CN114244197A

CN114244197A - 无刷直流电机双模控制低噪运行控制方法及系统

Info

Publication number: CN114244197A
Application number: CN202111372341.8A
Authority: CN
Inventors: 张志良; 魏海峰; 陈椒娇
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2022-03-25

Abstract

本发明公开了无刷直流电机双模控制低噪运行控制方法及系统，具体方法为：步骤1、制定速度预设值；步骤2、根据无刷直流电机实际运行速度判断控制模式，即，A、当无刷直流电机起动或者处于低于速度预设值时，采用二二导通和三三导通混合的方波控制模式；B、当无刷直流电机的实际运行速度大于速度预设值时，采用基于霍尔的矢量控制模式。通过本发明可实现无刷直流电机进行方波控制模式与矢量控制模式的切换，在有效保证无刷直流电机的正常运行下，能够有效降低无刷直流电机的运行噪音。

Description

无刷直流电机双模控制低噪运行控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制技术领域。具体的说是无刷直流电机双模控制低噪运行控制方法及系统。

背景技术

无刷直流电机是由电动机主体和驱动器组成的一种同步电机，也是一种典型的机电一体化产品。无刷直流电机具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构，可以低速大功率运行。它不仅体积小、重量轻，而且稳定性好、效率高，应用十分广泛。然而传统的无刷直流电机在电动滑板车上进行应用时，常运用基于霍尔传感器的矢量控制，这导致电动滑板车斜坡起动时相对于方波起动更加无力；但是方波起动时以二二导通方式进行换相控制，这也就导致无刷直流电机运行时极易产生较大的噪声。

现有技术公开有底噪运行的控制方法，但是通常只采用一种模式，如：CN107070317A公开了一种基于二三混合导通的无刷直流电机PWM调制方法，其采用了二三混合导通的模式，引入PWM调制策略可以减小无刷直流电机的转矩脉动丰富电机调速控制方式、使无刷直流电机更好的发挥效力，但是无法即保证底噪运行，又保证起动有力。

发明内容

本发明提供了一种无刷直流电机双模控制低噪运行的控制方法及系统，不仅能够保证底噪运行，还能保证起动有力。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明是无刷直流电机双模控制低噪运行控制方法，具体方法为：

步骤1、制定速度预设值；

步骤2、根据无刷直流电机实际运行速度判断控制模式，即，

A、当无刷直流电机起动或者处于低于速度预设值时，采用二二导通和三三导通混合的方波控制模式；

B、当无刷直流电机的实际运行速度大于等于速度预设值时，采用基于霍尔的矢量控制模式。

本发明的进一步改进在于：方波控制模式的具体步骤为：

步骤A1：检测霍尔传感器信号过零点；

步骤A2：根据霍尔传感器信号过零点确定二二导通换相时序；

步骤A3：根据霍尔传感器信号过零点确定插入三三导通的时序；

步骤A4：根据二二导通正相注入电流的大小，确定三三导通注入电流的大小。

本发明的进一步改进在于：步骤A1检测得到的霍尔传感器信号过零点的具体时序为：0°、60°、120°、180°、240°、300°。

本发明的进一步改进在于：步骤A2的具体操作为：当检测到A相霍尔传感器上升沿过零点时，绕组通电相为A+、B-，导通无刷直流电机的A相上桥功率开关和B相下桥功率开关，换相时序为30°；

当检测到C相霍尔传感器下降沿过零点时，绕组通电相为A+、C-，导通无刷直流电机的A相上桥功率开关和C相下桥功率开关，换相时序为90°；

当检测到B相霍尔传感器上升沿过零点时，绕组通电相为B+、C-，导通无刷直流电机的B相上桥功率开关和C相下桥功率开关，换相时序为150°；

当检测到A相霍尔传感器下降沿过零点时，绕组通电相为B+、A-，导通无刷直流电机的B相上桥功率开关和A相下桥功率开关，换相时序为210°；

当检测到C相霍尔传感器上升沿过零点时，绕组通电相为C+、A-，导通无刷直流电机的C相上桥功率开关和A相下桥功率开关，换相时序为270°；

当检测到B相霍尔传感器下降沿过零点时，绕组通电相为C+、B-，导通无刷直流电机的C相上桥功率开关和B相下桥功率开关，换相时序为330°。

本发明的进一步改进在于：步骤A3中三三导通的时序为0°、60°、120°、 180°、240°、300°。

本发明的进一步改进在于：步骤A3中插入三三导通时序的具体操作为：确定0°时，绕组通电相为A+、C+、B-，导通无刷直流电机A相和C相上桥功率开关，B相下桥功率开关；

