CN107681930A - 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法 - Google Patents

一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107681930A
CN107681930A CN201710809841.0A CN201710809841A CN107681930A CN 107681930 A CN107681930 A CN 107681930A CN 201710809841 A CN201710809841 A CN 201710809841A CN 107681930 A CN107681930 A CN 107681930A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
motor
brshless
commutation
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.)
Pending
Application number
CN201710809841.0A
Other languages
English (en)
Inventor
马瑞卿
张煜辰
薛耀庭
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.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
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 Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201710809841.0A priority Critical patent/CN107681930A/zh
Publication of CN107681930A publication Critical patent/CN107681930A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • 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
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
    • 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
    • H02P6/188—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using the voltage difference between the windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，在每个斩波周期计数到四分之三占空比时间时刻测试得到电机的三相电压Ua、Ub或Uc的电压值；计算某一电压值在上升区间与下降区间的电压偏差；根据该电压偏差判断无刷直流电机是否正常换相并采用PI调节。本发明有助于提高电机的换相精度，减小转矩脉动、提高电机效率，避免因相位严重滞后引起的电机失步故障。

Description

一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法
技术领域
本发明无位置传感器无刷直流电机控制技术，涉及一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法。
背景技术
无刷直流电机(BLDCM)既具有直流电机的控制简单、调速性能好等优点，又具备交流电机运行可靠和维护方便等优点，故其应用范围遍及航空、航天、交通、家电等诸多领域。
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。转子位置传感是用于检测电机转子相对于定子的位置，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。
然而，转子位置传感器作为无刷直流电机故障发生概率最高的部件，不仅降低了无刷直流电机的可靠性，增加了电机的成本，还增大了电机的体积。因此，无位置传感器的无刷直流电机及其控制技术成为了近些年研究的热点。虽然无位置传感器无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，但其换相过程却不如有位置传感器无刷直流电机的精度高。当无刷直流电机换相不精确时，会造成电机的抖动、电流波动加剧、系统效率降低，严重时会造成电机的失步故障，影响其正常运行。因此，高精度换相控制方法的提出，对于改善无位置传感器无刷直流电机的运行性能具有重要的实际意义。
无位置传感器无刷直流电机的换相控制精度，受转子位置检测精度和转子位置补偿精度两方面共同影响。端电压法是最成熟也是最常用的无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法。其中对电机三相电压过零点的检测，直接决定了电机转子位置的准确判断，进而决定能否对电机进行精确换相控制。
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无位置传感器转子位置校正方法，能够较为有效地提高电机的换相精度，从而改善电机运行的性能，避免因相位超前或滞后而引起的失步故障；与此同时还有助于减小电机的转矩脉动，提高电机的运行效率。
技术方案
一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在无刷直流电机运行中，在每个斩波周期计数到四分之三占空比时间时刻，测量记录电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；
步骤2：以电压为纵轴，电角度为横轴，得到任意三相电压Ua、Ub或Uc的电压与电角度相关的二维图；
步骤3：对Ub电压在60°～120°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ub1；对240°～300°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ub2，计算得到B相端电压偏差ΔUb＝Ub2-Ub1；
步骤4：当ΔUb的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUb的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUb的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
在步骤3中Ua电压取代Ub电压时，对Ua电压在300°～360°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ua1；对120°～180°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ua2，计算得到B相端电压偏差ΔUa＝Ua2-Ua1；在步骤4中，当ΔUa的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUa的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUa的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
在步骤3中以Uc电压取代Ub电压时，对Uc电压在180°～240°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Uc1；对0°～60°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Uc2，计算得到B相端电压偏差ΔUc＝Uc2-Uc1；在步骤4中，当ΔUc的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUc的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUc的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
有益效果
本发明提出的一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，在每个斩波周期计数到四分之三占空比时间时刻测试得到电机的三相电压Ua、Ub或Uc的电压值；计算某一电压值在上升区间与下降区间的电压偏差；根据该电压偏差判断无刷直流电机是否正常换相并采用PI调节。本发明有助于提高电机的换相精度，减小转矩脉动、提高电机效率，避免因相位严重滞后引起的电机失步故障。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、由于无位置传感器无刷直流电机进行换相时易出现换相点的偏差，引起电机发生超前或滞后换相，造成较大的转矩脉动，甚至造成失步。本发明可以避免电机换相时所产生的尖峰电压对电机换相的影响，实现电机较准确的换相。
2、由于常见的无位置传感器无刷直流电机控制系统都设计了三相电压检测电路，而本方法并不需要增加额外的电路，不会增加系统的硬件成本。此外，本方法也不需要在软件中进行复杂的数学与逻辑计算，对于微处理器的计算速度也没有太高的要求。因此，本方法容易实现，有利于工程应用。
3、适用面广，此方法不仅适用于高电压大功率的无刷直流电机控制系统，对于其他的无刷直流电机控制系统均适用。
附图说明
图1为无刷直流电动机系统电气连接图。
图2为无刷直流电机的反电势过零点与换相点。
图3为超前换相端电压与相电流的波形。
图4为滞后换相端电压与相电流的波形。
图5为校正后精确换相端电压与相电流的波形。
图6为转子位置校正方法的算法流程图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
无刷直流电机最常用的驱动电路是由6个功率管组成的三相全桥功率逆变电路，分成三个桥臂，每个桥臂由上和下两个功率管组成。每个桥臂的中点与三相电机的一相绕组相连(Y形接法)，通过改变各开关管的开关状态，就可以实现无刷直流电机的换相(如图1所示)。
正常运行时，无刷直流电机的相电流导通区间应该与反电势波形平顶区间同相，以便产生恒定的电磁转矩，如图2所示。无刷直流电机的换相点可以根据非导通相反电势波形的过零点，再经过延时30°电角度的时间估算得出。主功率逆变器将按照六步换相逻辑在估算出的换相时刻进行换相，从而实现无位置传感器无刷直流电机的换相控制。
经过对于转子位置信号相位与非导通相端电压关系的分析，得出了以下结论：在H_PWM-L_ON(上斩下不斩)的调制方式下，非导通相端电压偏差能够较为准确地反映出无位置传感器无刷直流电机转子位置信号的相位偏差。
根据这个结论，提出了一种新型转子位置信号相位的校正方法。该方法以控制非导通相的端电压保持对性称为控制目标，以非导通相端电压的偏差量为反馈量，通过PI调节器调节，及时调整过零点信号延时角度，从而达到自动校正位置信号相位的目的。该控制策略能够实时、有效地校正转子位置相位偏差，提高无位置传感器无刷直流电机转子位置精度，改善电机运行性能。
具体实施例：以一个工作电压为30V无位置传感器无刷直流电机控制系统为对象进行试验验证。
在三相六状态无刷直流电机母线电流检测电路中，电机的三相电压经过电压传感器、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15kHz，DSP使用的是TI公司的TMS320F28335。
过零点采样和换相算法的具体实施方式按照图4所示的流程图进行。
该方法的具体实现步骤如下，以B相端电压为例：
第一步：对系统控制软件的初始化中，对ADC模块进行初始化；将A路PWM与B路PWM设置成同步模式；设置B路PWM比较事件作为ADC的中断触发事件：ADCTRL2.bit.EPWM_ENA_SEQ1＝1。
第二步：TMS320F28335控制芯片中有A、B两路PWM模块，计算A路PWM占空比值得四分之三作为B路PWM的占空比，在每个斩波周期的四分之三时刻，对电机B相端电压进行采样；
第三步：在换相状态2(如图2中60°～120°区间)中，将检测到的每四个Ub数值存入数组Ub_filter1中，进行数字滤波，去掉最大最小值各三个值之后，再计算平均值，得出的Ub_average1；
第四步：同第三步一样，在换相状态5(如图2中240°～300°区间)中，将检测到的每四个Ub数值存入数组Ub_filter2中，进行数字滤波，去掉最大最小值各三个值之后，再计算平均值，得出的Ub_average2；
第五步：Ub_average2和Ub_filter1的差值，得到deta_Ub，利用PI函数PI_MACRO()的到需要增减的占空比，来校正电机的换相位置。
图5表示该算法条件下的无刷直流电机的B相端电压波形，从图中可以看出，采用该算法的无刷直流电机控制系统端电压波形趋近于梯形波。

