CN109256988B - 一种三相bldc电机六步控制的开环切换闭环的控制方法 - Google Patents

一种三相bldc电机六步控制的开环切换闭环的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，属于视频监控技术领域，驱动至开环目标转速的时候设定一个PWM占宽比区间，在进入该区间，驱动PWM占宽比大于最大负荷时闭环理论的PWM占宽比，在区间的末端设定为略小于最小负荷下的PWM占宽比，整个区间占宽比时递减的，当合理设置此区间的时间长度，必然存在一刻使PWM电压上升段过零点在整个换相周期的约中间位置，并且PWM电压下降段过零点在整个换相周期的约中间位置，将此刻作为从开环切入闭环的理想时刻，实现可靠的开环切换到闭环的技术问题，本发明无需位置传感器,通过计算反向电动势上升过零点时刻与反向电动势下降过零点时刻得到开环切换闭环的可靠切换方法。

Description

一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法
技术领域
本发明属于BLDC电机控制技术领域，特别涉及一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法。
背景技术
在BLDC电机控制时，如果开环切换至闭环控制方法不合适，将导致闭环控制失控，电机在某负荷TL下以速度SL从开环切入到闭环时，存在一个PWM占空比DL，使开环理想可靠切入闭环，通常DL即是电机以SL稳定工作的占空比，当电机工作在不同工况下，起动时的负荷将有所不同，可靠的闭环切入DL也不同，如果固定闭环切入的DL，则很难满足大负荷范围的驱动要求，可能导致开环切闭环失败。
而且由于水泵在不同工况下工作，水泵的负荷不一样，从而启动如果以固定的PWM占空比从开环切入到闭环，则有可能导致切换到闭环失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，解决了自动寻找合适的PWM占空比，以此占空比可靠从开环切如闭环的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：在汽车调速水泵的三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制系统中，调节三相BLDC电机，使之从开环工况切换到闭环工况，并且以一个预设转速VTRANS在闭环工况状态下工作，用示波器测量出闭环工况时三相BLDC电机的正常duty值DTC_NORMAL；
分别将三相BLDC电机以最大负荷工况和最小负荷工况工作，分别测量出最大负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MAX和最小负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MIN；所述duty值为占空比的值；
步骤2：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中设定duty值的上限值DTC_UPPER和下限值DTC_LOWER，上限值DTC_UPPER≥DTC_MAX，下限值DTC_LOWER≤DTC_MIN；
步骤3：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中，使三相BLDC电机工作在开环工况状态下，开环控制的末段，设定过渡时间TTRANS，三相BLDC电机开环转速控制需要可靠起动，并且到达过渡时间TTRANS之前，三相BLDC电机的开环转速需达到VTRANS，duty值需达到DTC_UPPER；
三相BLDC电机运行在TTRANS时间内，转速保持VTRANS不变，duty值从DTC_UPPER递减至DTC_LOWER；
步骤4：在三相BLDC电机的相电压的一个换相周期内，检测电压上升到零点的时刻Trising与下降到零点的时刻Tfalling；
步骤5：设定一个切换时间上限Tthres_upper和一个切换时间下限Tthress_lower；当Tthress_lower<Trising<Tthres_upper且Tthress_lower<Tfalling<Tthres_upper时，则认为三相BLDC电机处于过零点的合适时刻已到，三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统控制三相BLDC电机从开环工况切换到闭环工况；
步骤6：切换闭环后，闭环如果使用PI控制，设定一个时间段，在此时间段三相BLDC电机工作的PI参数设定为小于正常工作值，使PWM占空比以较小的变化来调节。
优选的，在执行步骤3时，过渡时间TTRANS设定在占空比的递减控制区间内，所述过渡时间TTRANS为一个时间段。
本发明所述的一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，解决了自动寻找合适的PWM占空比，以此占空比可靠从开环切如闭环的技术问题，本发明适应各种负荷，无需位置传感器,通过计算反向电动势上升过零点时刻与反向电动势下降过零点时刻得到开环切换闭环的可靠切换方法。
附图说明
图1是本发明的开环控制时序图；
图2是本发明的过零点和换向简化数学模型图；
图3是本发明的三相BLDC电机的相电压的换相周期示意图。
具体实施方式
BLDC电机的位置估算是通过检测BEMF反向电动势的过零点来实现,BEMF为反向电动势，其电路拓扑的简化数学模型如图2所示，该数学模型的目标是确定可测量电机波形与BEMF过零点之间的关系，通过BEMF过零点可以确定换向的时刻。
如图2所示的数学模型基于这样一个前提：电机的两相通电(如图2电机的A/B端)，第三个相断开(如图2电机的C端)，整个模型的中性点电压级别可以参照母线电压的一半，这样可以简化数学表达式，该数学模型中电机三相是对称的，那么就有以下公式1：
Figure GDA0003449902470000031
其中:uN为电机中心点的电压，uDCB为电源的电压值，R为电机相电阻，L为电机线圈电感，ib为流经B相的电流，dib/dt为B相电流的微分，eb为B相的反向电动势，ia为流经B相的电流，dia/dt为A相电流的微分，ea为A相的反向电动势，ec为C相的反向电动势。
对于对称三相电机，所有BEMF电压的总和为零，因此有以下公式2：
ec+eb+ec＝0→ec＝-(eb+ea)；
由于无电流，因此未通电相的电压公式3如下：
un＝uC-ec；
公式2和公式3代入公式1即可得出未通电相的相电压，其公式4如下：
Figure GDA0003449902470000032
在出现BEMF过零点时，BEMF电压(本例中为C相)为零，正如其名称所表示的那样。因此，通过测量未通电相的电压uC，并将其与直流母线电压的一半
Figure GDA0003449902470000033
进行对比，即可准确确定BEMF过零点。
如图1所示的一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：图1中，U/F控制区间指根据起动时间，查表算出频率(F)与PWM的占空比(U)的控制算法，duty值为占空比的值，在汽车调速水泵的三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制系统中，首先让汽车水泵三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统工作在正常工况下，调节三相BLDC电机，使之从开环工况切换到闭环工况，并且以一个预设转速VTRANS在闭环工况状态下工作，用示波器测量出闭环工况时三相BLDC电机的正常duty值DTC_NORMAL；
分别将三相BLDC电机以最大负荷工况和最小负荷工况工作，分别测量出最大负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MAX和最小负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MIN；所述duty值为占空比的值；
步骤2：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中设定duty值的上限值DTC_UPPER和下限值DTC_LOWER，上限值DTC_UPPER≥DTC_MAX，下限值DTC_LOWER≤DTC_MIN；
步骤3：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中，使三相BLDC电机工作在开环工况状态下，开环控制的末段，设定过渡时间TTRANS，三相BLDC电机开环转速控制需要可靠起动，并且到达过渡时间TTRANS之前，三相BLDC电机的开环转速需达到VTRANS，duty值需达到DTC_UPPER；
三相BLDC电机运行在TTRANS时间内，转速保持VTRANS不变，duty值从DTC_UPPER递减至DTC_LOWER；
步骤4：如图3所示在三相BLDC电机的相电压的一个换相周期内，检测电压上升到零点的时刻Trising与下降到零点的时刻Tfalling；
步骤5：设定一个切换时间上限Tthres_upper和一个切换时间下限Tthress_lower；当Tthress_lower<Trising<Tthres_upper且Tthress_lower<Tfalling<Tthres_upper时，则认为三相BLDC电机处于过零点的合适时刻已到，三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统控制三相BLDC电机从开环工况切换到闭环工况；
步骤6：切换闭环后，闭环如果使用PI控制(PI是比例积分控制)，设定一个时间段，在此时间段三相BLDC电机工作的PI参数设定为略小于正常工作值，使PWM占空比以较小的变化来调节。
优选的，在执行步骤3时，过渡时间TTRANS设定在占空比的递减控制区间内，所述过渡时间TTRANS为一个时间段。
本发明所述的一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，解决了自动寻找合适的PWM占空比，以此占空比可靠从开环切如闭环的技术问题，本发明适应各种负荷，无需位置传感器,通过计算反向电动势上升过零点时刻与反向电动势下降过零点时刻得到开环切换闭环的可靠切换方法。

