一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法技术

本发明专利技术公开了一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法，包括线反电势检测信号过零比较步骤和线反电势位置检测信号解调步骤。本发明专利技术通过对位置检测信号先进行过零比较，输出三个监测信号，利用三个监测信号控制三相采样／保持器的工作状态，利用该方法能够去除在任意两相换相过程中为其余一相造成的干扰，从而避免了滤波器的使用，同时不会带入延时，提高了检测精度，相比其他反电势检测方法实现简单，本发明专利技术无需进行电角度移相运算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其适用于航天 用控制力矩陀螺产品高速三相无刷直流电机的位置检测。
技术介绍
控制力矩陀螺是航天器重要执行部件之一，主要应用于大型航天器的姿态控制以 及中小型航天器的快速机动，具有广阔的发展前景。作为姿控系统的关键执行部件，进一步 提高控制力矩陀螺产品的可靠性具有重要意义。控制力矩陀螺的高速转子使用无刷直流 电机进行驱动，无刷直流电机需要根据转子位置对电机绕组电流实施换相控制。目前产品 中通过位置传感器来得到转子的位置信息。无刷直流电机无传感器位置检测方法，是指在 电机控制系统中，利用绕组中的相关变量如定子电流、定子电压等估算出转子的位置和速 度，取代位置传感器，实现无刷直流电机的控制。使用无位置传感器位置检测技术将带来如 下的优势减少本体导电环环数，提高整机可靠性；降低电机本体的复杂度，减少引线，简 化电机的制造工艺，提高可靠性；不受恶劣外部环境影响，使得电机适用于恶劣外部环境条 件；解决了由于位置传感器安装精度带来的换相误差问题；降低电机制造成本。在国外，俄罗斯的控制力矩陀螺高速电机采用了无位置传感器控制技术，美国 NASA的储能飞轮也采用了无位置传感器控制技术，均取得了较好的控制效果。目前国内的 控制力矩陀螺产品中，无位置传感器控制技术还未有应用。将无位置传感器控制技术应用 于控制力矩陀螺产品，不仅能够保证高速电机驱动线路的控制精度，更将使控制力矩陀螺 在本体复杂度、制造工艺、成本等方面得到很大改善，对于提高产品可靠性具有重要意义。无刷直流电机无传感器位置检测技术已有六十余年的研究历史，期间出现了多种 位置检测方法，然而，在已发表的文献中，位置检测算法研究多是针对三相六拍全桥驱动的 无刷直流电机，还未有针对半桥驱动无刷直流电机的位置检测方法。半桥驱动电路相对全 桥驱动电路需要的功率器件少、体积小、功耗低、可靠性高，在航天领域得到了广泛的应用。 无刷直流电机工作时，换相过程会使得三相绕组端电压产生大的电压尖峰干扰，导致线反 电势检测信号产生电压尖峰干扰，进而导致检测到的位置信号产生错误位置信息，对于此 问题，传统位置检测方法中大多采用滤波器滤掉换相干扰，但滤波器带入的延时会影响位 置检测精度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种无刷直流电机无传感 器线反电势位置检测方法，解决了使用半桥电路驱动的无刷直流电机的位置检测问题，避 免了由使用滤波器导致的位置检测误差问题。本专利技术的技术解决方案是， 包括线反电势检测信号过零比较步骤和线反电势位置检测信号解调步骤；所述线反电势检测信号过零比较步骤为将半桥驱动无刷直流电机的三相绕组端电压两两差分，得到三个线反电势eab、ebc, e。a，三个线反电势eab、ebc, eca分别通过三个过零 比较器进行过零比较，当某个线反电势大于等于零时，则过零比较器的输出端输出高电平 的线反电势位置检测信号，否则输出低电平的线反电势位置检测信号，三个过零比较器输 出的三个线反电势位置检测信号分别记作HALL_A、HALL_B> HALL_C ；其中 b为A、B相线反电势，ebc为B、C相线反电势，eca为C、A相线反电势，HALL_ A为A相线反电势位置检测信号，HALL_B为B相线反电势位置检测信号，HALL_C为C相线 反电势位置检测信号；所述线反电势位置检测信号解调步骤为(1)对三个线反电势位置检测信号HALL_A、HALL_B> HALL_C分别利用A相上升沿 脉冲生成电路、B相上升沿脉冲生成电路、C相上升沿脉冲生成电路进行上升沿判断，生成 三个上升沿监测信号pulse_a、pulse_b和pulse_C，当某相的线反电势位置检测信号有上 升沿发生时，则由该相的上升沿脉冲生成电路产生宽度为us级的低电平脉冲，否则该相的 上升沿脉冲生成电路产生高电平的上升沿监测信号；其中pulse_a为A相上升沿监测信号，pulse_b为B相上升沿监测信号，pulse_c 为C相上升沿监测信号；(2)将三个线反电势位置检测信号HALL_A、HALL_B> HALL_C分别送入A相采样/ 保持器、B相采样/保持器、C相采样/保持器；其中任意一相的采样/保持器的采样或保 持状态由另外两相的上升沿监测信号进行控制，当另外两相的上升沿监测信号中任何一个 出现us级的低电平脉冲时，则该相采样/保持器工作在保持状态，反之，该相采样/保持器 工作在采样状态；(3)三相采样/保持器根据各自的采样状态或保持状态输出三相位置信号。