CN104767176B

CN104767176B - 一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法

Info

Publication number: CN104767176B
Application number: CN201510106199.0A
Authority: CN
Inventors: 马瑞卿; 刘青; 韩伟健; 张庆超
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: CN104767176A

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，在提高无刷直流电机峰值电流检测的前瞻性与过流保护的及时性。在传统母线电流采样电路的基础上，利用母线电流检测电路与DSP的AD模块相配合对电机的母线峰值电流进行检测，共分为电流检测与过流保护两个部分。电流检测在每个斩波周期中，在3/4占空比处触发AD中断对电机电流进行采样。在每个控制周期中一旦检测到过流故障立即停机保护，下一个控制周期中如果检测到电机电流回归正常，立即终止过流保护。此方法可以将对电机的过流故障从检测到实施保护的时间缩短到一个控制周期之内，实时性强。

Description

一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法

技术领域

本发明属于无刷直流电机控制系统，涉及一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法。

背景技术

无刷直流电机(BLDCM)既具有交流电机的结构简单、运行可靠和维护方便等一系列优点，又具备直流电机的运行效率高、调速性能好、起动转矩较大等特点，在航空、航天、家电、交通等诸多领域都得到了广泛的应用。

无刷直流电机的基本构成包括：电机本体、电子换相电路和转子位置传感器三大部分。电机本体主要由定子和转子组成。电子换相电路一般由驱动部分和控制部分组成。转子位置传感用于检测转子磁极位置相对于定子电枢绕组轴线的位置，并向控制器提供位置信号的一种装置，是无刷直流电动机的关键部件之一。最常用的两相导通、星形三相六状态无刷直流电动机系统电气连接图如图1所示。

逆变器中的功率器件属于电力电子器件，很容易在非常短的时间内因过流故障而损坏，因此准确迅速地检测到过流故障并及时地采取保护措施对于系统的安全可靠运行意义十分重大。无刷直流电机控制系统的电流检测对象分三种：母线电流检测、相电流检测、母线电流与相电流同时检测。因为母线电流检测只需要一路电流检测电路，既可以节省控制器体积又可以节约成本，使用频率最高，因此本文中所涉及的电流检测与保护方法均重点以母线电流为研究对象。

通常对电机电流进行检测的方法是通过采样电阻或者电流传感器将电机的母线电流或相电流信号转换成电压信号，滤波之后送入DSP的AD口进行采样，AD采样中断一般用PWM比较事件触发。图2所示为无刷直流电机的母线电流波形，对于不同电气时间常数的无刷直流电机而言，其母线电流波形差别较大。大电气时间常数的无刷直流电机电流变化较慢，而小气电时间常数的无刷直流电机电流变化迅速。通常的电流检测方法是：DSP在PWM比较事件发生时对电机的电流进行采样，考虑到AD采样的延迟时间，程序的运行时间等，折合为总的延迟时间t，真正的采样点在图2中的A与B处。对于母线电流而言，传统的检测方法一方面不能真实反映电机的峰值电流，另一方面过流保护滞后于电流峰值时刻，极易造成保护不及时烧毁控制器的现象。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，能够在无刷直流电机控制系统工作过程中预测性地获取电机的峰值电流信息并在单控制周期内实现过流保护，有效地避免了电机过流时因保护不及时而烧坏控制器的问题。

技术方案

一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在无刷直流电机运行之前，设置初始占空比的值为PWM_CMPA，将A路PWM与B路PWM设置成同步模式，设置B路PWM的比较事件作为ADC的中断触发事件；

