CN104601057A - 无刷直流电机的驱动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机的驱动控制方法及系统，其中，方法包括以下步骤：根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程；根据三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过所述位置点计算得到过零点；通过检测硬件上某相电压反电动势与三相电压中性点的差值得到精确过零点，以确定转子磁钢的位置；根据转子磁钢的位置预估换相时机，并通过驱动电路对无刷直流电机进行控制。本发明实施例的控制方法，通过获得反电势过零点确定转子磁钢的位置，从而预估换相时机，实现对无刷直流电机的驱动控制，扩大电机带载调速的转速范围，提高电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。

Description

无刷直流电机的驱动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电动机技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的驱动控制方法及系统。

背景技术

由于无位置传感器控制方式下的无刷直流电机具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，同时能在一定程度上克服位置传感器安装不准确引起的换相转矩波动，导致无位置传感器控制技术是无刷直流电机研究的热点之一。

具体地，位置传感器的存在易导致电机系统体制增大，使电机与控制系统之间的导线增多，且传感器在高温、高压和湿度较大等恶劣工况下运行时灵敏度变差，系统运行可靠性降低。因此，无位置传感器控制技术越来越受到重视。

相关技术中，无刷直流电机无位置传感器控制方法主要包括反电势法、磁链法、电感法及人工智能法等，并且无刷直流电动机的定子电枢绕组结构有多种形式，典型结构是定子为三相绕组，其可以是Y形(星形)或△形(三角形)联结。其中，相比之下△形联结具有很多优点，例如△形联结的起动特性好，绕组从Y形联结改为△形联结后，同样转矩时桥臂电流为Y接时的倍，输入功率也为Y接时的倍，在效率大体相同的情况下，输出功率和转速都为Y形联结的倍。综上所述，在输出同样功率的条件下，△形联结电动机具有更小的体积。

然而，在众多文献给出的电路结构、电流波形等实验结果，都是针对定子绕组Y形接法，对无位置传感器无刷直流电动机控制的研究集中在Y形联结绕组，采用单片机或DSP(数字信号处理器，Digital Signal Processors)芯片控制且转速普遍在5000rpm(转每分钟)以下。另外，国内对于高速△形联结无位置传感器无刷直流电动机的研究尚处于起步阶段，且相关技术中的目标转速也一般不超过5000rpm，无法很好地保证电机在运行过程中不发生失步现象，有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种无刷直流电机的驱动控制方法，该方法能提高电机的运行可靠性，简单方便。

本发明的另一个目的在于提出一种无刷直流电机的驱动控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种无刷直流电机的驱动控制方法，包括以下步骤：根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程；根据所述三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过所述位置点计算过零点；通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置；根据所述转子磁钢的位置预估换相时机，并根据所述换相时机通过驱动电路对所述无刷直流电机进行控制。

根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法，通过三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，从而通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，实现确定转子磁钢的位置，其次预估换相时机，实现根据换相时机通过驱动电路控制无刷直流电机，扩大电机带载调速的转速范围，提高电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。

另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的驱动控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。

本发明另一方面实施例提出了一种无刷直流电机的驱动控制系统，包括：三相电压平衡方程生成模块，用于根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程；位置点确定模块，根据所述三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过所述位置点计算过零点；转子磁钢位置确定模块，用于通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置；以及控制模块，用于根据所述转子磁钢的位置预估换相时机，并根据所述换相时机通过驱动电路对所述无刷直流电机进行控制。

根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法，通过三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，从而通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，实现确定转子磁钢的位置，其次预估换相时机，实现根据换相时机通过驱动电路控制无刷直流电机，扩大电机带载调速的转速范围，提高电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。

另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的驱动控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的无刷直流电机的驱动控制方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的无刷直流电动机驱动控制系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的△形联结绕组示意图；

图4为根据本发明一个实施例的定子绕组等效电路示意图；

图5为根据本发明一个实施例的梯形反波电动势示意图；

图6为根据本发明一个实施例的反电势过零点与换相时刻关系示意图；

图7为根据本发明一个实施例的换相过程示意图；

图8为根据本发明一个实施例的传统方法与延迟时间设置方法的比较示意图；以及

图9为根据本发明实施例的无刷直流电机的驱动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法。参照图1所示，该驱动控制方法包括以下步骤：

S101，根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程。

进一步地，在本发明的一个实施例中，三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

具体地，现代的无位置传感器控制方法中，反电式法是目前技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。其中，反电式法将检测获得的反电式过零点信号延迟30°电角度，得到6个离散的转子位置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。

反电势法中，常见的有端电压检测法、反电势积分法、反电势三次谐波法、续流二极管法以及线反电势法，本发明实施例讨论的是端电压检测法，通过检测非导通相绕组的端电压，利用硬件电路获得反电势过零点，从而控制无刷直流电机正确换相。

