CN105610353B - 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法 - Google Patents

一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105610353B
CN105610353B CN201610029613.7A CN201610029613A CN105610353B CN 105610353 B CN105610353 B CN 105610353B CN 201610029613 A CN201610029613 A CN 201610029613A CN 105610353 B CN105610353 B CN 105610353B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
zero crossing
time
motor
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610029613.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105610353A (zh
Inventor
陈阳舟
刘吉超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NINGBO RUIXING MOTOR Co.,Ltd.
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201610029613.7A priority Critical patent/CN105610353B/zh
Publication of CN105610353A publication Critical patent/CN105610353A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105610353B publication Critical patent/CN105610353B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting

Abstract

一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，提供基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，采用同时采集三相BEMF的方式，将三相的BEMF的值的均值作为中心点电压，以此与当前悬空相的电压进行比较，同时采用预估下一次换相的时间来修正计算误差进行换相操作，实现快速启动，算法实现过程简单，计算量小，可移植性强该方法具有以下技术效果：无需直接采集中心点电压值或者测量中心点波形，减少检测流程；算法实现简单，计算量小，可移植性强，对电机参数依赖性弱；可降低系统开发成本，节约系统调试周期。

Description

一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动 方法
技术领域
本发明公开了基于短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，本发明涉及直流无刷电机快速启动技术，尤其是涉及一种不依靠位置传感器，直接通过短时脉冲加速的惯性负载用无刷直流电机快速启动方法。
背景技术
无刷直流电机以其良好的转矩转速特性已经广泛应用在现代生产生活中。无刷直流电机的启动是否成功直接决定了电机整个运行阶段的控制效果。如图1所示，目前常用的无刷直流电机启动方式有以下几种。
位置传感器启动方法：依靠安装在电机本体13内的位置传感器HA、HB、HC检测电机转子的当前位置，按照六步换相对电机进行换相操作。
中心点计算法：不依靠位置传感器，MCU控制单元11通过BEMF(反向电动势)采集单元14顺序采集电机本体13的相A、相B、相C的BEMF，一个电周期有6个电机状态，每个电机状态只采集一相BEMF，根据采集的BEMF值计算出当BEMF等于中心点理论电压值时的时间，如图2所示，MST1～MST6为电机的六个状态，以MST1为例，当前只采集相A的BEMF，只有当相A的BEMF值和中心点电压相等时计算出过零点时间，以此得到电机的换相时间进行换相操作。
相电流Clark变换法：中国专利《无位置传感器电机启动方法》(杨阳；刘嘉奇；徐世文，公开号：CN102638216A)提供了一种基于相电流Clark变换实现电机启动的方法，通过给电机施加固定电压矢量,得到相电流Is,再对Is进行Clark变换,得到iα、iβ,以此估算出力矩Te最终实现电机启动。
以上三种方法虽然已经得到一定程度的应用，但均存在不同程度的缺陷。
位置传感器启动法需要加装传感器，一方面增加了硬件的设计成本和维护成本，另一方面传感器安装位置的误差大小直接决定了电机的输出效率，应用条件受限。
中心点计算法虽然较位置传感器启动法有了一定程度的改进，但是顺序通过BEMF值计算中心点的时间一般误差较大，很容易在加速过程中造成连续误差累积，同时对于电机参数依赖性较强，方法的鲁棒性较差。
相电流Clark变换法需要进行大量的矢量变换，计算过程比较繁琐，而且实现过程难度比较大，对于一般的工程运用凸显一定的局限性。
综上所述，目前三种常用的无刷直流电机启动方法都有各自的弊端，并不适于广泛的应用要求。
发明内容
本发明着重解决的技术问题在于，克服目前的技术缺陷，提供基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，采用同时采集三相BEMF的方式，将三相的BEMF的值的均值作为中心点电压，以此与当前悬空相的电压进行比较，同时采用预估下一次换相的时间来修正计算误差进行换相操作，实现快速启动，算法实现过程简单，计算量小，可移植性强。
