CN113992074A - 一种高速无刷直流电机的控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高速无刷直流电机的控制方法和控制装置，包括：获取无刷直流电机线电压信号uAB；从换相信号提取电路获取准换相信号HAB″；根据相角偏差补偿计算公式，计算相角偏差ψ；最后根据获取的准换相信号HAB″，以及计算出的相角偏差ψ，对准换相信号的下降沿、上升沿分别进行相角补偿、延时，得到实际换相点。该控制装置包括换相信号提取电路模块、相角偏差计算模块、相角补偿模块。本发明通过线电压信号获取电机的无位置换相信号，无需复杂的软件算法，方法简单易实现。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体的说是涉及一种高速无刷直流电机反电势过零点检测的控制方法及控制装置。
背景技术
基于电子换相代替机械换相的无刷直流电机具有可靠性高和效率高的优势，在众多领域得到广泛应用。传统的无刷直流电机利用转子位置传感器来感知转子的位置信息，通过换相逻辑、驱动功率管等，最终控制电机旋转。但是，位置传感器的引入增加了电机的体积、成本和安装难度，在高温、高湿环境下其精度也会受到影响，所以无位置传感器控制技术研究至关重要。
针对该问题，现有技术主要采用的无位置传感器控制方法有：反电势法、反电势积分法、三次谐波法、续流二极管法、状态观测器法等。然而，这些传统的方法要么需要复杂的硬件采集电路，要么需要复杂的软件计算，给实际运行带来困难。
发明内容
为了解决传统的无刷直流电机传感器体积大、成本高、硬件电路复杂等问题，本发明根据反电势法的特征，提出一种基于线反电势的高速无刷直流电机无位置传感器控制方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是供了一种高速无刷直流电机的控制方法，包括：
步骤1：获取无刷直流电机线电压信号uAB；
步骤2：从换相信号提取电路获取准换相信号HAB″；
步骤3：根据相角偏差补偿计算公式，计算相角偏差ψ；
步骤4：根据步骤2中获取准换相信号HAB″，以及步骤3中计算出的相角偏差ψ，确定实际换相信号HAB。
可选地，所述步骤2中的换相信号提取电路通过观察准换相信号的波形图进行参数合理设计，达到滤除线电压中的杂波。
可选地，所述步骤3中的建立的相角偏差补偿计算公式为：
其中，“R”、“C”为所示步骤2中换相信号提取电路的具体电阻、电容的值；“ω”为电机的电角速度，获取方法是根据测量得到的准换相信号相邻的边沿即上升沿与下降沿之间的时间差值来计算。
可选地，所述步骤4中的实际换相信号HAB可由准换相信号HAB″进行偏差补偿得到，具体方法如下：
步骤41：根据准换相信号HAB″的下降沿计算获取换相点ωt＝210°，270°，330°；
步骤42：根据准换相信号HAB″的上升沿计算获取换相点ωt＝30°，90°，150°。
可选地，所述步骤41中换相点根据准换相信号HAB″的下降沿计算获取，其HAB″的下降沿相比于理想线反电势eAB的过零点延时相角ψ，在检测到下降沿后继续延时60-ψ即可得到一个换相点即ωt＝210°，在此换相点基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点即ωt＝270°，330°。
可选地，所述步骤42中换相点根据准换相信号HAB″的上升沿计算获取，准换相信号HAB″的上升沿延时60-ψ得到一个换相点即ωt＝30°，在此换相基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点即ωt＝90°，150°。
本发明提供了一种基于线反电势的高速无刷直流电机无位置传感器控制装置，包括：换相信号提取电路模块、相角偏差计算模块、相角补偿模块，其中：
所述换相信号提取电路模块与线电压信号输出电路相连，主要作用于线电压信号uAB上，用于提取线反电势的过零点，即生成准换相信号HAB″；
所述相角偏差计算模块与相角补偿模块相相连，用相角偏差计算公式求出准换相信号HAB″与实际换相信号HAB的偏差ψ，根据准换相信号HAB″的下降沿、上升沿进行相角补偿，得到实际换相点。
本发明的有益效果是：
1、本发明基于线反电势检测，用测量线反电势的6个过零点的方法来获取换相点，无需额外延时，且不需要电机提供中线，仅需要使用一路电压信号即可有效计算出转子位置信息，进而完成无刷直流电机的可靠换相。
2、本发明相比于传统的基于相反电势检测的控制方法，线反电势的幅值比相反电势的幅值明显增加，电机转速和负载相同的条件下，线反电势比相反电势更加容易检测。
附图说明
图1为本发明控制方法流程图；
图2为本发明控制装置的示意图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。
如图1所示，为本发明提出一种高速无刷直流电机控制方法的流程图，具体设计包括：
步骤S1：获取无刷直流电机线电压信号uAB；
步骤S2：从换相信号提取电路获取准换相信号HAB″；
步骤S3：所述步骤S2中的换相信号提取电路，根据观察准换相信号的波形图合理设计其电阻、电容的参数，以达到滤除线电压中的杂波。
