CN108092569A - 一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法，在无刷电机上同轴固连一旋转变压器，在旋转变压器上连接旋变解调芯片获取旋转变压器的角度信号，通过旋变解调芯片将角度信号传输给ARM处理器，ARM处理器利用同步控制算法公式得出脉宽调制信号，再将脉宽调制信号输入三相桥驱动芯片转换为三相电机驱动信号驱动无刷电机正反转。

Description

一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法

技术领域

本发明涉及无刷电机驱动的技术领域，特别是涉及基于旋变角度信号的无刷电机驱动技术领域。

背景技术

直流无刷电机作为舵机、二维随动机构、寻北仪等系统的执行机构具有十分重要作用，而驱动方法高效与否将直接影响着电机自身的性能。

传统的直流无刷电机驱动利用霍尔传感器获取当前电机转子所在的位置，然后依据定子绕线决定开启换流器中功率晶体管的顺序，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此驱动电机顺向(或逆向)转动。现有的电机驱动方法通过霍尔传感器仅可获取电机转子的六种当前位置状态，只可粗略估计电机的位置信息，以此位置信号作为发生驱动信号的依据，驱动电机转动，粗糙的基准位置信号会大大减弱无刷电机的性能。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法。解决了无刷电机因霍尔传感器获取转子位置不精确，导致驱动器发出控制脉宽调制信号不准确而使电机动态性能变差的难题。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法，在无刷电机上同轴固连一旋转变压器，在旋转变压器上连接解调芯片获取旋转变压器的角度信号，通过解调芯片将角度信号传输给ARM处理器，ARM处理器利用同步控制算法公式得出脉宽调制信号，再将脉宽调制信号输入三相桥驱动芯片转换为三相电机驱动信号驱动无刷电机正反转。

旋变解调芯片2选取为AD公司的AD2S1210，ARM控制芯片选取为ST公司的STM32F303,三相桥驱动芯片选取Cirrus Logic公司的SA306A。

同步控制算法公式为：

A₊＝H*Sin(W±∏/2)；

A_-＝100％-H*Sin(W±∏/2)；

B₊＝H*Sin(W+2*∏/3±∏/2)；

B_-＝100％-H*Sin(W+2*∏/3±∏/2)；

C₊＝H*Sin(W+4*∏/3±∏/2)；

C_-＝100％-H*Sin(W+4*∏/3±∏/2)；

其中A₊和A_-、B₊和B_-、C₊和C_-分别为一对互补的脉宽调制信号；H为幅值信号，范围为0-1来调整电机转动的速度；W为采集到的旋变角度信号；∏为圆周率；公式中选取“+”电机正转；公式中选取“-”电机反转。

与现有的霍尔传感器提供换相信号的无刷电机驱动方法相比，本发明利用旋转变压器提供的角度信号，获取了非常精准的换相角度，同时采用同步感应同步控制算法，大大提高了无刷电机的性能，本发明可将同款无刷电机的综合性能指标提高一个甚至多个量级。

附图说明

图1是本发明基于旋转变压器的无刷电机驱动方法的总体框图；

图2旋转变压器驱动检测信号格式

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法的总体框图如图1，包括以下步骤：

步骤1、旋转变压器与直流无刷电机同轴连接

将直流无刷电机的电机轴与旋转变压器的转子同轴连接，电机外壳与旋变定子外壳物理固连，保证电机旋转的角度与旋变检测的角度一致。

步骤2、旋变解调芯片与旋转变压器的信号连接

如图2所示，旋转变压器中Vref为原边I输入的正弦激磁信号，Vs1和Vs2为副边II、III感应的正弦、余弦信号。图1中旋变解调芯片2选取AD公司的AD2S1210，旋变解调芯片2与旋转变压器1通过六根信号线进行连接，分别为旋变原边I输入正弦激磁信号Ref+、Ref-，副边II感应正弦信号S1+、S1-，副边III感应余弦信号S2+、S2-。原边I输入的正弦激磁信号Vref为参考信号保持不变，当旋变转子相对定子转动时，副边II、III感应信号Vs1、Vs2均会发生变化，变化的Vs1、Vs2信号便可反映当前角度的变化量。旋变解调芯片产生正弦激磁为旋变提供参考，同时接收感应信号Vs1、Vs2，为自身的旋变解调做好准备。

步骤3、利用ARM芯片获取旋变解调芯片的解调角度信号。

旋变解调芯片选用ST公司的STM32F303,ARM芯片与旋变解调芯片采用SPI通讯方式，两芯片通过片选信号SPI_CS、时钟信号SPI_CLK、主入从出信号SPI_MISO、主出从入信号SPI_MOSI等信号线连接，ARM芯片通过设置SPI通讯的片选、时钟信号，便可从SPI_MISO信号线上获取旋变解调芯片的旋变角度信号。

步骤4、同步感应同步控制算法实现。

经步骤3之后，ARM芯片获取了当前的角度信号，利用同步感应同步控制算法公式(1)-(6)得出三对六路脉宽调制信号。

A₊＝H*Sin(W±∏/2) (1)

A_-＝100％-H*Sin(W±∏/2) (2)

B₊＝H*Sin(W+2*∏/3±∏/2) (3)

B_-＝100％-H*Sin(W+2*∏/3±∏/2) (4)

C₊＝H*Sin(W+4*∏/3±∏/2) (5)

C_-＝100％-H*Sin(W+4*∏/3±∏/2) (6)

其中A₊和A_-、B₊和B_-、C₊和C_-分别为一对互补的脉宽调制信号；H为幅值信号，范围为0-1可调整，直接决定着电机转动的速度；W为采集到的旋变角度信号；∏为圆周率，计算中可将其简化为3.14；当需要电机正转时公式中“±”直接选取“+”，需要电机反转时，将公式中“±”变为“-”。

步骤5、脉宽调制信号转换为三相电机驱动信号。

ARM芯片经步骤4之后输出六路脉宽调制信号，输入给三相桥驱动芯片，三相桥驱动芯片选取Cirrus Logic公司的SA306A作为驱动芯片，SA306A将路脉宽调制信号转换为直流无刷电机的相驱动信号，达到驱动直流无刷电机的目的。

Claims (3)

1.一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法，其特征在于：在无刷电机上同轴固连一旋转变压器，在旋转变压器上连接旋变解调芯片获取旋转变压器的角度信号，通过旋变解调芯片将角度信号传输给ARM处理器，ARM处理器利用同步控制算法公式得出脉宽调制信号，再将脉宽调制信号输入三相桥驱动芯片转换为三相电机驱动信号驱动无刷电机正反转。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法，其特征在于：旋变旋变解调芯片型号为AD2S1210，ARM控制芯片型号为STM32F303,三相桥驱动芯片型号为SA306A。

3.根据权利要求1所述的一种基于旋变角度的无刷电机驱动方法，其特征在于：同步控制算法公式为：

A₊＝H*Sin(W±∏/2)；

A_-＝100％-H*Sin(W±∏/2)；

B₊＝H*Sin(W+2*∏/3±∏/2)；

B_-＝100％-H*Sin(W+2*∏/3±∏/2)；

C₊＝H*Sin(W+4*∏/3±∏/2)；

C_-＝100％-H*Sin(W+4*∏/3±∏/2)；

其中A₊和A_-、B₊和B_-、C₊和C_-分别为一对互补的脉宽调制信号；H为幅值信号，范围为0-1来调整电机转动的速度；W为采集到的旋变角度信号；∏为圆周率；公式中选取“+”电机正转；公式中选取“-”电机反转。