CN103618485A - 一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法。电机起动之前首先根据三相六状态两两导通开关模式进行一次定位，按照逆时针旋转方向施加6个电压脉冲，每个电压脉冲作用一固定时间后，采样直流母线峰值电流，得到6个母线电流峰值，6个电压脉冲分为3对相反开关状态电压脉冲，相反开关状态电压脉冲注入对应母线电流峰值相减得到3对相反开关状态导通电流差值，然后，根据电流差值设定临界初始位置电流阈值ΔI，当2对相反相导通电流差值小于ΔI时，为转子临界初始位置，检测为临界位置后进行二次定位，在一次定位基础上利用最相邻两个三相六状态三三导通电压矢量判断临界初始位置。本发明解决了转子在2个60度扇区之间检测不准确的问题，实现方便，适用于低成本场合。
Description
技术领域
本发明应用在无位置传感器无刷直流电机控制领域，尤其是涉及一种无刷直流电机初始位置检测方法。
背景技术
无刷直流电机(Brushless DC Motor，BLDCM)具有结构简单、运行可靠、机械噪声低和调速性能好等优点，在工商业领域得到广泛应用。无位置传感器控制方式不采用位置传感器，而是利用电压、电流等间接获取转子位置信息，常用的方法有反电动势法、定子三次谐波检测法、定子电感法、续流二极管电流通路检测法、磁链估计法、状态观测器法等，这些方法都需要确定转子的初始位置，转子初始位置的确定是无刷直流电机控制系统无反转、大转矩起动的基础。对于永磁体为嵌入式安装的电机系统转子，可以利用其显著的凸极效应，通过向电枢绕组注入高频信号来确定其转子相对位置角。一般基于定子铁心饱和效应的转子位置估算精度为60度电角度，但对于在相邻扇区的临界位置估计不准确，对起动转矩要求较高的应用场合带来制约。本发明提出了一种无位置无刷直流电机初始位置检测方法，能准确估计电机转子初始位置，实现方便，适用于低成本场合。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法，其可使电机起动第一相就能获得最大转矩。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法，该方法包括如下步骤：
(1)根据三相六状态开关模式，把1个电周期分为六个扇区(I、II、III、IV、V、VI)，每个扇区为60度电角度，确定脉冲注入时间Ts为200μs；
(2)第一次脉冲注入Pab对应A相上桥臂和B相下桥臂功率器件导通，施加电压脉冲150μs后开启微处理器模数转换器，每10μs采样一次母线电流，采样电路如图2，导通时间结束，取5次采样结果平均值作为当前导通相母线电流峰值(I_AB)；
(3)按照Pab→Pac→Pbc→Pba→Pca→Pcb顺序依次向电机绕组注入电压脉冲，分别得到其余5次导通相对应母线峰值电流(I_AC、I_BC、I_BA、I_CA、I_CB)；
(4)计算相反相电压脉冲注入电流差值ΔI1＝|I_AB-I_BA|、ΔI2＝|I_BC-I_CB|、ΔI3＝|I_CA-I_AC|，取平均值得到电流阈值ΔI＝1/3(ΔI1+ΔI2+ΔI3)；
(5)当3项电流差值只有1项小于电流阈值，则转子处在非临界初始位置，转入步骤(6)，当3项中有2项小于电流阈值，则转子处在临界初始位置，转入步骤(7)；
(6)采用小于电流阈值的1项电流差值和大于电流阈值的1项电流差值判断转子位置；
(7)根据三相六状态180度三三导通模式(六状态对应6个电压矢量顺序为V4(100)→V6(110)→V2(010)→V3(011)→V1(001)→V5(101))二次定位，二次定位的具体方法为：首先，向电机定子绕组施加最相邻2个电压矢量，电压矢量作用时间为Ts，施加电压矢量后立即开启模数转换器，采样2个电压矢量施加后