下面具体介绍一下通过端电压检测反电动势过零点的方法，从而更好地理解本发明实施例的驱动控制方法。

其中，直流无刷电动机反电动势控制换相技术的基本原理很简单，直流无刷电动机一旦起动后，其转子磁钢所产生的磁通要切割定子绕组而产生反电动势E。其大小正比于直流无刷电动机的转速及其气隙中磁感应强度B，当转子磁钢极性改变时，反电动势波形的正负也随着改变。对Y形联结绕组只要测出反电动势波形的过零点，就可以确定转子磁钢的精确位置，并以此来控制直流无刷电动机的换相。而对于三角形联结绕组寻找反电动势波形的过零点可能不太容易，所以要找出能使任两相反电动势方向相同、大小相等的特殊点，也就是得到任意两相的反电动势大小和方向均相同时的位置点，从而确定转子磁钢的准确位置。

具体地，本发明实施例的控制算法功率驱动电路采用全桥驱动，驱动方式采用二二导通角形三相六状态的控制方式。参照图2所示，图2为电机驱动控制系统硬件框图。其中，硬件上电机三相端电压和平均电压输入比较器，输出比较结果作为过零点信号，软件据此计算得出换相时机。

其中，在本发明的一个实施例中，无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。本发明实施例所使用的电机驱动算法是针对无位置传感器△形电机，参照图3所示，规定AX为A相，BY为B相，CZ为C相，图中所示电流方向为正，进一步地，图4为定子一相绕组的等效电路。

因此，参照图3与图4所示，对于△形联结方式，所有三相中都有电流流动，从而可得三相电压平衡方程为公式1：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

式中U_a、U_b、U_c——三相绕组输出端对直流电源地的电压。

S102，根据三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过位置点计算过零点。

其中，反电动势过零点无法直接测量，但可以间接测量得到，可以从电压平衡方程推到出过零点发生时刻，例如给AB通电时，即VT1VT6通电，有用第三式减去第一时，U_C-(U_a+U_b)/2＝e_c-e_a，而此时端电压波形如图2所示，当e_c＝e_a时，U_C＝(U_a+U_b)/2，可以通过硬件比较检测出这个过零点。

进一步地，参照图5所示，由于电动机的一个通电周期有六种工作状态，且每种状态呈现一定的对称性和重复性，因此只需对一种工作状态进行分析。在本发明的一个实施例中，设VT3和VT4导通，电流从VT3流入，分别通过B相和A、C两相绕组，再从VT4流出。这时绕组的联结是A、C两相绕组串联后再同B相绕组并联。顺次通电形成的梯形波反电势示意图见图5。

S103，通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置。

其中，某相的反电动势是该相的电压减去中性点电压，中性点电压是一个虚拟的点，中性点是三相输出连接在一起的一个点。

具体地，软件接收主控软件输出的PWM占空比信号，利用处理器自身带有的PWM发生器输出适当占空比的PWM波调制信号，从而控制Mosfet管的导通时间，实现调速的目的。

其中，当电机在起动的低速加速阶段时，不接收主控软件的占空比指令，按固定占空比增长速度加速。当电机进入较高速度加速阶段时，通过端电压检测能够确知转子位置时，采用端电压法检测反电动势过零点，得到电机位置。电机控制软件将电机转速以频率信号方式发送给主控软件。

S104，根据转子磁钢的位置预估换相时机，并根据换相时机通过驱动电路对无刷直流电机进行控制。

其中，在本发明的一个实施例中，驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

进一步地，参照图6所示，图6为无刷直流电机反电势过零点与换相时刻的对应关系。其中，e_A、e_B、e_C为相位互差120°电角度的三相梯形波反电势，Q₁～Q₆为一个周期中的6个换相点，分别之后相应反电势30°电角度。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图7所示，本发明实施例先根据经验给出一个等待期望值(RegisterInterval)，将前一个周期从开始计数到换相时的计数值(T_N-1)，与等待期望值进行加权运算，得出一个时间间隔值(T)，计数计到时间间隔，开始进行检测模拟比较器，等待过零的位置。将此时的计数值(T_n)，即这一个周期从开始计数到过零时的计数值，与等待期望值进行加权运算，得出目标换相值(T_N)，计数到T_N时进行换相。需要说明的是，在检测过零点前，需要计数计到时间间隔(T)，主要是为了避开由于电路管路通断续流引起的过零点剧烈变化的时间部分。

其中，参照图8所示，在传统方法中，某些换相点偏离理想换相点较大，如果某次换相严重滞后，下次过零点容易被湮没，造成电机失步。本发明实施例可以将电机提前换相，并不像传统方法等过零点后30°再换相，并且提前幅度的非常大，提前换相可避免错过过零点，更有利于电机在高速时的控制。