步骤2：计算A路3/4的PWM占空比的值并将其赋给B路PWM的占空比；

步骤3：在每个控制周期开始时读AD的采样值，当AD的采样值大于设定的电流上限值时为发生过流故障，将过流故障标志位置1且过流故障保护计数器加1；

否则过流故障标志位置0，过流故障保护计数器置0；

步骤4：在每个控制周期中间再次读AD的采样值，当AD的采样值大于设定的电流上限值时为发生过流故障，将过流故障标志位置1且过流故障保护计数器加1；

否则过流故障标志位置0，过流故障保护计数器置0；

步骤5：当过流故障标志位为1且过流故障保护计数器值小于10时，封锁PWM输出，对电机进行限流保护；如果过流故障标志位为0，则取消对电机的限流保护；

步骤6：如果连续多次检测到过流故障，过流故障保护计数器大于等于设定次数，对电机进行永久停机保护，且停机保护标志位置1。

所述多次等于设定次数，且大于10次。

有益效果

本发明提出的一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，在提高无刷直流电机峰值电流检测的前瞻性与过流保护的及时性。在传统母线电流采样电路的基础上，利用母线电流检测电路与DSP的AD模块相配合对电机的母线峰值电流进行检测，共分为电流检测与过流保护两个部分。电流检测在每个斩波周期中，在3/4占空比处触发AD中断对电机电流进行采样。在每个控制周期中一旦检测到过流故障立即停机保护，下一个控制周期中如果检测到电机电流回归正常，立即终止过流保护。此方法可以将对电机的过流故障从检测到实施保护的时间缩短到一个控制周期之内，实时性强。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)既适用于母线峰值电流的检测又可用于相峰值电流的检测；

(2)对电机的过流故障检测具有前瞻性，并且实现单控制周期内的电流保护；

(3)适用面广，不仅适用于大电气时间常数的无刷直流电机控制系统，对于小电气时间常数系统也适用。

附图说明

图1为无刷直流电动机系统电气连接图。

图2为无刷直流电机的母线电流波形，

a：小电气时间常数无刷直流电机

b：大电气时间常数无刷直流电机

图3为电流检测与保护算法流程图。

图4对无刷直流电机进行控制的电流波形，

a：大电气时间常数无刷直流电机

b：小电气时间常数无刷直流电机。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

三相六状态无刷直流电机母线电流检测电路中，电机的母线电流经过功率采样电阻将电流值转换成电压值(见图1)，然后经滤波、放大之后送入DSP的AD口进行检测。特别强调，此处的滤波仅对斩波频率以上的高频杂波进行滤除。

控制系统软件的控制周期为25uS(40KHz)，PWM斩波频率为25KHz，DSP使用的是TI公司的TMS320F2808。

电流采样和保护方法的具体实施方式按照图3所示的流程图进行。

第一步：在系统控制软件的初始化中，记录初始占空比的值：PWM_CMPA＝DutyFunc；将A路PWM与B路PWM设置成同步模式：TBCTL.bit.PHSEN＝1；设置B路PWM比较事件作为ADC的中断触发事件：ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1＝1。

第二步：计算3*PWM_CMPA>>2的值并将计算值作为B路PWM的占空比CMPB的值：CMPB＝3*PWM_CMPA>>2。

第三步：在每个控制周期开始时读AD的采样值：read(&adc1)；判断是否发生过流故障：if(Ibus_A>＝v->IbusRefUp)；如果过流则过流故障标志位IbusPrt＝1且过流故障保护计数器IbusPrtCnt++，否则IbusPrt＝0，IbusPrtCnt＝0。

第四步：在每个控制周期中间时再次读AD的采样值：read(&adc1)；判断是否发生过流故障：if(Ibus_A>＝v->IbusRefUp)；如果过流则过流故障标志位IbusPrt＝1且过流故障保护计数器IbusPrtCnt++，否则IbusPrt＝0，IbusPrtCnt＝0。

第五步：如果过流故障标志位IbusPrt＝1且过流故障保护计数器IbusPrtCnt<10，则封锁PWM输出，对电机进行限流保护：

EPwm1Regs.AQCSFRC.bit.CSFA＝2；

EPwm2Regs.AQCSFRC.bit.CSFA＝2；EPwm3Regs.AQCSFRC.bit.CSFA＝2；如果IbusPrt＝0，则取消对电机的限流保护。

第六步：如果连续100次检测到过流故障，即IbusPrtCnt>＝100，对电机进行永久停机保护，且StopMotor标志位置1：StopMotor＝1；DutyFunc＝0。

图4表示该方法对不同电气时间常数无刷直流电机进行控制的电流波形，从图中可以看出采用该方法的无刷直流电机控制系统可以在电流到达接近于峰值之前对电流进行采集，并在一个控制周期内实现对过流故障的保护，既准确又及时。

Claims

1.一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，其特征在于步骤如下：

否则过流故障标志位置0，过流故障保护计数器置0；

2.根据权利要求1所述无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法，其特征在于：所述多次等于设定次数，且大于10次。