对应的母线峰值电流，然后，通过2个母线峰值电流大小关系，即可判断出转子所在60度扇区；
上述步骤(6)中，当仅有1项电流差值小于电流阈值，则认为转子处在非临界初始位置，然后，通过电流差值大于电流阈值的任1项判断出具体60度扇区，例如，当ΔI2＜ΔI，ΔI1＞ΔI，ΔI3＞ΔI时，仅有ΔI2这1项电流差值小于电流阈值，比较ΔI1中I_AB和I_BA大小，当I_AB＞I_BA，转子在I扇区，I_AB＜I_BA，转子在IV扇区；
所述步骤(7)中，通过三项电流差值中大于电流阈值的一项选取最相邻两个电压矢量。例如，当ΔI2＜ΔI，ΔI3＜ΔI，ΔI1＞ΔI时，有ΔI2和ΔI3这2项电流差值小于电流阈值，比较ΔI1中I_AB和I_BA大小，当I_AB＞I_BA，二次定位施加最相邻两个电压矢量为V4和V5，对应母线电流峰值I4和I5，I4＞I5，转子在I扇区，I4＜I5，转子在VI扇区，当I_AB＜I_BA，施加电压矢量V2和V3，对应母线电流峰值I2和3，I2＞I3，转子在III扇区，I2＜I3，转子在IV扇区。
附图说明
图1是无刷直流电机三相绕组导通临界位置状态图；
图2是三相全桥无刷直流电机驱动结构。
具体实施方式
以下将结合参考附图，对本发明的实现过程进行详细说明。
本发明提供的一种无位置无刷直流电机临界初始位置检测方法，具体实现步骤如下：
(1)确定脉冲作用时间Ts为200μs；
(2)无刷直流电机驱动结构如图2所示，采用三相全桥120度两两导通方式，第一次施加脉冲导通AB两相(T1、T6开通)，脉冲注入150μs时开启模数转换器，每10μs采样一次母线电流，设置ADC方式为单次采样，不使能采样结束中断，采样结果存储在数组Temp_Sample_Data[5]中，导通时间结束，取5次采样结果平均值作为当前导通相母线电流峰值I_AB；
(3)按照(2)所示方法依次脉冲注入导通AC(T1、T2开通)、BC(T3、T2开通)、BA(T3、T4开通)、CA(T5、T4开通)、CB(T5、T6开通)，采样母线电流得到I_AC、I_BC、I_BA、I_CA、I_CB；
(4)计算相反相电压脉冲注入电流差值ΔI1＝|I_AB-I_BA|、ΔI2＝|I_BC-I_CB|、ΔI3＝|I_CA-I_AC|，取平均值得到电流阈值ΔI＝1/3(ΔI1+ΔI2+ΔI3)；
(5)当ΔI1、ΔI2、ΔI3中只有一项小于电流阈值，通过电流差值大于电流阈值的任1项判断出具体60度扇区，例如，当ΔI2＜ΔI，ΔII＞ΔI，ΔI3＞ΔI时，仅有ΔI2这1项电流差值小于电流阈值，比较ΔI1中I_AB和I_BA大小，当I_AB＞I_BA，转子在I扇区，I_AB＜I_BA，转子在IV扇区；
(6)当三项中有两项小于电流阈值，此时转子处在临界初始位置，以转子处在图1位置为例说明临界初始位置检测方法，电流差值满足ΔI2＜ΔI，ΔI3＜ΔI，ΔI1＞ΔI，转子处在图1中阴影位置，采用三相全桥180度三三导通方式，施加电压矢量V4(T5、T4、T6开通)，脉冲注入150μs时开启ADC，每10μs采样一次母线电流，设置ADC方式为单次采样，不使能采样结束中断，采样结果存储在数组Temp_Sample_Data[5]中，导通时间结束，取5次采样结果平均值作为当前导通相母线电流峰值I4(电压矢量Vi对应母线峰值电流Ii)，然后施加电压矢量V5，重复采样过程，得到母线峰值电流I5；
(7)比较I4和I5大小，当I4＞I5时，转子位置在图2中I区域，I4＜I5时，转子位置在图1中VI区域，其它临界位置判断如表1。
表1是临界初始位置与电流响应之间对应关系。
表1
