CN110752799B - 无刷直流电机双模控制的切换方法及切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机双模控制的切换方法，包括：步骤1：预设检测周期，设置第一阀值，记录检测周期内三相绕组每相对应的霍尔传感器输出信号的高电平总时间以及低电平总时间；步骤2：逐相计算所述步骤1中获取的高电平总时间与低电平总时间的差值，当差值不等于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生故障；步骤3：当一个霍尔传感器发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的边沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。采用双模控制切换的方法，避免了传统的停机再切换，增加了运行的顺滑程度，提高了运行效率。

Description

无刷直流电机双模控制的切换方法及切换系统

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双模控制的切换方法及切换系统。

背景技术

无刷直流电机属于永磁同步电机的一种，具有效率高，响应快，噪音小等优点。双模控制(即兼容基于霍尔传感器的有位置传感器控制和基于反电动势的无传感器控制)，属于冗余控制，在电动自行车、两轮平衡车等的无刷直流电机控制器有广泛的应用。

双模控制主要功能是在霍尔传感器发生故障时切换到基于反电动势的无传感器控制。当霍尔传感器发生故障时，尤其是，针对最常见的单相霍尔故障时，如何准确地、快速地切换到无传感器控制。目前常见做法时，当发现霍尔传感器故障时进入控制器先停止状态，再切换无传感控制并重新起动。这种方法会出现转速突然下降再突然提升的现象，导致运行的平稳性差，降低用户体验感。

本发明利用霍尔序列分析，在诊断出霍尔传感器的具体故障信息的基础上，在特定的条件下切换到无传感器控制，实现顺滑切换。

发明内容

本发明提供了一种无刷直流电机双模控制的切换方法及切换系统，以解决单相霍尔故障下传统双模控制切换效率低问题。

本发明提供了一种无刷直流电机双模控制的切换方法，包括：

步骤1：预设检测周期，设置第一阀值，记录检测周期内三相绕组每相对应的霍尔传感器输出信号的高电平总时间以及低电平总时间；

步骤2：逐相计算所述步骤1中获取的高电平总时间与低电平总时间的差值，当差值不等于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生故障；

步骤3：当一个霍尔传感器发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的边沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

可选地，所述步骤2中，当差值大于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生短路故障；当差值小于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生开路故障。

可选地，所述步骤3的具体方法如下：

当一个霍尔传感器发生短路故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的上升沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当一个霍尔传感器发生开路故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的下降沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

可选地，步骤1中所述检测周期的取值范围为12ms～60ms。

可选地，步骤1中所述第一阀值的取值范围为4ms～10ms。

可选地，当一个霍尔传感器发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器的边沿信号进行切换，具体对应关系如下：

当霍尔传感器A相发生故障时，对应选择霍尔传感器C相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生故障时，对应选择霍尔传感器A相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生故障时，对应选择霍尔传感器B相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

本发明提供了一种无刷直流电机双模控制的装置，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、霍尔处理模块、电机三相定子绕组；

所述分压滤波模块分别与所述比较器模块、电机三相定子绕组连接，用于对反电动势进行分压滤波；所述比较器模块分别与所述分压滤波模块、控制器连接，用于将分压滤波处理后的数据进行电平转换；所述控制器分别与所述比较器模块、驱动器模块连接，用于对处理后的数据进行分析，然后选择电机运行模式；所述驱动器模块分别与控制器、逆变器模块连接，用于选择PWM工作模式；所述霍尔处理模块分别和所述控制器以及三个霍尔传感器相连，用于在有位置传感器控制模式下采集霍尔信号并处理后送入所述控制器；所述逆变器模块分别与驱动器模块、电机三相定子绕组连接，用于起动和维持无刷直流电机正常运作，并根据控制器发出的指令控制电机运行模式。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明在预设时间内，通过对高电平时间和低电平时间作对比，能够快速判断出某相出现故障。

2、本发明在霍尔传感器某相发生故障时，通过正常相的上升沿或下降沿即可切换至无传感器控制状态下运行，避免了传统的停机再切换控制方式的常规做法，提高了电机的运行效率。

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为本发明实施例中一种无刷直流电机双模控制的切换方法及切换系统的流程图；

图2为本发明实施例中三种典型状态下霍尔开关量信号示意图；

图3为本发明实施例中双模控制的电路示意图。

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作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。

本发明提供了一种无刷直流电机双模控制的切换方法及切换系统，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：设置预设周期为检测周期，预设周期的取值范围为12ms～60ms，这样取值是因为无刷直流电机低速1000r/min至高速5000r/min运行时，霍尔传感器经过每个电周期的时间约为12ms～60ms；设置第一阀值的取值范围为4ms～10ms，这样取值是因为在每个电周期内，霍尔传感器经过60°电角度约为2ms～10ms，为确保能够在连续两个60°电角度后判断霍尔传感器是否发生故障，同时保证第一阀值不大于每个电周期时间，故第一阀值的取值范围为4ms～10ms；记录检测周期内三相绕组每相对应的霍尔传感器输出信号的高电平总时间以及低电平总时间；