根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法，通过三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，从而通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，实现确定转子磁钢的位置，其次预估换相时机，实现根据换相时机通过驱动电路控制无刷直流电机，针对市场上常见的DSP芯片控制无位置传感器电机控制器可将电机转速控制在5000rpm(转每分钟)以下，但对于高转速范围的电机控制较难实现的问题，通过加权检测出的时间参数，预估出换相时机，并在每次周期都提前换相的控制策略下，实现无刷直流电机泵在一定进出口压力下，0～28000rpm范围内的带载转速控制，转速控制精度高，在±180rpm之内，即扩大了电机带载调速的转速范围，提高了电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。另外，本发明实施例可更好的适应负载变换，对由于负载突变产生的过零点超前或滞后有较强的容错能力，例如无刷直流电机泵是无刷直流电机与泵安装在一起，可驱动燃油和滑油，载荷就是燃油和滑油。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制系统。参照图9所示，该驱动控制系统10包括：三相电压平衡方程生成模块100、位置点确定模块200、转子磁钢位置确定模块300和控制模块400。

其中，三相电压平衡方程生成模块100用于根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程。位置点确定模块200用于根据三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过位置点计算过零点。转子磁钢位置确定模块300用于通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置。控制模块400用于根据转子磁钢的位置预估换相时机，并根据换相时机通过驱动电路对无刷直流电机进行控制。本发明实施例的驱动控制系统10可以扩大电机带载调速的转速范围，提高电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。

进一步地，在本发明的一个实施例中，三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

具体地，现代的无位置传感器控制方法中，反电式法是目前技术最成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。其中，反电式法将检测获得的反电式过零点信号延迟30°电角度，得到6个离散的转子位置信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，进而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。

反电势法中，常见的有端电压检测法、反电势积分法、反电势三次谐波法、续流二极管法以及线反电势法，本发明实施例讨论的是端电压检测法，通过检测非导通相绕组的端电压，利用硬件电路获得反电势过零点，从而控制无刷直流电机的正确换相。

下面具体介绍一下通过端电压检测反电动势过零点的方法，从而更好地理解本发明实施例的驱动控制系统。

其中，直流无刷电动机反电动势控制换相技术的基本原理很简单，直流无刷电动机一旦起动后，其转子磁钢所产生的磁通要切割定子绕组而产生反电动势E。其大小正比于直流无刷电动机的转速及其气隙中磁感应强度B，当转子磁钢极性改变时，反电动势波形的正负也随着改变。对Y形联结绕组只要测出反电动势波形的过零点，就可以确定转子磁钢的精确位置，并以此来控制直流无刷电动机的换相。而对于三角形联结绕组寻找反电动势波形的过零点可能不太容易，所以要找出能使任两相反电动势方向相同、大小相等的特殊点，也就是得到任意两相的反电动势大小和方向均相同时的位置点，从而确定转子磁钢的准确位置。

具体地，本发明实施例的控制算法功率驱动电路采用全桥驱动，驱动方式采用二二导通角形三相六状态的控制方式。参照图2所示，图2为电机驱动控制系统硬件框图。其中，硬件上电机三相端电压和平均电压输入比较器，输出比较结果作为过零点信号，软件据此计算得出换相时机。

进一步，在本发明的一个实施例中，无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。本发明实施例所使用的电机驱动算法是针对无位置传感器△形电机，参照图3所示，规定AX为A相，BY为B相，CZ为C相，图中所示电流方向为正，进一步地，图4为定子一相绕组的等效电路。

因此，参照图3与图4所示，对于△形联结方式，所有三相中都有电流流动，从而可得三相电压平衡方程为公式1：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.$

式中U_a、U_b、U_c——三相绕组输出端对直流电源地的电压。

进一步地，反电动势过零点无法直接测量，但可以间接测量得到，可以从电压平衡方程推到出过零点发生时刻，例如给AB通电时，即VT1VT6通电，有用第三式减去第一时，U_C-(U_a+U_b)/2＝e_c-e_a，而此时端电压波形如图2所示，当e_c＝e_a时，U_C＝(U_a+U_b)/2，可以通过硬件比较检测出这个过零点。

进一步地，参照图5所示，由于电动机的一个通电周期有六种工作状态，且每种状态呈现一定的对称性和重复性，因此只需对一种工作状态进行分析。在本发明的一个实施例中，设VT3和VT4导通，电流从VT3流入，分别通过B相和A、C两相绕组，再从VT4流出。这时绕组的联结是A、C两相绕组串联后再同B相绕组并联。顺次通电形成的梯形波反电势示意图见图5。

