本发明专利技术公开一种无传感器磁场定向控制车轮方法及装置，通过使用Ｐａｒｋ和Ｃｌａｒｋｅ变换，将物理电流变换为大小不随时间变化的转矩和磁通分量，使得可以与直流电机一样，使用ＰＩ控制器来进行控制。本发明专利技术的优点是比传统控制效率更高，是理想的节能控制方法，在电机运行过程中通过电机绕组的电流是正弦波形式，大大减少了电机在运行过程中的转矩振荡，降低了电机的噪声，从而延长电机的使用寿命，是环保节能的绿色三相无刷直流电机控制器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无传感器磁场定向控制车轮方法及装置，特别涉及一种对电 动自行车、电动摩托车、电动汽车的电机进行控制的方法及装置。
技术介绍
对直流无刷电机控制最简单的方法之一，是采用“梯形控制”。针对这个控制方法， 控制器每次只对电机的两段进行通电，电机第三段始终与电源断开，利用三个霍尔传感器 或反电动势过零点提供位置信息。在任何时候，两个绕组的电流是相等的，第三相是零。这 种方法产生了 6个不同空间。当电机转动，电机的相电流每旋转60°就换向一次，每个绕组 都要经历正向电流、零电流、反向电流三个过程。这种方法产生的电流空间矢量，使电机大 约相当于平稳旋转，因为它在6个不同的方向有步骤转换。PI控制器用于电流控制。所测量的电流与所需的扭矩进行比较以便产生误差信 号，然后综合(I)和扩增(P)来产生输出校正。这种方式可以保证以恒流工作。梯形控制是单独的电流控制，根据电机位置信号来选择正确的通电顺序，测量绕 组回路的电流，组成电流控制回路，随着电机转动，电流传送到电机终端以维持转矩。但欠缺地方在于因为电流空间矢量只能在6点离散方向变换，由对齐以任何地方从0到30°的最佳方 向的比例始终为15%，引起脉动的工作频率为6倍电机转速。当前空间矢量偏差也代表着效 率损失，因为绕组电流产生的扭矩不一致，此外，在通电两端引入了一个短暂的换向占电机 动作的6倍。这会导致声音“点击”使电机难以控制缓慢速度。提供平稳和准确的无刷直流电机控制，梯形控制是不够的，尤其是在低速，正弦控 制解决了这个问题。正弦换向无刷电机控制器，试图用三个不同的正弦电流驱动电机转动。 这些电流的相对阶段选择，使它们有一个旋转的空间矢量使之正交。对比梯形控制，正弦控 制消除了转矩脉动，为使电机的电流正弦调制转子，转子位置的测量要精确，霍尔器件只提 供了转子的大概位置，并为此不足。至于这个原因，角度编码器反馈或类似的装置以成为需 求。这种技术方案使电机每一个绕组的电流成为单独的电流环。电机第三相绕组的电 流等于前两个绕组的电流负和。由于定子绕组空间相距120°，在每个绕组的电流必须正弦 且120°相移，测量其中两个正弦信号，另外一个120°相移。这些信号然后乘于扭矩命令， 以便使正弦波的振幅正比于预期的扭矩。PI环对给定的正弦电流信号调整，给电机两个绕组提供合适电流，电机第三个绕 组的电流是前两个绕组电流的负和。因此不要单独控制。从每个PI控制器输出反馈到PWM 调制器，然后输出到电机两个端子。在某种程度上，实际输出波形准确地跟踪正弦电流信号，由此产生的旋转电流是 标准的正交矢量，并且是可预期的。平滑的正弦控制结果，是梯形控制无法达到的，不过，虽然这是非常有效的，但运3动速度低，在高速马达它的性能往往下降，这是因为频率越高，当前循环控制器追踪的正弦 信号频率增加，同时要克服反电动势，在速度上升时，幅度和频率也增加，随着速度增加，为 了维持正交分量，空间矢量的方向将滞后，电流值将上升。由于PI (比例积分)控制器的增益和频率响应有限，电机电流扰动增益误差是电 流控制回路相位滞后的原因，更高的速度产生较大的错误。这困扰当前相对转子空间矢量 方向，使之从正交方向偏移。当发生这种情况，扭矩少、电流大，为了保持一定量的力矩，以 致效率恶化。这种退化的速度继续增大，在某些时候电机电流相移横穿90°，当发生这种情 况扭矩减少到零。由于正弦折算超过了这个负扭矩点的速度和结果，因此无法实现。
技术实现思路