当线电压信号uAB经过换相信号提取电路时，必然会引起准换相信号与实际换相信号之间出现相角偏差，进而额外需要一定的软件算法来补偿，但换相信号提取电路是必须存在的环节，通过合理设计可以正常使用，否则无法完全滤除线电压中的杂波，进而使得准换相信号中存在干扰杂波引起的误换相信号，导致电机无法正常完成换相流程。
步骤S4，建立相角偏差补偿计算公式，求出相角偏差ψ，建立的相角偏差补偿计算公式为：
其中，“R”、“C”为所示步骤S2中换相信号提取电路的具体电阻、电容的值；“ω”为电机的电角速度，获取方法是根据测量得到的准换相信号相邻的边沿之间的时间差值来计算，这里的边沿是指上升沿与下降沿。
步骤S5：根据步骤S4中相角偏差ψ，对准换相信号HAB″的下降沿进行相角补偿，得到实际换相点ωt＝210°，270°，330°。
当所述步骤S5中准换相信号HAB″为下降沿时，其HAB″的下降沿相比理想线反电势eAB的过零点延时相角ψ，在检测到下降沿后继续延时60-ψ即可得到一个换相点即ωt＝210°，在此换相点基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点即ωt＝270°，330°。
步骤S6：根据步骤S4中相角偏差ψ，对准换相信号HAB″的上升沿进行相角补偿，得到实际换相点ωt＝30°，90°，150°。
当所述步骤S6中准换相信号HAB″为上升沿时，准换相信号HAB″的上升沿延时60-ψ得到一个换相点即ωt＝30°，在此换相基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点即ωt＝90°，150°。
如图2所示，本发明提供了一种基于线反电势的高速无刷直流电机无位置传感器控制装置，包括：换相信号提取电路模块、相角偏差计算模块、相角补偿模块，其中：换相信号提取电路模块与线电压信号输出电路相连，主要作用于线电压信号uAB上，用于提取线反电势的过零点，即生成准换相信号HAB″，相角偏差计算模块与相角补偿模块相相连，用相角偏差计算公式求出准换相信号HAB″与实际换相信号HAB的偏差ψ，根据准换相信号HAB″的下降沿、上升沿进行相角补偿，得到实际换相点。
本发明通过线电压信号获取电机的无位置换相信号，无需复杂的软件算法，方法简单易实现。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：获取无刷直流电机线电压信号uAB；
步骤2：从换相信号提取电路获取准换相信号HAB″；
步骤3：根据相角偏差补偿计算公式，计算相角偏差ψ；
步骤4：根据步骤2中获取准换相信号HAB″，以及步骤3中计算出的相角偏差ψ，确定实际换相信号HAB。
2.根据权利要求1所述一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述步骤4中实际换相信号HAB由准换相信号HAB″进行偏差补偿得到，具体方法如下：
步骤41：根据准换相信号HAB″的下降沿获取换相点ωt＝210°、270°、330°；
步骤42：根据准换相信号HAB″的上升沿获取换相点ωt＝30°、90°、150°。
3.根据权利要求2所述一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述步骤41中,换相点根据准换相信号HAB″的下降沿计算获取，其HAB″’的下降沿相比于理想线反电势eAB的过零点延时相角ψ，在检测到下降沿后继续延时60-ψ即可得到一个换相点ωt＝210°，在此换相点基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点ωt＝270°、330°。
4.根据权利要求2所述一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述步骤42中，换相点根据准换相信号HAB″的上升沿计算获取，准换相信号HAB″的上升沿延时60-ψ得到一个换相点ωt＝30°，在此换相基础上分别延时60°、120°获取另外两个过零点ωt＝90°、150°。
5.根据权利要求1所述一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述步骤3中建立的相角偏差补偿计算公式为：
其中，“R”、“C”为所示步骤2中换相信号提取电路的具体电阻、电容的值，“ω”为电机的电角速度。
6.根据权利要求1所述一种高速无刷直流电机的控制方法，其特征在于：所述步骤2中的换相信号提取电路通过观察准换相信号的波形图进行参数设计。
7.根据权利要求1-6任一项所述一种高速无刷直流电机的控制装置，其特征在于：所述控制装置包括换相信号提取电路模块、相角偏差计算模块、相角补偿模块，其中：
所述换相信号提取电路模块与线电压信号输出电路相连，生成准换相信号HAB″；
所述相角偏差计算模块与相角补偿模块相相连，用相角偏差计算公式求出准换相信号HAB″与实际换相信号HAB的偏差ψ，根据准换相信号HAB″的下降沿、上升沿进行相角补偿，得到实际换相点。
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