本发明采用的技术方案是：
基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，如图3所示，该方法包括以下步骤，
步骤1：首先根据系统要求设定初始短时脉冲加速步数N，N≥15，再根据步数N，设定每一步的占空比Dx以及对应的执行时间Tx，x的取值范围是[1，N]；
步骤2：根据步骤1中设定的N、Dx、Tx，按照电机六步换相表给电机三相周期性顺序通电，如表1所示；
表1 六步脉冲表
步骤3：同时采集电机33的三相相A、相B、相C的电压，同时将示波器35的三根表笔分别夹在相A、相B、相C上，便于测量三相的BEMF波形；
步骤4：根据步骤2、3，对电机三相进行顺序加电，测量相应的三相波形，过零点的判断条件为三相的BEMF的平均值大于(BEMF为上升趋势)或者小于(BEMF为下降趋势)当前悬空相电压时，判定为过零点出现，记录当前的过零点时间，同时设定有效过零点值个数p的上限值；
步骤5：根据步骤4中设定的判断条件，具体算法如图4所示，首先设定加速步数N、对应加速步的占空比Dx以及执行时间Tx的初始值，然后按照表1中设定的加速顺序开始给电机三相通电；开启ADC模块同时采集三相BEMF，并计算三相BEMF的平均值Un；在限定的N步内，对电机悬空相按照步骤4中的判断准则进行判断，如果符合过零点判断条件，则记录当前的有效过零点时间值，如果不符合过零点判断条件，检测是否符合时间修正条件，具体时间修正条件为当前步骤的Tx执行完后仍未出现过零点，但当前Tx的值介于上一次有效过零点的时间值的1.5倍和2倍之间时，则判定此时满足修正条件，将上一次过零点的时间值赋予当前步的过零点时间值；如果上述两个判断条件均不符合，则认为此时的过零点时间值无效，进入下一步加速动作；如果上述过零点时间值有效个数p达到设定值则认为加速成功，进入正常换相阶段；如果p没有达到设定值则继续进入下一步加速动作；如果当x大于N时仍未满足过零点有效值判定条件，则认为此时加速失败，重新调整加速步数N、对应加速步的占空比Dx以及执行时间Tx的初始值，此过程通过示波器进行观测修正。
本发明可以有效的作为风扇类惯性负载用无刷直流电机的启动方法。该方法具有以下技术效果：
(1)无需直接采集中心点电压值或者测量中心点波形，减少检测流程；
(2)算法实现简单，计算量小，可移植性强，对电机参数依赖性弱；
(3)可降低系统开发成本，节约系统调试周期；
附图说明
图1常用的无刷直流电机控制系统模块图。
图2采用中心点计算法实现的电机三相BEMF和中心点的波形关系图。
图3采用短时脉冲快速启动技术的系统模块图。
图4短时脉冲启动算法流程图。
图5采用短时脉冲启动法得到的三相BEMF加速波形。
图6相C加速阶段的BEMF波形。
图7满足时间修正的BEMF波形。
图8 12V电机启动BEMF波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
步骤1：实例所采用的系统为24V系统，电机为5对极星型无刷直流电机，系统模块如图3所示，系统设定N为40，占空比Dx和Tx生成的加速表为：
Dx＝{800,900,1000,1000,1000,1000,1000,1000,
1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,
1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,
1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,1000,
1000,1000,1000,1000,}
Tx＝{5312,16563,7813,9000,6500,5125,5125,5125,
3875,4000,4000,4000,3250,3625,3187,3187,
2687,3500,2687,3500,2687,2687,2500,2700,
2375,3000,2625,2625,2625,2625,2625,2625,
2000,2625,2000,2625,}
其中Dx/8000为实际占空比值，Tx*0.5212us为实际执行时间值；
步骤2：将系统按照图3接好，示波器35的三根表笔分别接在电机33的三相上，同时依照步骤1中的加速表值按照表1的加电顺序给电机通电；
步骤3：配置MCU的ADC采集模块，准备同时采集电机33的三相BEMF值，设定p的上限为3；
步骤4：按照图4的流程图执行程序得到如图5的波形图，如图5所示，第27步的时候，电机三相波形的BEMF波形均匀对称，说明进入正常换相阶段，此时加速成功，将相A和相B屏蔽后，如图6所示，单独观测相C就能够清楚的看出从27步以后，相C的BEMF始终对称；
步骤5：将步骤4中的图5进行放大后得到图7，可以看出在图中所标的①②③④处均出现了时间修正，按照图4中的过零点判断规则，所标四处均不能找到有效的过零点时间，但是其每一步的执行时间Tx却符合上一次有效过零点的时间值的1.5倍和2倍之间的条件，因此同样可以判断为有效过零点时间值，这样就可以避免基于通过计算每一步的过零点而造成的舍弃问题，增加加速启动成功的概率；
将上述方法放在12V、3对极无刷直流电机上运行，依然可以有效启动电机，如图8所示，电机在第9步时加速成功。通过上述实例，可以得出，基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法可以有效的实现电机启动，同时可以降低算法实现难度，算法适应性强。
上述具体实现方式用来解释本发明，而不是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术的范围之内。

