CN110661455B - 无刷直流电机无传感器控制装置与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷直流电机无传感器控制装置，包括：分压滤波模块、比较器模块、控制器、驱动器模块、逆变器模块，其中：分压滤波模块和无刷直流电机三相绕组相连；比较器模块和分压滤波模块相连；控制器分别和分压滤波模块、比较器模块以及驱动器模块相连；驱动器模块和逆变器模块相连；逆变器模块和无刷直流电机三相绕组相连。本发明通过改进电路将因消磁产生的假过零点剥离出，并单独送入控制器处理，这种方法适应性强、对电路改动要求小。
Description
技术领域
本发明涉及无刷直流电机控制领域。更具体地讲，涉及一种无刷直流电机在无传感器控制中克服消磁影响的控制方法与装置。
背景技术
无刷直流电机是一种永磁同步电机，具有效率高，响应快，噪音小等优点。因此，无刷直流电机已经在越来越多的行业广泛应用。
无刷直流电机采用无传感器方波驱动控制时，依靠反电动势或采集相电压获取转子位置信息，并依靠反电动势过零点获取换相信息。当无刷直流电机带载工作时，由于定子绕组的感性特性使得浮相存在电能，从而会产生消磁；而消磁现象会带来假的过零点，导致换相信息产生误差、影响控制性能。目前，常见的做法是通过硬件滤波将假的过零点消去，或者通过软件滤波将假的过零点消去；当无刷直流电机负载变大引起消磁现象加剧时，硬件滤波会出现无法完全将假的过零点消去的情况，软件滤波如果不能准确调整滤波参数也会导致不能消除假的过零点，而且准确调整滤波参数实行难度大。
针对这个问题，本发明通过改进电路将因消磁产生的假过零点剥离出，并单独送入控制器处理，控制在消磁事件作用时不允许换相，以避免假过零点对换相的印象，这种方法适应性强、对电路改动要求小。
发明内容
本发明提供了一种无刷直流电机无传感器控制装置与控制方法，以解决现有生产中无刷直流电机无传感器控制中，因消磁产生假过零现象干扰无刷直流电机换相的问题。
本发明提出了一种无刷直流电机无传感器控制装置，包括：分压滤波模块、比较器模块、控制器、驱动器模块、逆变器模块，其中：
所述分压滤波模块和无刷直流电机三相绕组相连，用于将采集到的无刷直流电机三相绕组的端电压分压滤波后输出；所述比较器模块和所述分压滤波模块相连，用于将所述分压滤波模块的输出信号转化成为方波信号输出；所述控制器分别和所述分压滤波模块、比较器模块以及驱动器模块相连，用于将所述分压滤波模块的输出信号和所述比较器模块的输出信号进行分析处理，所述控制器基于所述分压滤波模块的输出信号和所述比较器模块的输出信号向所述驱动器模块输出驱动信号；所述驱动器模块和所述逆变器模块相连，用于驱动所述逆变器模块中功率器件的通断；所述逆变器模块和无刷直流电机三相绕组相连，用于实现无刷直流电机的换相操作。
可选地，所述控制器的输入，包括第一组IO口和第二组IO口；所述第一组IO口和所述分压滤波模块的输出相连，所述第一组IO口功能设定为外部中断捕获功能，用于捕获所述分压滤波模块的输出信号的上升沿和下降沿；所述第二组IO口和所述比较器模块的输出相连，所述第二组IO口功能设定为普通输入功能，用于获取所述比较器模块的输出信号的高低电平变化。
可选地，所述比较器模块选型为传播延时大于5μs的通用比较器。
可选地，所述比较器模块的基准电压比所述控制器捕获外部捕获中断触发电压大0.05V～0.1V。
本发明提供一种无刷直流电机无传感器控制方法，包括：
步骤1：在预设时间内获取比较器模块的输出信号以及分压滤波模块的输出信号；
步骤2：判断比较器模块的输出信号电平是否发生变化，当比较器模块的输出信号电平发生变化时，执行步骤31；当比较器模块的输出信号电平未发生变化时，执行步骤1；
判断是否捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号，当捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤32；当未捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤1；
步骤31：根据换相标志位判断是否换相，当换相标志位为允许换相时，执行换相并执行步骤1；当换相标志位为不允许换相时，不执行换相并执行步骤1；