Claims (3)

1.一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在无刷直流电机运行中，在每个斩波周期计数到四分之三占空比时间时刻，测量记录电机的三相电压Ua、Ub和Uc的电压值；
步骤2：以电压为纵轴，电角度为横轴，得到任意三相电压Ua、Ub或Uc的电压与电角度相关的二维图；
步骤3：对Ub电压在60°～120°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ub1；对240°～300°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ub2，计算得到B相端电压偏差ΔUb＝Ub2-Ub1；
步骤4：当ΔUb的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUb的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUb的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
2.根据权利要求1所述无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，其特征在于：在步骤3中Ua电压取代Ub电压时，对Ua电压在300°～360°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ua1；对120°～180°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Ua2，计算得到B相端电压偏差ΔUa＝Ua2-Ua1；在步骤4中，当ΔUa的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUa的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUa的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
3.根据权利要求1所述无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法，其特征在于：在步骤3中以Uc电压取代Ub电压时，对Uc电压在180°～240°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Uc1；对0°～60°区间的电压值进行数字滤波，去掉最大和最小值各三个值之后，取平均值得到Uc2，计算得到B相端电压偏差ΔUc＝Uc2-Uc1；在步骤4中，当ΔUc的值大于零时，无刷直流电机处于超前换相，增加占空比；当ΔUc的值小于零时，无刷直流电机处于滞后换相，减小占空比；当ΔUc的值等于零时，无刷直流电机处于准确换相，无需调整占空比。
CN201710809841.0A 2017-09-11 2017-09-11 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法 Pending CN107681930A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710809841.0A CN107681930A (zh) 2017-09-11 2017-09-11 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710809841.0A CN107681930A (zh) 2017-09-11 2017-09-11 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107681930A true CN107681930A (zh) 2018-02-09