Claims (1)

1.一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法，其特征在于：
步骤1：首先根据系统要求设定初始短时脉冲加速步数N，N≥15，再根据步数N，设定每一步的占空比Dx以及对应的执行时间Tx，x的取值范围是[1，N]；
步骤2：根据步骤1中设定的N、Dx、Tx，按照电机六步换相表给电机三相周期性顺序通电，如表1所示；
表1 六步脉冲表
步骤3：同时采集电机(33)的三相相A、相B、相C的电压，同时将示波器(35)的三根表笔分别夹在相A、相B、相C上，便于测量三相的BEMF即反向电动势波形；
步骤4：根据步骤2、3，对电机三相进行顺序加电，测量相应的三相波形，过零点的判断条件为三相的BEMF的平均值大于当前悬空相电压时即BEMF为上升趋势，或者三相的BEMF的平均值小于当前悬空相电压时即BEMF为下降趋势，判定为过零点出现，记录当前的过零点时间，同时设定有效过零点值个数p的上限值；
步骤5：根据步骤4中设定的判断条件，首先设定加速步数N、对应加速步的占空比Dx以及执行时间Tx的初始值，然后按照表1中设定的加速顺序开始给电机三相通电；开启ADC模块同时采集三相BEMF，并计算三相BEMF的平均值Un；在限定的N步内，对电机悬空相按照步骤4中的判断准则进行判断，如果符合过零点判断条件，则记录当前的有效过零点时间值，如果不符合过零点判断条件，检测是否符合时间修正条件，具体时间修正条件为当前步骤的Tx执行完后仍未出现过零点，但当前Tx的值介于上一次有效过零点的时间值的1.5倍和2倍之间时，则判定此时满足修正条件，将上一次过零点的时间值赋予当前步的过零点时间值；如果上述两个判断条件均不符合，则认为此时的过零点时间值无效，进入下一步加速动作；如果上述过零点时间值有效个数p达到设定值则认为加速成功，进入正常换相阶段；如果p没有达到设定值则继续进入下一步加速动作；如果当x大于N时仍未满足过零点有效值判定条件，则认为此时加速失败，重新调整加速步数N、对应加速步的占空比Dx以及执行时间Tx的初始值，此过程通过示波器进行观测修正。
CN201610029613.7A 2016-01-15 2016-01-15 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法 Active CN105610353B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610029613.7A CN105610353B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610029613.7A CN105610353B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105610353A CN105610353A (zh) 2016-05-25
CN105610353B true CN105610353B (zh) 2018-01-12