为了克服以上的缺点，本专利技术提供了一种无传感器磁场定向控制车轮方法，包括 以下的步骤⑴测量三相定子电流ia、ib>ic;⑵采用Clarke变换，将三相电流ia、ib、i。变换为二轴坐标系电流i α、i0 ； ⑶采用Park变换，将二轴坐标系电流ia、ie变换为旋转坐标系电流id、iq ； ⑷使用滑动模式控制器估算电机转子位置角度θ和角速度ω ；(5)针对电流和电机速度，经PI控制器迭代后，得到旋转坐标系电压VtnVq；(6)采用Park逆变换将旋转坐标系电压VtnVq转换为静止坐标系电SVa、V0； ⑵采用Clarke逆变换，将静止坐标系电压Va、V0变换为三轴坐标系电压Va、Vb、V。； ⑶利用前述的三相电压值Va、\、Vc计算新的脉冲调制占空比，以驱动电机PMSM。其中，所述使用滑动模式控制器估算电机位置和速度，其步骤是 ⑴估算电机电流；⑵对滑动模式控制器的输出滤波，估算反电动势； ⑶对反电动势进行滤波；⑷根据反电动势的正/余切值估算电机转子位置角度θ ；(5)判断累加θ值是否等于m;(6)若不等于m，则返回第(5)步；等于m，估算电机转子位置角度θ，计算转子角速度ω；(7)对估算角速度ω进行滤波；⑶根据角速度ω计算值来补偿电机转子位置角度θ值。本专利技术还提供了一种无传感器磁场定向控制车轮装置，该装置设一单片机，分别 与三相单独驱动模块、位置检测模块、电流检测模块、转把输入、刹把输入以及助力传感器 连接，三相单独驱动模块和三相桥式功率开关连接，三相桥式功率开关与驱动电机PMSM连 接，并且还与电流取样模块以及位置检测模块连接。所述助力传感器是在车辆的踏脚板内安装一霍号传感器，随着踏脚转动，单片机 输出控制信号使驱动电机PMSM启动。所述电流取样模块，是在三相驱动功率开关管电路串接一取样电阻，获得取样电 压后送到电流检测模块，计算出三相取样电流ia、ib、i。。所述位置检测模块是将驱动电机PMSM的三相连接线上电压直接送至三个比较器 电路，每个比较器的比较电压是按三相输出电平所反映电机的不同位置设定的。本专利技术的优越功效在于本专利技术的电机控制器比传统控制效率更高，是理想的节能控制方法，在电机运行过程中通过电机绕组的电流是正弦波形式，大大减少了电机在运行过程中的转矩振荡，降低了电机的噪声，从而延长电机的使用寿命，是环保节能的绿色三相无刷直流电机控制器。附图说明图1为常用的Clarke变换示意图； 图2为常用的Park变换示意图； 图3为常用的Park逆变换示意图； 图4为常用的Clarke逆变换示意图； 图5为本专利技术的矢量控制逻辑图6为驱动电机PMSM模型原理图； 图7为电流观测图； 图8为反电动势估算原理图； 图9为电机角速度ω估算原理图； 图10为本专利技术的硬件框图； 图11为驱动部分的原理框图； 图12为驱动部分A相原理电路图； 图13为电流检测原理图； 图14为位置检测模块原理图； 图15为本专利技术的方法流程图； 图16为本专利技术电机位置角度和角速度估算流程图； 图17为电机启动后随速度增加变化的示意图。具体实施例方式请参阅附图所示，对本专利技术作进一步的描述。如图15所示，本专利技术提供了一种无传感器磁场定向控制车轮方法，包括以下的步骤⑴测量三相定子电流ia、ib>ic;⑵如图1所示，采用Clarke变换，将三相电流ia、ib、ic变换为二轴坐标系电流“、％ ；⑶如图2所示，采用Park变换，将二轴坐标系电流ia、i0变换为旋转坐标系电流id、iq ；⑷如图16所示，使用滑动模式控制器估算电机转子位置角度θ和角速度ω ；(5)针对电流和电机速度，经PI控制器迭代后，得到旋转坐标系电压VtnVq；(6)如图3所示，采用Park逆变换将旋转坐标系电压Vd、Vq本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许秉政，郑杰，杨松，
申请(专利权)人：上海川邻精密配件有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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