CN114006556A - 一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统 - Google Patents

一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统 Download PDF

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张懿
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Abstract

本发明属于无刷直流电机技术领域，具体涉及一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，包括无刷直流电机、BLDCM控制系统和霍尔位置传感器、过零点获取模块、插入模块、二二导通计算模块、三三导通计算模块，克服了现有技术的不足，针对现有无刷直流电机方波运行的局限性，在传统方波控制下通过采用二二导通计算模块与三三导通计算模块相结合的驱动方式，设计一套减小转矩脉动的控制系统，模拟多步换相，从而达到减小无刷直流电方波运行转矩脉动的目的。

Description

一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，具体涉及一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统。
背景技术
无刷直流电机因具有较高的效率、较大的功率密度、方便实现的控制方法以及使用寿命长等诸多优点被广泛地应用到在航空航天、数控机床以及医疗器械、家用电器等领域。
传统无刷直流电机常应用二二导通计算模块六步梯形换相，这也是导致无刷直流电机方波运行转矩脉动较大的主要原因。因此需要研发一种可以降低无刷直流电机方波运行转矩脉动的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，克服了现有技术的不足，通过使用二二导通计算模块和三三导通计算模块相结合的驱动方式，以解决现有技术中无刷直流电机方波运行转矩脉动较大的问题。针对现有无刷直流电机方波运行的局限性，在传统方波控制下通过采用二二导通计算模块与三三导通计算模块相结合的驱动方式，设计一套减小转矩脉动的控制系统，模拟多步换相，从而达到减小无刷直流电方波运行转矩脉动的目的。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，过零点获取模块、插入模块、二二导通计算模块、三三导通计算模块，其中：
所述过零点获取模块与霍尔位置传感器相连，用于获取霍尔传感器的过零点；所述插入模块与所述过零点获取模块相连，用于根据霍尔传感器捕获的过零点确定二二导通计算模块的换相时序和插入三三导通计算模块的时序；所述二二导通计算模块和所述三三导通计算模块分别与所述插入模块相连，用于计算注入电流的大小，所述二二导通计算模块和三三导通计算模块通过BLDCM控制系统与无刷直流电机相连，转换成PWM输出给BLDCM控制系统，控制无刷直流电机运行。
可选地，所述过零点获取模块与所述插入模块确定二二导通计算模块换相时序的具体过程如下：
当捕获到霍尔传感器A相上升沿过零点时，绕组通电相为A+、B-，导通功率开关为T1、T4，换相时序为30°；
当捕获到霍尔传感器C相下降沿过零点时，绕组通电相为A+、C-，导通功率开关为T1、T6，换相时序为90°；
当捕获到霍尔传感器B相上升沿过零点时，绕组通电相为B+、C-，导通功率开关为T3、T6，换相时序为150°；
当捕获到霍尔传感器A相下降沿过零点时，绕组通电相为B+、A-，导通功率开关为T3、T2，换相时序为210°；
当捕获到霍尔传感器C相上升沿过零点时，绕组通电相为C+、A-，导通功率开关为T5、T2，换相时序为270°；
当捕获到霍尔传感器B相下降沿过零点时，绕组通电相为C+、B-，导通功率开关为T5、T4，换相时序为330°。
可选地，所述过零点获取模块与所述插入模块确定插入三三导通计算模块时序的具体过程如下：
确定插入三三导通计算模块的时序为：0°、60°、120°、180°、240°、300°；
0°时，绕组通电相为A+、C+、B-，导通功率开关为T1、T5、T4；
60°时，绕组通电相为A+、B-、C-，导通功率开关为T1、T4、T6；
120°时，绕组通电相为A+、B+、C-，导通功率开关为T1、T3、T6；
180°时，绕组通电相为B+、C-、A-，导通功率开关为T3、T6、T2；
240°时，绕组通电相为B+、C+、A-，导通功率开关为T3、T5、T2，
300°时，绕组通电相为C+、A-、B-，导通功率开关为T5、T2、T4。
可选地，所述二二导通计算模块与所述三三导通计算模块模块计算注入电流的计算原理如下：
假设二二导通计算模块时正相注入电流为
Figure 866802DEST_PATH_IMAGE002
，计算得出合成矢量模长为
Figure 721626DEST_PATH_IMAGE004
