一种无刷直流电机的换相方法及系统技术方案

本申请公开了一种无刷直流电机的换相方法及系统，方法包括以下步骤：获取无刷直流电机三相绕组的初始相电压，并对初始相电压进行滤波，得到滤波后相电压信号；基于滤波后相电压信号进行相位超前变换，得到相位超前角度和超前变换后信号；基于超前变换后信号和滤波后相电压信号的相位关系，得到换相误差量和换相误差角度；校正换相误差量，得到校正后相电压信号；基于校正后相电压信号确定换相信号，并基于换相信号控制无刷直流电机完成换相。本申请通过对三相电压信号进行处理，将由低通滤波器和软硬件带来的滞后角度补偿回去，实现信号相位超前并还原成原始电压信号，之后再进行过零点检测得到换相信号，实现高精度的换相。实现高精度的换相。实现高精度的换相。

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机的换相方法及系统


[0001]本申请属于无刷电机
，具体涉及一种无刷直流电机的换相方法及系统。

技术介绍

[0002]无刷直流电机无位置传感器换相控制是通过检测电机信号获得转子位置信息，然后根据换相逻辑进行换相，因此，准确的转子位置信息是实现电机精确换相的前提。然而，检测电路和控制电路中的低通滤波器和比较器等硬件、软件程序等控制算法所造成的延迟，会使检测到的转子位置信息与实际的转子位置信息存在误差，即换相误差。换相误差的存在会降低电机换相精度，增大电流的波动，引起转矩脉动，导致电机效率下降，换相误差过大时可能会导致电机失步。因此，必须对换相误差进行实时校正。
[0003]利用反电势获得换相检测信号适用性强且技术相对成熟，应用最为广泛。基于反电势的方法又可分为反电势过零点检测、反电势三次谐波检测、反电势积分法等。但使用低通滤波器会导致相位延迟，特别是在高压大功率电机系统，换相过程中电压脉冲大，使用低截止频率低的低通滤波器消除脉冲，导致相位滞后大，换相难度高；相关技术中，通常将检测到的信号经过一定延迟，根据滤波器延迟进行前馈补偿后再进行换相，但这种方法只能实现粗补偿，无法实现换相误差的实时补偿和精准换相。因此，如何实现换相误差的实时补偿和精准换相是目前尚需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请旨在解决现有技术的不足，提出一种无刷直流电机的换相方法及系统，可以对无刷直流电机无位置传感器的换相误差的进行实时校正，确保对无刷直流电机进行高精度换相。
[0005]为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
[0006]一种无刷直流电机的换相方法，包括以下步骤：
[0007]获取所述无刷直流电机三相绕组的初始相电压，并对所述初始相电压进行滤波，得到滤波后相电压信号；
[0008]基于所述滤波后相电压信号进行相位超前变换，得到相位超前角度和超前变换后信号；
[0009]基于所述超前变换后信号和所述滤波后相电压信号的相位关系，得到换相误差量和换相误差角度；
[0010]校正所述换相误差量，得到校正后相电压信号；
[0011]基于所述校正后相电压信号确定换相信号，并基于所述换相信号控制所述无刷直流电机完成换相。
[0012]优选的，所述滤波的方法包括：基于低通滤波器滤除所述初始相电压中的谐波和电压脉冲，得到所述滤波后相电压。
[0013]优选的，所述相位超前变换的方法包括：
[0014]基于所述低通滤波器的参数，确定相位滞后角度：
[0015]基于所述相位滞后角度得到相位超前角度的初值，并进行相位超前变换，得到所述超前变换后信号。
[0016]优选的，计算所述换相误差量的方法包括：将所述超前变换后信号和所滤波后相电压信号进行希尔伯特变换，得到信号相位差，即所述换相误差量。
[0017]优选的，计算所述换相误差角度的方法包括：
[0018]根据希尔伯特变换计算分别所述超前变换后信号和滤波后相电压信号压正交的信号，得到希尔伯特变换后信号；
[0019]基于所述希尔伯特变换后信号、所述超前变换后信号和所述滤波后相电压信号，计算得到所述换相误差角度。
[0020]优选的，所述校正的方法包括：
[0021]将所述相位滞后角度作为前馈补偿，将所述换相误差角度作为控制偏差，基于增益系数和积分系数，得到换相误差角度变化量系数和换相误差角度变化量积分项系数；
[0022]将所述换相误差角度变化量系数和所述换相误差角度变化量积分项系数进行线性组合，得到闭环控制补偿角度，并修改所述相位超前角度，完成所述换相误差量的校正。
