perform commutation. The invention can accurately judge the commutation point of the BLDCM, alleviate the influence of the torque ripple caused by the voltage pulse of the non switching phase continuous abortion generator during the commutation of the BLDCM, and improve the commutation control performance of the BLDCM.

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统
本专利技术涉及无刷直流电机
，具体涉及一种无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统。
技术介绍
无刷直流电机被广泛应用于科学仪器、工业设备及电动车中，具有结构简单，效率高的优点。霍尔传感器、光电编码器和旋转变压器通常用于提供无刷直流电机换相信息，但其精度很容易受外部环境和安装精度的影响。因此，无刷直流电机无传感器驱动的研究对于工业应用和科学研究具有重要意义。反电动势法是无位置传感器技术中最常用、最简单的方法，通过采样端电压或线电压差的过零点，产生无刷直流电机的换相位置信号，实现无刷直流电机的正常运行。但是，当无刷直流电机转速大于额定转速80％或，者负载大于额定负载20％时，换相期间不导通相续流会产生端电压脉冲，造成假过零事件，使得换相点提前，影响电机的正常驱动。同时，换相续流时间过长会引起较大的转矩脉动。现有的方法中大多是通过延时检测避开假过零点，通过复杂算法减小转矩脉动，该类算法普遍计算量大，对处理单元性能要求较高。本专利技术可准确判断无刷直流电机换相时间，缩短不导通相续流时间，提高系统稳定性，算法简单可靠，对处理单元要求低，易操作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统，以解决无刷直流电机换相期间不导通相续流产生端电压脉冲，造成假过零事件，使得换相点提前，影响电机的正常驱动及不导通相续流时间过长引起较大转矩脉动的问题。本专利技术提供了一种无刷直流电机高精度换相控制的方法，包括：步骤一：设置第一对比值、第二对比值，以预设采样周期获取三相定子绕组的反电动势数值，并记录三相定子绕组的反电动势数值；步骤二：判断是否有一相定子绕组的反电动势数值产生过零现象，当有过零现象时，执行步骤三；当没有过零现象时，执行步骤一；步骤三：判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于0；当大于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于第一对比值，当大于第一对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第一对比值时，执行换相动作；当小于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否小于第二对比值，当小于第二对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第二对比值时，执行换相动作。进一步地，所述三相定子绕组的反电动势通过实时检测三相定子绕组的端电压得到。进一步地，所述预设采样周期为10μs至20μs。进一步地，所述第一对比值的取值范围为无刷直流电机额定电压的10％～20％，所述第二对比值的取值范围为无刷直流电机额定电压的-10％～-20％。进一步地，所述步骤三中的弱化消磁动作的具体方法如下：将上一换相过程中的逆变器非切换相对应的上桥臂功率器件的PWM占空比设置为100％，t秒后将占空比恢复为D。进一步地，所述t＝1/ω，其中，ω为电机转速，单位为r/min，t的单位是s。进一步地，所述D为当PID控制器以转子转速的设定值与转子转速的实际值的误差为输入时的占空比输出值。一种无刷直流电机高精度换相控制的系统，其特征在于，包括：检测模块、比较模块、PID控制模块、弱化消磁模块、换相模块、逆变器；所述检测模块分别与所述三相定子绕组以及所述比较模块相连，用于检测A相、B相和C相定子绕组的端电压，得到A相、B相和C相定子绕组的反电动势，并将检测结果传递到所述比较模块；所述比较模块分别与所述弱化消磁模块以及所述换相模块，用于将产生过零现象的一相定子绕组上次预设采样周期获取的反电动势数值与0以及第一对比值或与0以及第二对比值比较，根据比较结果执行说话消磁或换相；所述PID控制模块与所述弱化消磁模块相连，用于以转子转速的设定值与转子转速的实际值的误差为输入来输出占空比D；所述弱化消磁模块与所述逆变器相连，用于根据比较模块的输出信号和PID控制模块的输出信号，控制逆变器非切换相对应的上桥臂MOS管的PWM占空比，缩短不导通相续流时间；所述换相模块与所述逆变器相连，用于根据比较模块的输出信号执行所需换相；所述逆变器与所述三相定子绕组相连，用于驱动所述A相、B相和C相定子绕组。本专利技术的有益效果：1、由于假过零现象是脉冲波形，由低电平突变成高电平或者由高电平突变成低电平，也不会在低电平和高电平状态下持续，是一种瞬时状态；而真实过零现象，要经历低电平到高电平或者高电平到低电平的渐变过程，是一种过程状态。