步骤S2：故障检测，具体方法如下：逐相计算所述步骤1中获取的高电平总时间与低电平总时间的差值，若差值等于第一阀值，则该相霍尔传感器正常；若差值大于第一阀值，则该相霍尔传感器发生短路故障；若差值小于第一阀值，则该相霍尔传感器发生开路故障；

步骤S3：当霍尔传感器某一相发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的边沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；切换运行状态的方法具体如下：

当霍尔传感器A相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器C相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器A相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器C相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器A相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器A相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器B相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器B相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

如图2是三种典型状态下霍尔开关量信号示意图，以霍尔传感器A相发生故障为例，详细说明本发明内容，具体如下：

图2(a)是在两个完整的电周期内的霍尔传感器A相、霍尔传感器B相、霍尔传感器C相均正常运行下的开关量示意图；图2(b)是在两个完整的电周期内的霍尔传感器A相发生短路故障，霍尔传感器B相和霍尔传感器C相均正常运行下的开关量示意图；图2(c)是在两个完整的电周期内的霍尔传感器A相发生断路故障，霍尔传感器B相和霍尔传感器C相均正常运行下的开关量示意图；

若霍尔传感器A相发生短路故障，在预设的检测周期0°到360°的范围内内霍尔传感器A相高电平总时间占长0°到360°的范围内、低电平总时间为0，易得高电平总时间低电平总时间的差值大于第一阀值，第一阀值的时长约占60°的范围，在第二个电周期中的霍尔传感器C相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行，因为在图2(a)与图2(b)所示图中，霍尔传感器A相300°电角度至480°电角度内连续三个状态正确，可以利用霍尔传感器C相在540°电角度时的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；若霍尔传感器A相发生开路故障，在预设的检测周期内0°到360°的范围内，霍尔传感器A相低电平总时间占长0°到360°的范围内、搞电平总时间为0，易得高电平总时间低电平总时间的差值大于第一阀值，第一阀值的时长约占60°的范围，在第二个电周期中的霍尔传感器C相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行，因为在图2(a)与图2(c)所示图中，霍尔传感器A相480°电角度至660°电角度内连续三个状态正确，可以利用霍尔传感器C相在720°电角度时的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

如图3所示，本发明提供了双模控制的电路示意图，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、霍尔处理模块56；电机三相定子绕组；具体说明如下：

分压滤波模块51分别与比较器模块52、电机三相定子绕组连接，用于对反电动势进行分压滤波；比较器模块52分别与分压滤波模块51、控制器53连接，用于将分压滤波处理后的数据进行电平转换；控制器53分别与比较器模块52、驱动器模块54连接，用于对处理后的数据进行分析，然后选择电机运行模式；驱动器模块54分别与控制器53、逆变器模块55连接，用于选择PWM工作模式；逆变器模块55分别与驱动器模块54、电机三相定子绕组连接，用于起动和维持无刷直流电机正常运作，并根据控制器发出的指令控制电机运行模式；霍尔处理模块分别和控制器以及三个霍尔传感器相连，用于在有位置传感器控制模式下采集霍尔信号并处理后送入控制器。

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 (6)

1.一种无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，包括：

步骤1：预设检测周期，设置第一阀值，记录检测周期内三相绕组每相对应的霍尔传感器输出信号的高电平总时间以及低电平总时间，其中所述检测周期为霍尔传感器运转一周的电周期；

步骤2：逐相计算所述步骤1中获取的高电平总时间与低电平总时间的差值，当差值不等于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生故障；

步骤3：当一个霍尔传感器发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的边沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行，具体如下：

当霍尔传感器A相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器C相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器A相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器C相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器A相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器A相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生短路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器B相的上升沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生开路故障时，在下一个电周期内霍尔传感器B相的下降沿将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，所述步骤2中，当差值大于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生短路故障；当差值小于第一阀值时，则该相对应的霍尔传感器发生开路故障。

3.如权利要求2所述的无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法如下：

当一个霍尔传感器发生短路故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的上升沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当一个霍尔传感器发生开路故障时，利用对应的无故障霍尔传感器在下一电周期输出信号的下降沿信号，将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

4.如权利要求1所述的无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，步骤1中所述检测周期的取值范围为12ms～60ms。

5.如权利要求1所述的无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，步骤1中所述第一阀值的取值范围为4ms～10ms。

6.如权利要求1-5中任一所述的无刷直流电机双模控制的切换方法，其特征在于，当一个霍尔传感器发生故障时，利用对应的无故障霍尔传感器的边沿信号进行切换，具体对应关系如下：

当霍尔传感器A相发生故障时，对应选择霍尔传感器C相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器B相发生故障时，对应选择霍尔传感器A相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行；

当霍尔传感器C相发生故障时，对应选择霍尔传感器B相的边沿信号将无刷直流电机切换到无传感器控制状态下运行。

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