Claims (2)

1.一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：在汽车调速水泵的三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制系统中，调节三相BLDC电机，使之从开环工况切换到闭环工况，并且以一个预设转速VTRANS在闭环工况状态下工作，用示波器测量出闭环工况时三相BLDC电机的正常duty值DTC_NORMAL；
分别将三相BLDC电机以最大负荷工况和最小负荷工况工作，分别测量出最大负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MAX和最小负荷工况下三相BLDC电机的duty值DTC_MIN；所述duty值为占空比的值；
步骤2：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中设定duty值的上限值DTC_UPPER和下限值DTC_LOWER，上限值DTC_UPPER≥DTC_MAX，下限值DTC_LOWER≤DTC_MIN；
步骤3：在三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统中，使三相BLDC电机工作在开环工况状态下，开环控制的末段，设定过渡时间TTRANS，三相BLDC电机开环转速控制需要可靠起动，并且到达过渡时间TTRANS之前，三相BLDC电机的开环转速需达到VTRANS，duty值需达到DTC_UPPER；
三相BLDC电机运行在TTRANS时间内，转速保持VTRANS不变，duty值从DTC_UPPER递减至DTC_LOWER；
步骤4：在三相BLDC电机的相电压的一个换相周期内，检测电压上升到零点的时刻Trising与下降到零点的时刻Tfalling；
步骤5：设定一个切换时间上限Tthres_upper和一个切换时间下限Tthress_lower；当Tthress_lower<Trising<Tthres_upper且Tthress_lower<Tfalling<Tthres_upper时，则认为三相BLDC电机处于过零点的合适时刻已到，三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环系统控制三相BLDC电机从开环工况切换到闭环工况；
步骤6：切换闭环后，闭环如果使用PI控制，设定一个时间段，在此时间段三相BLDC电机工作的PI参数设定为小于正常工作值，使PWM占空比以较小的变化来调节。
2.如权利要求1所述的一种三相BLDC电机六步控制的开环切换闭环的控制方法，其特征在于：在执行步骤3时，过渡时间TTRANS设定在占空比的递减控制区间内，所述过渡时间TTRANS为一个时间段。
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