根据上述特性，通过出现过零现象的一相上一采集周期的数值和预设比较值的对比，判断过零点的有效性，从而避免假过零现象对换相的影响，完成无刷直流电机的精确换相。2、通过利用功率器件续流将非切换相的剩余能量消除，以减小无刷直流电机换相期间不导通相续流而产生的端电压脉冲的宽度，缩短续流时间，缓解续流时间过长引发的转矩脉动对无刷直流电机驱动的影响，提高系统稳定性。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为本专利技术实施例中一种无刷直流电机高精度换相控制的方法流程图；图2为本专利技术实施例中一种无刷直流电机驱动系统的主电路图；图3为本专利技术实施例中无刷直流电机等效电路图；图4为本专利技术实施例中定子三相绕组反电动势波形图；图5为本专利技术实施例中一种无刷直流电机高精度换相控制系统结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种无刷直流电机高精度换相控制的方法，如图1所示，包括：步骤S1：以预设采样周期获取三相定子绕组的反电动势数值。步骤S2：记录三相定子绕组的反电动势数值。由于定子绕组压降较小，所以忽略定子绕组的电阻值，三相定子绕组的反电动势约等于各相定子绕组的端电压。通过实时检测三相子绕组的端电压得到三相定子绕组的反电动势，并记录下来。步骤S3：判断三相定子绕组中是否有一相定子绕组的反电动势数值产生过零现象，当有过零现象时，执行步骤S4；当没有过零现象时，执行步骤S1继续对过零现象进行监视；步骤S4：判断产生过零现象的一相定子绕组反电动势的上一次采样周期数值是否大于0，当上一次采样周期数值是大于0时，执行步骤S5；当上一次采样周期数值是不大于0时，执行步骤S6。步骤S5：判断产生过零现象的一相定子绕组反电动势的上一次采样周期数值是否大于第一对比值，当上一次采样周期数值大于第一对比值时，则执行弱化消磁动作；当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：设置第一对比值、第二对比值，以预设采样周期获取三相定子绕组的反电动势数值，并记录三相定子绕组的反电动势数值；/n步骤二：判断是否有一相定子绕组的反电动势数值产生过零现象，当有过零现象时，执行步骤三；当没有过零现象时，执行步骤一；/n步骤三：判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于0；/n当大于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于第一对比值，当大于第一对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第一对比值时，执行换相动作；/n当小于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否小于第二对比值，当小于第二对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第二对比值时，执行换相动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：设置第一对比值、第二对比值，以预设采样周期获取三相定子绕组的反电动势数值，并记录三相定子绕组的反电动势数值；
步骤二：判断是否有一相定子绕组的反电动势数值产生过零现象，当有过零现象时，执行步骤三；当没有过零现象时，执行步骤一；
步骤三：判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于0；
当大于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否大于第一对比值，当大于第一对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第一对比值时，执行换相动作；
当小于0时，判断所述步骤二中产生过零现象的一相定子绕组在上一预设采样周期获取的反电动势数值是否小于第二对比值，当小于第二对比值时，执行弱化消磁动作并返回步骤一；当不大于第二对比值时，执行换相动作。


2.根据权利要求1所述的无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，所述三相定子绕组的反电动势通过实时检测三相定子绕组的端电压得到。


3.根据权利要求1所述的无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，所述预设采样周期为10μs至20μs。


4.根据权利要求1所述的无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，所述第一对比值的取值范围为无刷直流电机额定电压的10％～20％，所述第二对比值的取值范围为无刷直流电机额定电压的-10％～-20％。


5.根据权利要求1所述的无刷直流电机高精度换相控制的方法，其特征在于，所述步骤三中的弱化消磁动作的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤钱亮，魏海峰，张懿，李震，李可礼，李垣江，刘维亭，王浩陈，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32