CN106505918A - 一种无刷直流电机位置检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷直流电机位置检测方法，包括以下步骤：S1、采集输出逆变回路输出电压信号；S2、对所述电压信号进行滤波，得到检测采集信号；S3、将所述检测采集信号通过比较器进行比较，得到比较信号；S4、对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测后，进行输出。本发明的无刷直流电机位置检测方法经过过零比较后，对过零点信号进一步的分析并滤除非正常过零信号，使得输出的信号真实稳定，确保设备稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及直流电机领域，特别涉及一种无刷直流电机位置检测方法及系统。
背景技术
无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，BLDCM）需要准确的位置检测以确保系统稳定运行，目前的很多无刷直流电机都是无传感器运行，无刷直流电机通过检测反电势确定位置的比较常规的方法是通过将输出逆变主回路输出的开关波形引入控制检测回路，通过硬件滤波取样处理，然后经过零比较器比较出位置信息，但这样的位置信息容易受到硬件参数的影响。另外，由BLDCM的驱动原理可知，其输出电压波形在驱动换向点处易引入多个非正常过零点，转速相对较低时由于其反电势也较小，多个过零点噪声更容易导致检测不准确，而通过逆变主回路输出的开关波形滤波后得出的反电势，难以提取其过零信息，因此也就不能很好的对非正常过零点进行优化滤除，进而影响正确的位置判断，还可能导致无刷直流电机不能正常工作。
发明内容
本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种能够准确检测过零点噪声并进行滤除、提高设备运行稳定性的无刷直流电机位置检测方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种无刷直流电机位置检测方法，包括以下步骤：
S1、采集输出逆变回路输出电压信号；
S2、对所述电压信号进行滤波，得到检测采集信号；
S3、将所述检测采集信号通过比较器进行比较，得到比较信号；
S4、对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测后，进行输出。
进一步地，所述将所述检测采集信号通过比较器进行比较包括：将所述采集信号峰值的一半作为比较门限电压，若采集信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若采集信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
进一步地，所述S4包括，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
进一步地，所述S4还包括对所述比较信号进行A/D采样。
进一步地，所述非正常过零脉冲的位置宽度C/12＜Tw＜C/6，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，C＞0、Tw＞0。
进一步地，所述非正常过零脉冲的位置宽度C*11/120＜Tw＜C*9/60，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，C＞0、Tw＞0。
进一步地，所述对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测包括：
S41、将一个信号周期平均分为6个区域，记录6个区域都采集完时的时间为C，其中，每个区域不使能的检测时间为Tw，设置滤波次数N=Tw/T，其中T为A/D转换器采集周期，设置采集次数Ntime=0，其中，N、Ntime均为整数，C＞0、T＞0、Tw＞0；
S42、采用A/D转换器将所述比较信号Ha，、Hb，、Hc，转换为数字信号，其中高电平为1，低电平为0，并使同一采样时间点的Ha，、Hb，、Hc，的数字信号进行组合，判定组合区域Zt1是否有效，若是，则使采集次数Ntime增加1次；
S43、判断Ntime是否大于N，若是，则使过零检测信号不使能，并执行步骤S42，若是，则执行步骤S44；
S44、使过零检测信号使能，判断组合区域Zt1是否与前一次组合区域判断Zt2不一致，若否，则执行步骤S42，若是则执行步骤S45；
S45、判断组合区域Zt1是否是区域6，若是，则执行步骤S46，若否，则执行步骤S47；
S46、读取当前6个区域都采集完时的时间Tim，前一次记录的时间Tim0，更新C=Tim-Tim0，更新N=Tw/T，并令Tim0=Tim，其中，Tim＞0，Tim0≥0；
S47、更新区域Zt2=Zt1，使Ntime=0；
S48、按照已经切换的区域更新PWM驱动的输出形式，并继续执行步骤S42。
一种无刷直流电机位置检测系统，包括依次连接的输出逆变主回路、反电势滤波检测比较电路、控制器、PWM驱动器；所述输出逆变主回路用于输出斩波电压信号，将所述斩波信号发送到反电势滤波比较电路；所述反电势滤波比较电路用于对所述斩波电压信号进行滤波后、与预定电压进行比较，得到比较电压信号，并将所述比较信号发送到控制器；所述控制器用于对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测，滤除不真实的过零信号，并将检测后的信号输出到PWM驱动器；所述PWM驱动器用于将检测后的信号反馈到输出逆变主回路进行输出。
进一步地，所述预定电压为所述斩波电压峰值的一半，若斩波电压信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若斩波电压信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