步骤32：将换相标志位在允许换相和不允许换相之间切换并执行步骤1。
可选地，将换相标志位在允许换相和不允许换相之间切换的具体方法如下：
在预设时间内，当第一次捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，换相标志位切换为不允许换相；当第二次捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，换相标志位切换为允许换相。
可选地，所述预设时间为50μs～100μs。
本发明至少包括以下有益效果：
1、通过本发明装置的对传统无传感器采集电路改进，将分压滤波后的信号不仅送入比较器模块处理，还直接送入控制器处理，实现了对消磁脉冲信号提取。
2、通过消磁现象的脉冲信号能被外部中断捕获而正常过零现象不会被外部中断捕获的特性，控制器运用外部中断捕获功能可以提取出消磁脉冲信号。
3、通过控制器的串行工作特点，运用外部中断捕获功能可以提取出消磁脉冲信号，在消磁脉冲信号的作用时间里对换相功能锁定，有效避免消磁的影响，能够处理在不同负载情况下消磁情况。总之，本发明装置电路改造简单、不添加任何元器件，控制方法简单、适应性强。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明中实施例中无刷直流电机无传感器控制装置的电路示意图；
图2为本发明中实施例中无刷直流电机无传感器的控制方法流程图；
图3为本发明中实施例中无刷直流电机具体电路各点的实测图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提出了一种无刷直流电机无传感器控制装置，包括：分压滤波模块51、比较器模块52、控制器53、驱动器模块54、逆变器模块55，其中：
所述分压滤波模块51和无刷直流电机三相绕组相连，用于将采集到的无刷直流电机三相绕组的端电压分压滤波后输出；所述比较器模块52和所述分压滤波模块51相连，用于将所述分压滤波模块51的输出信号转化成为方波信号输出；所述控制器53分别和所述分压滤波模块51、比较器模块52以及驱动器模块54相连，用于将所述分压滤波模块51的输出信号和所述比较器模块52的输出信号进行分析处理，并向所述驱动器模块54输出驱动信号；所述驱动器模块 54和所述逆变器模块55相连，用于驱动所述逆变器模块55中功率器件的通断；所述逆变器模块55和无刷直流电机三相绕组相连，用于实现无刷直流电机的换相操作。
可选地，所述控制器53的输入，包括第一组IO口和第二组IO口；所述第一组IO口和所述分压滤波模块51的输出相连，所述第一组IO口功能设定为外部中断捕获功能，用于捕获所述分压滤波模块51的输出信号的上升沿和下降沿；所述第二组IO口和所述比较器模块52的输出相连，所述第二组IO口功能设定为普通输入功能，用于检测所述比较器模块52的输出信号的高低电平变化。
测试点CS1连接在分压滤波模块51的W相输入端；测试点CS2连接在分压滤波模块51的W相输出端；测试点CS3连接在比较器模块52的W相输出端。
如图2所示，本发明提供一种无刷直流电机无传感器控制方法，包括：
步骤S1：在预设时间内获取比较器模块的输出信号以及分压滤波模块的输出信号；
步骤S2：判断比较器模块的输出信号电平是否发生变化，当比较器模块的输出信号电平发生变化时，执行步骤S31；当比较器模块的输出信号电平未发生变化时，执行步骤S1；
判断是否捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号，当捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤S32；当未捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤S1；
步骤S31：根据换相标志位判断是否换相，当换相标志位为允许换相时，执行换相并执行步骤S1；当换相标志位为不允许换相时，不执行换相并执行步骤 S1；
步骤S32：将换相标志位在允许换相和不允许换相之间切换并执行步骤S1。
通过消磁现象的脉冲信号能被外部中断捕获而正常过零现象不会被外部中断捕获的特性，控制器运用外部中断捕获功能可以提取出消磁脉冲信号。消磁脉冲由一个上升沿信号和一个下降沿信号，在两个边沿信号之间不允许换相，就可以避免消磁现象对换相的影响。
