CN107834911B - 三相无刷直流电机稳速控制方法 - Google Patents

三相无刷直流电机稳速控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相无刷直流电机稳速控制方法，霍尔位置传感器检测三相无刷直流电机转动相位及相位的变化频率，作为换相依据，并将检测到的霍尔位置信号变化速度转化为电机的实时转速，控制CPU根据实时转速计算电机输出电压占空比、根据换相预测算法执行电机换相，实现电机转速闭环控制。本方法电机转速闭环控制，保证电机在负载发生变化过程中，电机转速恒定；电机霍尔位置信号预测算法，可有效防止因检测的霍尔位置信号的干扰信号导致电机运行时的抖动。

Description

三相无刷直流电机稳速控制方法
技术领域
本发明应用于三相直流无刷电机恒定转速控制技术领域。通过检测三相直流无刷电机运行时霍尔位置信号确定电机运行位置，从而计算电机转速。通过电机转速对电机工作输出电压的占空比进行调节，将电机转速和电机工作电压占空比构建出电机转速的闭环控制系统，从而实现电机在负载变化过程中转速稳定。
背景技术
目前三相直流无刷电机转速控制中，常会因为因检测霍尔位置信号不准确导致电机运行中出现抖动或者停转。同时，在负载发生变化时，电机转速波动幅度较大。
发明内容
针对现有技术中这类影响电机转速恒定和平稳的问题，本发明的目的在于提供一种三相无刷直流电机恒定转速控制方法，通过电机转速闭环控制和预测相位换相法，有效解决电机转动过程中的抖动和电机转速受负载影响大的问题，从而保证电机恒定转速平稳运行。
本发明的技术方案：
一种三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，霍尔位置传感器检测三相无刷直流电机转动相位及相位的变化频率，作为换相依据，并将检测到的霍尔位置信号变化速度转化为电机的实时转速，控制CPU根据实时转速计算电机输出电压占空比、根据换相预测算法执行电机换相，实现电机转速闭环控制；
根据换相预测算法执行电机换相时，通过对记录的前次相位预测出电机下一预测相位，在检测到的霍尔位置信号发生变化时，将预测位置和当前变化的位置进行比较，在两次比较均一致的情况下，按照当前检测的霍尔位置信号执行换相控制算法，将得到的结果做为电机控制相位输出。
换相控制算法如下：
根据霍尔位置传感器检测的相位信息，预测下一组电机控制相位；电机相位状态有六种，当电机以顺时针方向转动时，相位信号对应值变化规律为：011、010、110、100、101、001按顺序循环。
前次相位与预测相位的映射关系为表1：
表1
前次相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6
预测相位 相位3 相位6 相位2 相位5 相位1 相位4
根据表1相位预测映射关系，由前次相位预测出对应的下一预测相位。
换相预测算法步骤为：
当检测到输入的电机转动相位有变化时，首先判断相位变化逻辑是否满足相位变化规律，根据前次相位所预测的下一次预测相位与当前相位相比较，若相位预测正确次数RPA累计满足2次，则换相。
按照表2，根据当前相位，确定电机的输出控制逻辑；
表2
当前相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6
控制逻辑 0x87 0x63 0x27 0x1B 0x93 0x4B
在预测相位和检测的当前相位两次相同时，则执行电机控制输出，电机控制输出逻辑为表2中当前相位对应的控制逻辑值。
若相位变化不满足相位变化规律，在累计10次不满足相位变化规律的情况下，则不换相，仍按当前相位。
占空比计算公式如下：
占空比＝(PN*RT/N+3*RT)/4
其中，N为通过霍尔传感器检测到的位置信号转化的实时转速，单位：转/秒；RT为前次计算周期计算的占空比，PN为电机目标转速，单位：转/秒。
本发明所达到的有益效果：
1、电机转速闭环控制，保证电机在负载发生变化过程中，电机转速恒定；
2、电机霍尔位置信号预测算法，可有效防止因检测的霍尔位置信号的干扰信号导致电机运行时的抖动。
附图说明
图1电机闭环控制系统；
图2换相控制流程图；
图3电机顺时针转动时电机相位变化规律图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的三相无刷直流电机稳速控制通过闭环系统完成。如图1所示，闭环系统包括：三相无刷直流电机、霍尔位置传感器、控制CPU以及电机驱动电路。其中三相无刷直流电机为被控制对象，在不同负载下，按照预设转速稳速运转；霍尔位置传感器检测无刷直流电机转动相位及相位的变化频率，作为换相控制依据并计算出电机实际转速；控制CPU进行占空比计算和换相预测算法的实现；电机驱动电路实现三相无刷直流电机的动态可调占空比的运行驱动控制。
电机转速控制过程中将检测到的霍尔位置信号变化速度转化为电机的实时转速，将检测的转速作为电机输出电压占空比的计算因子，从而实现电机转速闭环控制。同时，在执行电机换相过程中，通过对记录的上一相位预测出电机下一相位，在检测到的霍尔位置信号发生变化时，将预测位置和当前变化的位置进行比较，在两次比较均一致的情况下，按照当前检测的霍尔位置信号执行换相控制算法，将得到的结果做为电机控制相位输出。