；同样假设三三导通计算模块时的流入中性点相电流为
Figure 298101DEST_PATH_IMAGE002
，计算得出合成矢量模长为
Figure 630993DEST_PATH_IMAGE006
；为使二二导通计算模块与三三导通计算模块时的合成矢量模长相等，将二二导通计算模块时的流入中性点相电流变为
Figure 403556DEST_PATH_IMAGE008
；在调节电流相上施加调节后的PWM，调节后的PWM为原二二导通计算模块时的
Figure 304647DEST_PATH_IMAGE010
倍。
本发明与现有技术相比较，具有以下有益效果：
1、采用二二导通计算模块与三三导通计算模块方式相结合的控制系统，结合两种导通方式的电压矢量，得到12个扇区，降低了三三导通计算模块方式下的换相转矩脉动，从而可以有效降低了有位置传感器的无刷直流电机的运行噪声。
2、采用二二导通计算模块与三三导通计算模块方式相结合的控制系统，结合两种导通方式的电压矢量，使得换相更为准确，不易导致过零点淹没，电机失步，从而可以更加适应无刷直流电机实际换相时的误差，进一步的降低脉动。
附图说明
图1为减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统的系统图；
图2为减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统各个换相时序下A、B、C相的矢量关系图；
图3为减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统的电压图；
图4为减小无刷直流电机方波运行噪声的控制流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。
实施例一
如图所示，本发明如图1所示，本发明提供了一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，包括：过零点获取模块、插入模块、二二导通计算模块、三三导通计算模块，其中：所述过零点获取模块与霍尔位置传感器相连，用于获取霍尔传感器的过零点；所述插入模块与所述过零点获取模块相连，用于根据霍尔传感器捕获的过零点确定二二导通的换相时序和插入三三导通的时序；所述二二导通计算模块和所述三三导通计算模块分别与所述插入模块相连，用于计算注入电流的大小，二二导通计算模块和三三导通计算模块通过BLDCM控制系统与无刷直流电机相连，转换成PWM输出给BLDCM控制系统，控制无刷直流电机运行。
可选地，所述过零点获取模块与所述插入模块确定二二导通换相时序的具体过程如下：
当捕获到霍尔传感器A相上升沿过零点时，绕组通电相为A+、B-，导通功率开关为T1、T4，换相时序为30°；
当捕获到霍尔传感器C相下降沿过零点时，绕组通电相为A+、C-，导通功率开关为T1、T6，换相时序为90°；
当捕获到霍尔传感器B相上升沿过零点时，绕组通电相为B+、C-，导通功率开关为T3、T6，换相时序为150°；
当捕获到霍尔传感器A相下降沿过零点时，绕组通电相为B+、A-，导通功率开关为T3、T2，换相时序为210°；
当捕获到霍尔传感器C相上升沿过零点时，绕组通电相为C+、A-，导通功率开关为T5、T2，换相时序为270°；
当捕获到霍尔传感器B相下降沿过零点时，绕组通电相为C+、B-，导通功率开关为T5、T4，换相时序为330°。
可选地，所述过零点获取模块与所述插入模块确定插入三三导通时序的具体过程如下：
确定插入三三导通的时序为：0°、60°、120°、180°、240°、300°；0°时，绕组通电相为A+、C+、B-，导通功率开关为T1、T5、T4；60°时，绕组通电相为A+、B-、C-，导通功率开关为T1、T4、T6；120°时，绕组通电相为A+、B+、C-，导通功率开关为T1、T3、T6；180°时，绕组通电相为B+、C-、A-，导通功率开关为T3、T6、T2；240°时，绕组通电相为B+、C+、A-，导通功率开关为T3、T5、T2，300°时，绕组通电相为C+、A-、B-，导通功率开关为T5、T2、T4。
如图2所示本发明提供了新增换相点后各个换相时序下A、B、C相的矢量关系图，分别对应换相角度为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°。二二导通时，假设流入中性点相电流为
Figure 368418DEST_PATH_IMAGE002
，那么流出中性点相电流也为
Figure 239422DEST_PATH_IMAGE002
，对应合成的矢量电流模长为
Figure 580405DEST_PATH_IMAGE012
；三三导通时，同样假设流入中性点相电流为
Figure 511452DEST_PATH_IMAGE002
，那么流出中性点相电流均为
Figure 203464DEST_PATH_IMAGE014
，合成后的矢量与流入中性点相电流重合，其实际模长为
Figure 612580DEST_PATH_IMAGE016