进一步地，某相的反电动势是该相的电压减去中性点电压，中性点电压是一个虚拟的点，中性点是三相输出连接在一起的一个点。

具体地，软件接收主控软件输出的PWM占空比信号，利用处理器自身带有的PWM发生器输出适当占空比的PWM波调制信号，从而控制Mosfet管的导通时间，实现调速的目的。

其中，当电机在起动的低速加速阶段时，不接收主控软件的占空比指令，按固定占空比增长速度加速。当电机进入较高速度加速阶段时，通过端电压检测能够确知转子位置时，采用端电压法检测反电动势过零点，得到电机位置。电机控制软件将电机转速以频率信号方式发送给主控软件。

其中，在本发明的一个实施例中，驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

进一步地，参照图6所示，图6为无刷直流电机反电势过零点与换相时刻的对应关系。其中，e_A、e_B、e_C为相位互差120°电角度的三相梯形波反电势，Q₁～Q₆为一个周期中的6个换相点，分别之后相应反电势30°电角度。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图7所示，本发明实施例先根据经验给出一个等待期望值(RegisterInterval)，将前一个周期从开始计数到换相时的计数值(T_N-1)，与等待期望值进行加权运算，得出一个时间间隔值(T)，计数计到时间间隔，开始进行检测模拟比较器，等待过零的位置。将此时的计数值(T_n)，即这一个周期从开始计数到过零时的计数值，与等待期望值进行加权运算，得出目标换相值(T_N)，计数到T_N时进行换相。需要说明的是，在检测过零点前，需要计数计到时间间隔(T)，主要是为了避开由于电路管路通断续流引起的过零点剧烈变化的时间部分。

其中，参照图8所示，在传统方法中，某些换相点偏离理想换相点较大，如果某次换相严重滞后，下次过零点容易被湮没，造成电机失步。本发明实施例可以将电机提前换相，并不像传统方法等过零点后30°再换相，并且提前幅度的非常大，提前换相可避免错过过零点，更有利于电机在高速时的控制。

根据本发明实施例提出的无刷直流电机的驱动控制方法，通过三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，从而通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，实现确定转子磁钢的位置，其次预估换相时机，实现根据换相时机通过驱动电路控制无刷直流电机，针对市场上常见的DSP芯片控制无位置传感器电机控制器可将电机转速控制在5000rpm(转每分钟)以下，但对于高转速范围的电机控制较难实现的问题，通过加权检测出的时间参数，预估出换相时机，并在每次周期都提前换相的控制策略下，实现无刷直流电机泵在一定进出口压力下，0～28000rpm范围内的带载转速控制，转速控制精度高，在±180rpm之内，即扩大了电机带载调速的转速范围，提高了电机的运行可靠性，更好地保证电机在运行过程中不发生失步现象。另外，本发明实施例可更好的适应负载变换，对由于负载突变产生的过零点超前或滞后有较强的容错能力，例如无刷直流电机泵是无刷直流电机与泵安装在一起，可驱动燃油和滑油，载荷就是燃油和滑油。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程；

根据所述三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过所述位置点计算过零点；

通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置；

根据所述转子磁钢的位置预估换相时机，并根据所述换相时机通过驱动电路对所述无刷直流电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，所述三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

3.根据权利要求1所述的无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，所述驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

4.根据权利要求1所述的无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。

5.一种无刷直流电机的驱动控制系统，其特征在于，包括：

三相电压平衡方程生成模块，用于根据无刷直流电机的三相电流和电压得到三相电压平衡方程；

位置点确定模块，根据所述三相电压平衡方程得到任意一相的反电动势电压幅值为零的位置点，并通过所述位置点计算过零点；

转子磁钢位置确定模块，用于通过检测硬件上任意一相电压反电动势与三相电压中性点的差值获取精确过零点，以确定转子磁钢的位置；以及

控制模块，用于根据所述转子磁钢的位置预估换相时机，并根据所述换相时机通过驱动电路对所述无刷直流电机进行控制。

6.根据权利要求5所述的无刷直流电机的驱动控制系统，其特征在于，所述三相电压平衡方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_a={\mathrm{Ri}}_a+L\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_a+U_c\\ U_b={\mathrm{Ri}}_b+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_b+U_a\\ U_c={\mathrm{Ri}}_c+M\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+M\frac{{\mathrm{di}}_b}{\mathrm{dt}}+L\frac{{\mathrm{di}}_c}{\mathrm{dt}}+e_c+U_b\end{array}\right.,$

其中，U_a、U_b、U_c分别表示三相绕组输出端对直流电源地的电压。

7.根据权利要求5所述的无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，所述驱动电路包括由多个Mosfet管组成。

8.根据权利要求5所述的无刷直流电机的驱动控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机的定子电驱绕组结构为三角形联结。