如图3所示，为本发明中实施例中无刷直流电机具体电路各点的实测图。图3(a)是测试点CS1的输出波形，对应W相定子绕组的相电压波形；图3(b) 是测试点CS2的输出波形，对应W相定子绕组的分压滤波模块51的输出波形；图3(c)是测试点CS3的输出波形，对应W相定子绕组的比较器模块52的输出波形。
实施例中控制器53选择STM32F103RCT6，Ue为外部中断捕获触发电压，大小标准为1.65V；比较器模块52选型MCP6544，基准电压Uo选择1.7V，电压的选择可以使得两次电平跳变事件之间的时间窗口够大。
图3(b)、图3(c)所示，当出现上升沿X1时首先触及触发电压Ue，使产生控制器53中断信号，控制不允许换相；上升沿X1再触及基准电压Uo，比较器模块52输出产生由低电平变成高电平的跳变事件Y1，由于当前状态为不允许换相，控制器53不做换相操作。当出现下降沿X2时首先触及基准电压Uo，比较器模块52输出产生由低电平变成高电平的跳变事件Y2，由于当前状态仍为不允许换相，控制器53不做换相操作；下降沿X2时再触及触发电压Ue，使产生控制器53中断信号，控制允许换相。当再出现比较器模块52输出产生由低电平变成高电平的跳变事件Y3，由于当前为允许换相状态，则控制器53做换相操作。
上升沿X1和下降沿X2构成一个假的反电势过零事件，上述控制实现了在Y1到Y2的区域内时不换相操作，可避免假过零点对换相的影响。
第一组IO口功能设定为外部中断捕获功能，对应中断的优先级设为最高。
第一组IO口外部中断捕获功能对应的中断优先级设为最高后，它的处理优先级在第二组IO口普通输入功能之上，当外部中断捕获处理函数处理完之后，才会去检测普通输入功能，以确保出现消磁现象时能先锁定换相再检测普通IO 口状态跳变。
预设时间设为50μs～100μs，以保证在不同速度下比较器模块的输入信号的检测精度。
可选地，比较器模块52选型为传播延时大于5μs的通用比较器MCP6544。这是为了控制器53先捕获所述分压滤波模块51的输出信号的上升沿和下降沿，再检测到所述比较器模块52的输出信号的高低电平变化，以增强控制方法的可靠性。
显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。尽管本发明/发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.一种无刷直流电机无传感器控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：在预设时间内获取比较器模块的输出信号以及分压滤波模块的输出信号；
步骤2：判断比较器模块的输出信号电平是否发生变化，当比较器模块的输出信号电平发生变化时，执行步骤31；当比较器模块的输出信号电平未发生变化时，执行步骤1；
判断是否捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号，当捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤32；当未捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，执行步骤1；
步骤31：根据换相标志位判断是否换相，当换相标志位为允许换相时，执行换相并执行步骤1；当换相标志位为不允许换相时，不执行换相并执行步骤1；
步骤32：将换相标志位在允许换相和不允许换相之间切换并执行步骤1。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机无传感器控制方法，其特征在于，所述步骤32中将换相标志位在允许换相和不允许换相之间切换的具体方法如下：
在预设时间内，当第一次捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，换相标志位切换为不允许换相；当第二次捕获到分压滤波模块的输出信号的边沿信号时，换相标志位切换为允许换相。
3.如权利要求1或2所述的无刷直流电机无传感器控制方法，其特征在于，所述预设时间为50μs～100μs。
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