[0023]优选的，所述控制的方法包括：通过过零点检测将所述校正后相电压信号整形为方波信号，基于所述方波信号控制所述无刷电机换相。
[0024]本申请还提供了一种无刷直流电机的换相系统，包括：滤波模块、超前变换模块、计算模块、校正模块和控制模块；
[0025]所述滤波模块用于获取所述无刷直流电机三相绕组的初始相电压，并对所述初始相电压进行滤波，得到滤波后相电压信号；
[0026]所述超前变换模块用于基于所述滤波后相电压信号进行相位超前变换，得到相位超前角度和超前变换后信号；
[0027]所述计算模块用于基于所述超前变换后信号和所述滤波后相电压信号的相位关系，得到换相误差量和换相误差角度；
[0028]所述校正模块用于校正所述换相误差量，得到校正后相电压信号；
[0029]所述控制模块用于基于所述校正后相电压信号确定换相信号，并基于所述换相信号控制所述无刷直流电机完成换相。
[0030]与现有技术相比，本申请的有益效果为：
[0031](1)本申请通过对三相电压信号进行处理，将由低通滤波器和软硬件带来的滞后角度补偿回去，实现信号相位超前并还原成原始电压信号，之后再进行过零点检测得到换相信号，实现高精度的换相；
[0032](2)本申请只需要获取相位超前后信号与原始信号，根据希尔伯特变换计算相位差角度，用PI控制器控制其误差为零，实现无刷直流电机的高精度换相。使用的算法简单，具有响应速度快、可靠性高等优点。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人
员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本申请实施例的方法流程示意图；
[0035]图2为本申请实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0037]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
[0038]实施例一
[0039]在本实施例中，如图1所示，一种无刷直流电机的换相方法，包括以下步骤：
[0040]S1.获取无刷直流电机三相绕组的初始相电压，并对初始相电压进行滤波，得到滤波后相电压信号。
[0041]在本实施例中，首先获取直流电机的三相绕组的初始电压，在电机控制中，包括静止坐标系和旋转坐标系，其中，静止坐标系包括两相静止坐标系和三相静止坐标系，两相静止坐标系即αβ坐标系，三相静止坐标系即ABC坐标系，旋转坐标系为两相旋转坐标系，即dq坐标系。基于不同的坐标系，可以建立不同的数学模型，使得在不同的使用场景中，方便进行电机控制。
[0042]标准三相电压u
a
、u
b
、u
c
在空间上互差1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机的换相方法，其特征在于，包括以下步骤：获取所述无刷直流电机三相绕组的初始相电压，并对所述初始相电压进行滤波，得到滤波后相电压信号；基于所述滤波后相电压信号进行相位超前变换，得到相位超前角度和超前变换后信号；基于所述超前变换后信号和所述滤波后相电压信号的相位关系，得到换相误差量和换相误差角度；校正所述换相误差量，得到校正后相电压信号；基于所述校正后相电压信号确定换相信号，并基于所述换相信号控制所述无刷直流电机完成换相。2.根据权利要求1所述一种无刷直流电机的换相方法，其特征在于，所述滤波的方法包括：基于低通滤波器滤除所述初始相电压中的谐波和电压脉冲，得到所述滤波后相电压。3.根据权利要求2所述一种无刷直流电机的换相方法，其特征在于，所述相位超前变换的方法包括：基于所述低通滤波器的参数，确定相位滞后角度：基于所述相位滞后角度得到相位超前角度的初值，并进行相位超前变换，得到所述超前变换后信号。4.根据权利要求1所述一种无刷直流电机的换相方法，其特征在于，计算所述换相误差量的方法包括：将所述超前变换后信号和所滤波后相电压信号进行希尔伯特变换，得到信号相位差，即所述换相误差量。5.根据权利要求4所述一种无刷直流电机的换相方法，其特征在于，计算所述换相误差角度的方法包括：根据希尔伯特变换计算分别所述超前变换后信号和滤波后相电压信号压正交的信号，得到希尔伯特变换后信号；基于所述希尔伯特变换后信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，袁瑞，邓丽蓉，卫庚奎，张海峰，陈宝栋，毛琨，郑世强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：