。由于这两个矢量的模长不同，换相时会出现不必要的问题，所以需要控制三三导通时的输入电流，经计算，需要将三三导通时的流入中性点相电流变为
Figure 932703DEST_PATH_IMAGE008
。最终，电压空间矢量的运动轨迹如图3所示。
实施例二
一种减小无刷直流电机方波运行噪声的控制方法，包括如下步骤：
步骤一、无刷直流电机运行时，获取霍尔传感器的过零点；
步骤二：根据霍尔传感器捕获的过零点，确定二二导通的换相时序；
步骤三：根据霍尔传感器捕获的过零点，确定插入三三导通的时序；
步骤四：根据步骤二中二二导通注入电流的大小，确定三三导通注入电流的大小；
步骤五：修正二二导通和三三导通下的注入电流；修正二二导通和三三导通下的注入电流后，再次判断两种导通方式下合成矢量模长是否相等，如果不相等，继续修正，直到两种导通方式下合成矢量模长相等，结束修正流程。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，包括无刷直流电机、BLDCM控制系统和霍尔位置传感器，其特征在于：还包括过零点获取模块、插入模块、二二导通计算模块、三三导通计算模块，所述过零点获取模块与霍尔位置传感器相连，用于获取霍尔传感器的过零点，所述插入模块与过零点获取模块相连，用于根据霍尔传感器捕获的过零点确定二二导通计算模块的换相时序和插入三三导通计算模块的时序，所述二二导通计算模块和三三导通计算模块分别与插入模块相连，用于计算注入电流的大小，所述二二导通计算模块和三三导通计算模块通过BLDCM控制系统与无刷直流电机相连，转换成PWM输出给BLDCM控制系统，控制无刷直流电机运行。
2.根据权利要求1所述的一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，其特征在于：所述二二导通计算模块与所述三三导通计算模块模块计算注入电流的计算原理为：假设二二导通计算模块时正相注入电流为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，计算得出合成矢量模长为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；同样假设三三导通计算模块时的流入中性点相电流为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，计算得出合成矢量模长为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；为使二二导通计算模块与三三导通计算模块时的合成矢量模长相等，将三三导通计算模块时的流入中性点相电流变为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；在调节电流相上施加调节后的PWM，调节后的PWM为原三三导通计算模块时的
Figure DEST_PATH_IMAGE010
倍。
3.根据权利要求2所述的一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，其特征在于：所述过零点获取模块与插入模块确定二二导通计算模块换相时序的具体过程如下：
当捕获到霍尔传感器A相上升沿过零点时，绕组通电相为A+、B-，导通功率开关为T1、T4，换相时序为30°；
当捕获到霍尔传感器C相下降沿过零点时，绕组通电相为A+、C-，导通功率开关为T1、T6，换相时序为90°；
当捕获到霍尔传感器B相上升沿过零点时，绕组通电相为B+、C-，导通功率开关为T3、T6，换相时序为150°；
当捕获到霍尔传感器A相下降沿过零点时，绕组通电相为B+、A-，导通功率开关为T3、T2，换相时序为210°；
当捕获到霍尔传感器C相上升沿过零点时，绕组通电相为C+、A-，导通功率开关为T5、T2，换相时序为270°；
当捕获到霍尔传感器B相下降沿过零点时，绕组通电相为C+、B-，导通功率开关为T5、T4，换相时序为330°。
4.根据权利要求3所述的一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，其特征在于：所述过零点获取模块与插入模块确定三三导通计算模块换相时序的具体过程如下：确定插入三三导通计算模块的时序为：0°、60°、120°、180°、240°、300°。
5.根据权利要求4所述的一种减小无刷直流电机方波运行转矩脉动的控制系统，其特征在于：
0°时，绕组通电相为A+、C+、B-，导通功率开关为T1、T5、T4；
60°时，绕组通电相为A+、B-、C-，导通功率开关为T1、T4、T6；
120°时，绕组通电相为A+、B+、C-，导通功率开关为T1、T3、T6；
180°时，绕组通电相为B+、C-、A-，导通功率开关为T3、T6、T2；
240°时，绕组通电相为B+、C+、A-，导通功率开关为T3、T5、T2，
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