以上实施例仅为本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明所提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (3)
1.一种无位置传感器无刷直流电机初始位置检测方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)根据三相六状态开关模式，把1个电周期分为六个扇区(I、II、III、IV、V、VI)，每个扇区为60度电角度，确定脉冲注入时间Ts为200μs；
(2)根据三相六状态120度两两导通模式施加电压脉冲(六状态对应6个电压脉冲顺序为Pab→Pac→Pbc→Pba→Pca→Pcb)一次定位，一次定位的具体方法为：首先，施加电压脉冲Pab(对应A相上桥臂和B相下桥臂功率器件导通)，施加电压脉冲150μs后开启微处理器模数转换器，每10μs采样一次母线电流，导通时间结束，取5次采样结果平均值作为当前导通相母线电流峰值(I_AB)，然后，按顺序依次向电机绕组施加其余5个电压脉冲，得到其余5状态导通相对应母线峰值电流(I_AC、I_BC、I_BA、I_CA、I_CB)；
(3)6个母线峰值电流中，I_AB和I_BA、I_AC和I_CA、I_BC和I_CB称为3对相反相母线峰值电流，计算3对相反相母线峰值电流差值，3对相反相母线峰值电流差值取绝对值后得到3项电流差值ΔI1＝|I_AB-I_BA|、ΔI2＝|I_BC-I_CB|、ΔI3＝|I_CA-I_AC|，3项电流差值取平均得到电流阈值ΔI＝1/3(ΔI1+ΔI2+ΔI3)；
(4)当3项电流差值只有1项小于电流阈值，则转子处在非临界初始位置，转入步骤(5)，当3项中有2项小于电流阈值，则转子处在临界初始位置，转入步骤(6)；
(5)采用小于电流阈值的1项电流差值和大于电流阈值的1项电流差值判断转子位置；
(6)根据三相六状态180度三三导通模式(六状态对应6个电压矢量顺序为V4(100)→V6(110)→V2(010)→V3(011)→V1(001)→V5(101))二次定位，二次定位的具体方法为：首先，向电机定子绕组施加最相邻2个电压矢量，电压矢量作用时间为Ts，施加电压矢量后立即开启模数转换器，采样2个电压矢量施加后对应的母线峰值电流，然后，通过2个母线峰值电流大小关系，即可判断出转子所在60度扇区。
2.根据权利要求1所述的一种无位置无刷直流电机初始位置检测方法，其特征在于：所述步骤(5)中，当仅有1项电流差值小于电流阈值，则认为转子处在非临界初始位置，然后，通过电流差值大于电流阈值的任1项判断出具体60度扇区，例如，当ΔI2＜ΔI，ΔI1＞ΔI，ΔI3＞ΔI时，仅有ΔI2这1项电流差值小于电流阈值，比较ΔI1中I_AB和I_BA大小，当I_AB＞I_BA，转子在I扇区，I_AB＜I_BA，转子在IV扇区。
3.根据权利要求1所述的一种无位置无刷直流电机初始位置检测方法，其特征在于：所述步骤(6)中，通过三项电流差值中大于电流阈值的一项选取最相邻两个电压矢量。例如，当ΔI2＜ΔI，ΔI3＜ΔI，ΔI1＞ΔI时，有ΔI2和ΔI3这2项电流差值小于电流阈值，比较ΔI1中I_AB和I_BA大小，当I_AB＞I_BA，二次定位施加最相邻两个电压矢量为V4和V5，对应 母线电流峰值I4和I5，I4＞I5，转子在I扇区，I4＜I5，转子在VI扇区，当I_AB＜I_BA，施加电压矢量V2和V3，对应母线电流峰值I2和3，I2＞I3，转子在III扇区，I2＜I3，转子在IV扇区。
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