进一步地，所述进行非正常过零脉冲检测为，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的无刷直流电机位置检测方法经过过零比较后，对过零点信号进一步的分析并滤除非正常过零信号，使得输出的信号真实稳定，确保设备稳定运行。
附图说明
图1所示为本发明的无刷直流电机位置检测方法流程图。
图2所示为本发明方法的信号处理过程示意图。
图3所示为本发明方法的使能信号控制原理图。
图4所示为本发明方法的不使能检测取值范围示意图。
图5所示为本发明的无刷直流电机位置检测系统模块框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
图1所示为本发明的无刷直流电机位置检测方法流程图包括以下步骤：
S1、采集输出逆变回路输出电压信号；
S2、对所述电压信号进行滤波，得到检测采集信号；
S3、将所述检测采集信号通过比较器进行比较，得到比较信号；
S4、对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测后，进行输出。
本发明的无刷直流电机位置检测方法经过过零比较后，对过零点信号进一步的分析并滤除非正常过零信号，使得输出的信号真实稳定，确保设备稳定运行。
在一个具体实施方式中，所述将所述检测采集信号通过比较器进行比较包括：将所述采集信号峰值的一半作为比较门限电压，若采集信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若采集信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
输出逆变主回路输出的电压Va、Vb、Vc经过反电势滤波检测比较回路后，产生检测采集信号Ha，、Hb，、Hc，，此三个信号经过高速的AD采集转换成数字信息0和1，数字芯片速度的提升使高速的AD采集很容易达到100K的采样频率甚至更高。转换的数字信息经过控制器处理后得出真实的Ha、Hb、Hc信号。而要得出真实的信号，我们需要将AD采集的数字信息0和1进行处理，滤除其中的非正常过零脉冲，通过控制器内部控制使能检测EN信号，在非正常过零脉冲发生阶段使检测的数字信息无效，那么这段时间内的过零信号将被无效掉，而正常的信号将被提取，信号处理过程参看图2所示。
从图2可以看出，检测到Va、Vb、Vc信号经过前级滤波取样后得到Van、Vbn、Vcn，而这三组信号在驱动换向点后会有不真实的过零信号产生，这部分硬件很难有效处理，滤波效果太强也会导致信号失真，因此难以通过硬件滤除。这导致后级比较器输出Ha，、Hb，、Hc，也会在此处产生过零脉冲。如果不经过处理，这样的位置信息将影响BLDC正常运转，严重的导致堵转过流甚至烧毁功率器件。
本发明控制检测时间点来使能检测，保障检测出Ha，、Hb，、Hc，正确的过零位置。系统计算一个周期脉冲时间C，一个周期由Ha，、Hb，、Hc，的状态进行组合，其可以组合为有用数字信息有001、101、100、110、010、011，另外两个组合000以及111为无效组合，进行舍弃。根据有用的组合信息，将一个周期分成6个区域，区域的划分由电机的工作特性决定，使用一个循环计数器Time循环计时，在进行AD采集判断六个区域都完成时读取Time的数值计算周期时间C，并得出每个区域不使能检测的时间Tw，只需要在AD采集内判断区域切换时做计数即可，系统更加简单有效，节省系统资源，降低控制成本，具体参看图3所示。
在一个具体实施方式中，S4包括，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
本发明通过判断非正常过零脉冲的位置，在过滤时，使非正常过零脉冲不使能，从而对其进行滤除。
在一个具体实施方式中，S4还包括对所述比较信号进行A/D采样。
在一个具体实施方式中，所述非正常过零脉冲的位置宽度C/12＜Tw＜C/6，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，C＞0、Tw＞0。
在一个具体实施方式中，所述非正常过零脉冲的位置宽度C*11/120＜Tw＜C*9/60，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，C＞0、Tw＞0。
具体参看图4，如果采用理论值进行检测，则很可能检测到临界点，导致检测错误，因此对其进行修正，避免临界点带来检测失误。
在一个具体实施方式中，所述对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测包括：
S41、将一个信号周期平均分为6个区域，记录6个区域都采集完时的时间为C，其中，每个区域不使能的检测时间为Tw，设置滤波次数N=Tw/T，其中T为A/D转换器采集周期，设置采集次数Ntime=0，其中，N、Ntime均为整数，C＞0、T＞0、Tw＞0；
S42、采用A/D转换器将所述比较信号Ha，、Hb，、Hc，转换为数字信号，其中高电平为1，低电平为0，并使同一采样时间点的Ha，、Hb，、Hc，的数字信号进行组合，判定组合区域Zt1是否有效，若是，则使采集次数Ntime增加1次；
S43、判断Ntime是否大于N，若是，则使过零检测信号不使能，并执行步骤S42，若是，则执行步骤S44；
S44、使过零检测信号使能，判断组合区域Zt1是否与前一次组合区域判断Zt2不一致，若否，则执行步骤S42，若是则执行步骤S45；
S45、判断组合区域Zt1是否是区域6，若是，则执行步骤S46，若否，则执行步骤S47；
S46、读取当前6个区域都采集完时的时间Tim，前一次记录的时间Tim0，更新C=Tim-Tim0，更新N=Tw/T，并令Tim0=Tim，其中，Tim＞0，Tim0≥0；
S47、更新区域Zt2=Zt1，使Ntime=0；