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术通过对位置检测信号先进行过零比 较，输出三个监测信号，利用三个监测信号控制三相采样/保持器的工作状态，利用该方法 能够去除在任意两相换相过程中为其余一相造成的干扰，从而避免了滤波器的使用，同时 不会带入延时，提高了检测精度，相比其他反电势检测方法实现简单，本专利技术无需进行电角 度移相运算。附图说明图1为本专利技术半桥驱动电路组成示意图；图2为本专利技术线反电势位置检测流程图；图3为本专利技术线反电势位置检测实现原理图；图4为本专利技术A相位置信号解调过程示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。图1为带有电压斩波器的半桥驱动电路，其中，Vp为功率电源，Up为电压斩波器输 出的控制电压，a、b、c分别为无刷直流电机A、B、C三相绕组，uag, ubg, Ucg分别为A、B、C三 相输出的端电压，r为绕组电阻。本专利技术中的半桥驱动电路在功率电源端加入了电压斩波 器，通过控制供给三相绕组的电压进行电流控制，电压斩波器内部采用PWM调制，经过滤波处理后输出控制电压，PWM开关干扰通过斩波器内部滤除掉，不会位置检测造成干扰。相对 全桥驱动电路的无刷直流电机的线反电势位置检测法，本专利技术无需考虑PWM调制对位置检 测的影响，实现简单。该驱动电路任意一个时刻只有一相导通，当某一相导通时，另外两个非导通相之 间的线电压即为两个非导通相之间的线反电势。当A相导通，B、C相悬空时B相反电势信号q = up-ubg, C相反电势信号e。= Up-Uc;g。可以得到B、C相线反电 势信号 eb。= Ucg-Ubg0当B相导通，C、A相悬空时C相反电势信号e。= up_u。g，A相反电势信号ea = up_i^g。可以得到C、A相线反电 势信号 e。a = Uag-Uc^当C相导通，A、B相悬空时A相反电势信号ea = up_uag，B相反电势信号q = Up-Ubg0可以得到A、B相线反电 势信号 eab = Ubg-I^g。如图2所示，本专利技术的检测方法主要包括线反电势过零比较和位置检测信号解调 两个个步骤。本实例中无刷直流电机为三相八对极，额定工作转速为7000rpm。如图3所示，三相反电势过零比较的方法为三个线反电势信号e。a、eabAb。分别送 入三个过零比较器，当线反电势检测信号大于等于零时，输出+5V高电平的位置检测信号， 反之输出OV低电平的位置检测信号。通过过零比较器得到的三个反电势位置检测信号，分 别记作 HALL_A、HALL_B> HALL_C。对过零比较输出的位置信号进行检测解调的过程为对三个线反电势的位置检测 信号HALL_A、HALL_B> HALL_C分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法，其特征在于包括线反电势检测信号过零比较步骤和线反电势位置检测信号解调步骤；所述线反电势检测信号过零比较步骤为：将半桥驱动无刷直流电机的三相绕组端电压两两差分，得到三个线反电势ｅ↓［ａｂ］、ｅ↓［ｂｃ］、ｅ↓［ｃａ］，三个线反电势ｅ↓［ａｂ］、ｅ↓［ｂｃ］、ｅ↓［ｃａ］分别通过三个过零比较器进行过零比较，当某个线反电势大于等于零时，则过零比较器的输出端输出高电平的线反电势位置检测信号，否则输出低电平的线反电势位置检测信号，三个过零比较器输出的三个线反电势位置检测信号分别记作ＨＡＬＬ＿Ａ、ＨＡＬＬ＿Ｂ、ＨＡＬＬ＿Ｃ；其中ｅ↓［ａｂ］为Ａ、Ｂ相线反电势，ｅ↓［ｂｃ］为Ｂ、Ｃ相线反电势，ｅｃａ为Ｃ、Ａ相线反电势，ＨＡＬＬ＿Ａ为Ａ相线反电势位置检测信号，ＨＡＬＬ＿Ｂ为Ｂ相线反电势位置检测信号，ＨＡＬＬ＿Ｃ为Ｃ相线反电势位置检测信号；所述线反电势位置检测信号解调步骤为：（１）对三个线反电势位置检测信号ＨＡＬＬ＿Ａ、ＨＡＬＬ＿Ｂ、ＨＡＬＬ＿Ｃ分别利用Ａ相上升沿脉冲生成电路、Ｂ相上升沿脉冲生成电路、Ｃ相上升沿脉冲生成电路进行上升沿判断，生成三个上升沿监测信号ｐｕｌｓｅ＿ａ、ｐｕｌｓｅ＿ｂ和ｐｕｌｓｅ＿ｃ，当某相的线反电势位置检测信号有上升沿发生时，则由该相的上升沿脉冲生成电路产生宽度为ｕｓ级的低电平脉冲，否则该相的上升沿脉冲生成电路产生高电平的上升沿监测信号；其中ｐｕｌｓｅ＿ａ为Ａ相上升沿监测信号，ｐｕｌｓｅ＿ｂ为Ｂ相上升沿监测信号，ｐｕｌｓｅ＿ｃ为Ｃ相上升沿监测信号；（２）将三个线反电势位置检测信号ＨＡＬＬ＿Ａ、ＨＡＬＬ＿Ｂ、ＨＡＬＬ＿Ｃ分别送入Ａ相采样／保持器、Ｂ相采样／保持器、Ｃ相采样／保持器；其中任意一相的采样／保持器的采样或保持状态由另外两相的上升沿监测信号进行控制，当另外两相的上升沿监测信号中任何一个出现ｕｓ级的低电平脉冲时，则该相采样／保持器工作在保持状态，反之，该相采样／保持器工作在采样状态；（３）三相采样／保持器根据各自的采样状态或保持状态输出三相位置信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁明，翟百臣，李刚，张激扬，孙仲华，史梅花，周大宁，史永丽，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]