Family

ID=61135239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710809841.0A Pending CN107681930A (zh) 2017-09-11 2017-09-11 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107681930A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109347374A (zh) * 2018-10-27 2019-02-15 宁德职业技术学院 一种新型无刷直流电机无位置传感器控制系统和方法
CN109546901A (zh) * 2018-12-24 2019-03-29 南京理工大学 一种直流无刷电机换相方法
CN110061662A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 哈尔滨理工大学 一种基于反电动势和的无刷直流电机换相优化方法
CN110299876A (zh) * 2019-07-10 2019-10-01 西北工业大学 一种提高无刷直流电机换相准确度的控制方法
CN110957949A (zh) * 2019-12-02 2020-04-03 西北工业大学 基于端电压法的无位置传感器无刷直流电机换相点位置校正方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101051806A (zh) * 2007-05-17 2007-10-10 同济大学 车用空调压缩机新型电驱动控制系统及方法
CN103633904A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 国网上海市电力公司 无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统
CN104767435A (zh) * 2015-04-27 2015-07-08 山东大学 基于中性点电压的无传感器无刷电机换相相位实时校正方法
CN104767176A (zh) * 2015-03-11 2015-07-08 西北工业大学 一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法
CN105680742A (zh) * 2016-03-23 2016-06-15 北京航空航天大学 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置识别系统及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101051806A (zh) * 2007-05-17 2007-10-10 同济大学 车用空调压缩机新型电驱动控制系统及方法
CN103633904A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 国网上海市电力公司 无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统
CN104767176A (zh) * 2015-03-11 2015-07-08 西北工业大学 一种无刷直流电机峰值电流的单周期检测与保护方法
CN104767435A (zh) * 2015-04-27 2015-07-08 山东大学 基于中性点电压的无传感器无刷电机换相相位实时校正方法
CN105680742A (zh) * 2016-03-23 2016-06-15 北京航空航天大学 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置识别系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴小婧 等: ""基于端电压对称的无位置传感器无刷直流电机位置信号相位校正"", 《电工技术学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109347374A (zh) * 2018-10-27 2019-02-15 宁德职业技术学院 一种新型无刷直流电机无位置传感器控制系统和方法
CN109347374B (zh) * 2018-10-27 2024-02-06 宁德职业技术学院 一种新型无刷直流电机无位置传感器控制系统和方法
CN109546901A (zh) * 2018-12-24 2019-03-29 南京理工大学 一种直流无刷电机换相方法
CN109546901B (zh) * 2018-12-24 2022-04-01 南京理工大学 一种直流无刷电机换相方法
CN110061662A (zh) * 2019-05-27 2019-07-26 哈尔滨理工大学 一种基于反电动势和的无刷直流电机换相优化方法
CN110299876A (zh) * 2019-07-10 2019-10-01 西北工业大学 一种提高无刷直流电机换相准确度的控制方法
CN110299876B (zh) * 2019-07-10 2020-10-27 西北工业大学 一种提高无刷直流电机换相准确度的控制方法
CN110957949A (zh) * 2019-12-02 2020-04-03 西北工业大学 基于端电压法的无位置传感器无刷直流电机换相点位置校正方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107681930A (zh) 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置校正方法
CN107482962A (zh) 无刷直流电机无位置传感器的换相位置检测换相方法
CN101478281B (zh) 基于电流反馈的无位置传感器无刷直流电机起动方法
CN104767435B (zh) 基于中性点电压的无传感器无刷电机换相相位实时校正方法
CN110441643B (zh) 永磁同步电机控制系统中逆变器功率管断路故障诊断方法
CN109462348B (zh) 基于线电感特征点的srm无位置传感器控制方法及装置
CN101699757B (zh) 一种适合低速的开关磁阻电机无位置传感器控制方法
CN201383787Y (zh) 直流无刷电机控制器
CN102315814B (zh) 一种基于霍尔位置传感器的电机矢量控制方法
CN201383784Y (zh) 电动机驱动器
CN101047343A (zh) 功率变换器系统
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
CN105680742A (zh) 一种无刷直流电机无位置传感器转子位置识别系统及方法
CN111697891B (zh) 一种开关磁阻电机电流峰值位置的检测方法
CN104767434A (zh) 一种无刷直流电动机转子换相位置检测及换相控制方法
CN109713949A (zh) 一种无刷直流电机转矩脉动的抑制方法及系统
CN108847794A (zh) 吸尘器、电机的转子位置检测方法、装置和控制系统
CN110492798B (zh) 一种无刷直流电机的自适应过零点检测方法
CN110299876A (zh) 一种提高无刷直流电机换相准确度的控制方法
CN109696650A (zh) 电动汽车电机控制器的电流传感器精度校正方法及介质
CN110957949B (zh) 基于端电压法的无位置传感器无刷直流电机换相点位置校正方法
CN110535378A (zh) 无刷直流电机高精度换相控制的方法及系统
CN106452254A (zh) 电机相电阻高精度离线辨识方法
CN103633904A (zh) 无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统
WO2024078595A1 (zh) 无刷直流电机反电动势过零点电压的补偿系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 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: 20180209