S48、按照已经切换的区域更新PWM驱动的输出形式，并继续执行步骤S42。
一种无刷直流电机位置检测系统，包括依次连接的输出逆变主回路、反电势滤波检测比较电路、控制器、PWM驱动器；所述输出逆变主回路用于输出斩波电压信号，将所述斩波信号发送到反电势滤波比较电路；所述反电势滤波比较电路用于对所述斩波电压信号进行滤波后、与预定电压进行比较，得到比较电压信号，并将所述比较信号发送到控制器；所述控制器用于对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测，滤除不真实的过零信号，并将检测后的信号输出到PWM驱动器；所述PWM驱动器用于将检测后的信号反馈到输出逆变主回路进行输出。
在一个具体实施方式中，所述预定电压为所述斩波电压峰值的一半，若斩波电压信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若斩波电压信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
在一个具体实施方式中，所述进行非正常过零脉冲检测为，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。
Claims (10)
1.一种无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集输出逆变回路输出电压信号；
S2、对所述电压信号进行滤波，得到检测采集信号；
S3、将所述检测采集信号通过比较器进行比较，得到比较信号；
S4、对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测后，进行输出。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述将所述检测采集信号通过比较器进行比较包括：将所述采集信号峰值的一半作为比较门限电压，若采集信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若采集信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
3.根据权利要求1所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述S4包括，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述S4还包括对所述比较信号进行A/D采样。
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述非正常过零脉冲的位置宽度C/12＜Tw＜C/6，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，其中C＞0、Tw＞0。
6.根据权利要求4所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述非正常过零脉冲的位置宽度C*11/120＜Tw＜C*9/60，其中C为对比较信号采样一个周期脉冲的时间，其中C＞0、Tw＞0。
7.根据权利要求1-6任一项所述的无刷直流电机位置检测方法，其特征在于，所述对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测包括：
S41、将一个信号周期平均分为6个区域，记录6个区域都采集完时的时间为C，其中，每个区域不使能的检测时间为Tw，设置滤波次数N=Tw/T，其中T为A/D转换器采集周期，设置采集次数Ntime=0，其中，N、Ntime均为整数，C＞0、T＞0、Tw＞0；
S42、采用A/D转换器将所述比较信号Ha，、Hb，、Hc，转换为数字信号，其中高电平为1，低电平为0，并使同一采样时间点的Ha，、Hb，、Hc，的数字信号进行组合，判定组合区域Zt1是否有效，若是，则使采集次数Ntime增加1次；
S43、判断Ntime是否大于N，若是，则使过零检测信号不使能，并执行步骤S42，若是，则执行步骤S44；
S44、使过零检测信号使能，判断组合区域Zt1是否与前一次组合区域判断Zt2不一致，若否，则执行步骤S42，若是则执行步骤S45；
S45、判断组合区域Zt1是否是区域6，若是，则执行步骤S46，若否，则执行步骤S47；
S46、读取当前6个区域都采集完时的时间Tim，前一次记录的时间Tim0，更新C=Tim-Tim0，更新N=Tw/T，并令Tim0=Tim，其中，Tim＞0，Tim0≥0；
S47、更新区域Zt2=Zt1，使Ntime=0；
S48、按照已经切换的区域更新PWM驱动的输出形式，并继续执行步骤S42。
8.一种无刷直流电机位置检测系统，其特征在于，包括依次连接的输出逆变主回路、反电势滤波检测比较电路、控制器、PWM驱动器；所述输出逆变主回路用于输出斩波电压信号，将所述斩波信号发送到反电势滤波比较电路；所述反电势滤波比较电路用于对所述斩波电压信号进行滤波后、与预定电压进行比较，得到比较电压信号，并将所述比较信号发送到控制器；所述控制器用于对所述比较信号进行非正常过零脉冲检测，滤除不真实的过零信号，并将检测后的信号输出到PWM驱动器；所述PWM驱动器用于将检测后的信号反馈到输出逆变主回路进行输出。
9.根据权利要求8所述的无刷直流电机位置检测系统，其特征在于，所述预定电压为所述斩波电压峰值的一半，若斩波电压信号大于所述峰值的一半，则输出为高电平，若斩波电压信号小于所述峰值的一半，则输出为低电平。
10.根据权利要求8所述的无刷直流电机位置检测系统，其特征在于，所述进行非正常过零脉冲检测为，根据非正常过零脉冲的位置，在非正常过零脉冲区域控制过零检测信号不使能，在正常过零脉冲区域控制过零检测信号使能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170315 |