Family

ID=55989952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610029613.7A Active CN105610353B (zh) 2016-01-15 2016-01-15 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105610353B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106998160A (zh) * 2017-04-18 2017-08-01 广东浪潮大数据研究有限公司 一种无刷直流电机的状态控制方法、装置及无刷直流电机
CN107703843B (zh) * 2017-09-01 2020-03-10 珠海格力电器股份有限公司 一种机组的风压控制方法、装置、存储介质及机组
CN110365260B (zh) * 2019-07-08 2021-03-23 江苏科技大学 无刷直流电机起动控制方法及控制系统
CN110535378B (zh) * 2019-08-27 2021-11-19 江门市力丰电机有限公司 无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统
CN111030517B (zh) * 2019-12-09 2021-07-13 中国地质大学（武汉） 高温长距离无位置传感器直流无刷电机驱动装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102868350A (zh) * 2012-09-21 2013-01-09 中南林业科技大学 无位置传感器无刷直流电机准闭环启动方法
CN103326629A (zh) * 2013-07-10 2013-09-25 江苏浩峰汽车附件有限公司 一种无刷直流电机的开环启动方法及系统
CN103762913A (zh) * 2014-01-15 2014-04-30 清华大学深圳研究生院 深井活塞泵无位置传感器三段式启动方法及应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0154854B1 (ko) * 1995-08-23 1998-12-15 김광호 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102868350A (zh) * 2012-09-21 2013-01-09 中南林业科技大学 无位置传感器无刷直流电机准闭环启动方法
CN103326629A (zh) * 2013-07-10 2013-09-25 江苏浩峰汽车附件有限公司 一种无刷直流电机的开环启动方法及系统
CN103762913A (zh) * 2014-01-15 2014-04-30 清华大学深圳研究生院 深井活塞泵无位置传感器三段式启动方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN105610353A (zh) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105610353B (zh) 一种基于无位置传感器的短时脉冲的无刷直流电机快速启动方法
CN105529967A (zh) 一种风机启动状态检测及启动控制方法
CN101272114B (zh) 直流电动机变频控制装置
CN106452225A (zh) 无位置传感器无刷直流电机换向相位实时校正系统及方法
CN102055392B (zh) 一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法
CN102916636A (zh) 通过将瞬时与平均反电动势电压进行比较而进行的无传感器无刷直流电机控制
CN109239635B (zh) 一种永磁同步电机旋变零位标定系统及标定方法
CN108039841B (zh) 双凸极电机驱动系统的提前角度自适应控制方法和系统
CN108614164B (zh) 电动汽车永磁同步电机三相电流缺相诊断方法
CN112398394A (zh) 一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法
CN103856132A (zh) 一种交流伺服永磁同步电机控制系统
JP5300349B2 (ja) モータ制御装置およびモータ地絡検出方法
CN111181450A (zh) 一种无刷直流电机霍尔传感器容错控制装置及其控制方法
CN103051276A (zh) 一种永磁同步电机转子初始位置辨识方法
CN104007358B (zh) 电动汽车永磁同步电机驱动系统短路故障诊断方法及系统
CN103001569B (zh) 高压变频电机空转转速跟踪方法
CN112737428B (zh) 电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统
CN102777391A (zh) 汽车电子水泵控制器
CN109586625A (zh) 一种无刷直流电机的驱动方法及装置
Papathanasopoulos et al. Fault identification on hall-effect sensors positioning in brushless DC motor drives via a fuzzy inference system
CN203457094U (zh) 一种交流伺服永磁同步电机控制系统
CN112595971A (zh) 基于fft技术直流有刷电机的堵转检测方法和控制器
CN2667799Y (zh) 低成本高性能直流无刷电机控制装置
CN208401753U (zh) 无刷直流电机反电动势检测电路
CN109510547A (zh) 无位置传感器电机驱动电路和电机组件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201211

Address after: 315600 No.6 Jinshan Road, Taoyuan Street, Ninghai County, Ningbo City, Zhejiang Province

Patentee after: NINGBO RUIXING MOTOR Co.,Ltd.

Address before: 100124 No. 100 Chaoyang District Ping Tian Park, Beijing

Patentee before: Beijing University of Technology