(1)占空比计算
占空比计算由电机转速决定，同时，为保证电机速度稳定，在占空比计算时，增加平滑滤波处理。具体公式如下：
占空比设定值＝(PN*RT/N+3*RT)/4
其中N为通过霍尔传感器检测到的位置信号推算的实时转速，单位：r/s(转/秒)；RT为前一计算周期的占空比(占空比最开始可以设定一个初始值，以后的占空比可以通过实时计算得到)，PN为电机目标转速，单位：r/s(转/秒)。
(2)换相控制
根据霍尔位置传感器检测的相位信息，设定下一组电机输出控制逻辑；电机HC、HB、HA相位状态有六种，当电机以顺时针方向转动时，电机相位变化规律为图3所示。
查表2得到六路控制信号的输出相位(即更改输出控制信号，完成换相)。结合图2，换相时采用电机相位预测算法：当检测到输入的电机有变化时，首先判断相位变化逻辑是否满足相位变化规律(根据上一次相位所预测的下一次相位与当前相位相比较)，如相位预测正确次数RPA累计2次满足，则更换电机输出控制逻辑；若不满足相位变化规律，在相位预测错误次数FPA累计10次不满足相位变化情况下，按当前检测相位，根据表2中换相数据进行更换电机输出控制逻辑。
表1相位预测关系映射表
前次相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6
预测相位 相位3 相位6 相位2 相位5 相位1 相位4
表1为相位预测映射关系，根据前次霍尔相位输入作为输入条件。例如前次相位为相位1(霍尔传感器位置信号对应值001)，则预测相位为相位3(霍尔传感器位置信号对应值为011)。
表2电机输出控制逻辑
当前相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6
控制逻辑 0x87 0x63 0x27 0x1B 0x93 0x4B
表2为电机输出控制逻辑，根据当前输入相位，确定电机的输出控制逻辑。若在相位预测时，前次相位1，对应出的预测值为相位3；实际检测的相位也为相位3，在预测和检测相位两次相同，则执行电机控制输出。电机控制输出逻辑为当前相位3对应电机输出控制逻辑值0x27。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，霍尔位置传感器检测三相无刷直流电机转动相位及相位的变化频率，作为换相依据，并将检测到的霍尔位置信号变化速度转化为电机的实时转速，控制CPU根据实时转速计算电机输出电压占空比、根据换相预测算法执行电机换相，实现电机转速闭环控制；
根据换相预测算法执行电机换相时，通过对记录的前次相位预测出电机下一预测相位，在检测到的霍尔位置信号发生变化时，将预测位置和当前变化的位置进行比较，在两次比较均一致的情况下，按照当前检测的霍尔位置信号执行换相控制算法，将得到的结果做为电机控制相位输出；
按照表2，根据当前相位，确定电机的输出控制逻辑；
表2
当前相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6 控制逻辑 0x87 0x63 0x27 0x1B 0x93 0x4B
在预测相位和检测的当前相位两次相同时，则执行电机控制输出，电机控制输出逻辑为表2中当前相位对应的控制逻辑值。
2.根据权利要求1所述的三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，换相控制算法如下：
根据霍尔位置传感器检测的相位信息，预测下一组电机控制相位；电机相位状态有六种，当电机以顺时针方向转动时，相位信号对应值变化规律为：011、010、110、100、101、001按顺序循环。
3.根据权利要求1所述的三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，前次相位与预测相位的映射关系为表1：
表1
前次相位 相位1 相位2 相位3 相位4 相位5 相位6 预测相位 相位3 相位6 相位2 相位5 相位1 相位4
根据表1相位预测映射关系，由前次相位预测出对应的下一预测相位。
4.根据权利要求1所述的三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，换相预测算法步骤为：
当检测到输入的电机转动相位有变化时，首先判断相位变化逻辑是否满足相位变化规律，根据前次相位所预测的下一次预测相位与当前相位相比较，若相位预测正确次数RPA累计满足2次，则换相。
5.根据权利要求4所述的三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，若相位变化不满足相位变化规律，在累计10次不满足相位变化规律的情况下，则不换相，仍按当前相位。
6.根据权利要求1所述的三相无刷直流电机稳速控制方法，其特征是，占空比计算公式如下：
占空比＝(PN*RT/N+3*RT)/4
其中，N为通过霍尔传感器检测到的位置信号转化的实时转速，单位：转/秒；RT为前次计算周期计算的占空比，PN为电机目标转速，单位：转/秒。
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