确定60°时，绕组通电相为A+、B-、C-，导通无刷直流电机A相上桥功率开关， B相和C相下桥功率开关；

确定120°时，绕组通电相为A+、B+、C-，导通无刷直流电机A相和B相上桥功率开关，C相下桥功率开关；

确定180°时，绕组通电相为B+、C-、A-，导通无刷直流电机B相上桥功率开关， C相和A相下桥功率开关；

确定240°时绕组通电相为B+、C+、A-，导通无刷直流电机B相和C相上桥功率开关，A相下桥功率开关；

确定300°时，绕组通电相为C+、A-、B-，导通无刷直流电机C相上桥功率开关， A相和B相下桥功率开关。

本发明的进一步改进在于：步骤A4中若二二导通正相注入电流为I，当新增三三导通时序为60°、180°、300°时，为保证其合成矢量模长与三三导通合成矢量模长相等，需将三三导通时的流入中性点相电流变为

那么二二导通和三三导通合成矢量模长就均为

同时，由于三三导通时流入中性点相电流的改变，需要在此相上施加调节后的PWM，调节后的PWM为原二二导通时的

倍；当新增三三导通时序为0°、120°、240°时，为保证其合成矢量模长与三三导通合成矢量模长相等，需将三三导通时的流入中性点相电流变为

那么二二导通和三三导通合成矢量模长就均为

倍。

本发明的进一步改进在于：速度预设值为无刷直流电机额定转速的5％。

本发明是无刷直流电机双模控制低噪运行控制系统，包括霍尔传感器和 BLDCM控制系统，速度检测模块与霍尔传感器相连，用于检测无刷直流电机的转速；

模式识别模块与速度检测模块相连，用于根据霍尔传感器检测到的电机转速确定进入方波控制模块或者矢量控制模块；

方波控制模块和矢量控制模块分别与速度回差模块相连，用于防止电机转速在速度预设值附近跳动时影响电机的实际运行；

BLDCM控制系统根据方波控制模块或矢量控制模块发送的信号，控制无刷直流电机运行。

本发明的有益效果是：1、本发明在无刷直流电机起动或者处于低于速度预设值时，采用二二导通和三三导通混合的方波控制模式，实现了无刷直流电机方波的低噪运行。

2、双模切换控制实现了大扭矩起动，起动有力。

3、设定速度回查，避免了两个模式在以速度预设值作为临界时反复互切的情况。

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为本发明具体实施的无刷直流电机双模控制低噪运行控制流程图；

图2为本发明具体实施的无刷直流电机双模控制低噪运行各个换相时序下A， B，C相的矢量关系图；

图3为本发明具体实施的无刷直流电机双模控制低噪运行的电路示意图。

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。

步骤1、制定速度预设值，以划分低速段和高速段，速度预设值为无刷直流电机额定转速的5％；

步骤2、根据无刷直流电机实际运行速度判断控制模式，即，

A、当无刷直流电机起动、一直处于低于速度预设值、或从实际运行速度大于预设值下降到预设速度值，且继续下降1％时，采用二二导通和三三导通混合的方波控制模式；

B、当无刷直流电机的实际运行速度大于等于速度预设值时或在减速过程中运行速度低于预设值且持续减速未达到1％时，采用基于霍尔的矢量控制模式，

其中，方波控控制模式具体为：

步骤A1：检测霍尔传感器信号过零点，其时序为：0°、60°、120°、180°、 240°、300°。

具体操作为：当检测到A相霍尔传感器上升沿过零点时，绕组通电相为A+、B-，导通无刷直流电机的A相上桥功率开关和B相下桥功率开关，换相时序为30°；

步骤A3：根据霍尔传感器信号过零点确定插入三三导通的时序为0°、60°、 120°、180°、240°、300°；具体操作如下：

确定插入三三导通的时序为0°时，绕组通电相为A+、C+、B-，导通无刷直流电机A相和C相上桥功率开关，B相下桥功率开关；

确定插入三三导通的时序为60°时，绕组通电相为A+、B-、C-，导通无刷直流电机A相上桥功率开关，B相和C相下桥功率开关；

确定插入三三导通的时序为120°时，绕组通电相为A+、B+、C-，导通无刷直流电机A相和B相上桥功率开关，C相下桥功率开关；

确定插入三三导通的时序为180°时，绕组通电相为B+、C-、A-，导通无刷直流电机B相上桥功率开关，C相和A相下桥功率开关；

确定插入三三导通的时序为240°时绕组通电相为B+、C+、A-，导通无刷直流电机B相和C相上桥功率开关，A相下桥功率开关；

确定插入三三导通的时序为300°时，绕组通电相为C+、A-、B-，导通无刷直流电机C相上桥功率开关，A相和B相下桥功率开关；

步骤A4：根据二二导通正相注入电流的大小，确定三三导通注入电流的大；即，当新增三三导通时序为60°、180°、300°时，假设二二导通时正相注入电流为I，计算得出合成矢量模长为

同样假设三三导通时的流入中性点相电流为I，计算得出合成矢量模长为

为使二二导通与三三导通时的合成矢量模长相等，将三三导通时的流入中性点相电流变为

在调节电流相上施加调节后的PWM，调节后的PWM为原二二导通时的

倍；

当新增三三导通时序为0°、120°、240°时，假设二二导通时正相注入电流为I，计算得出合成矢量模长为

同样假设三三导通时的流入中性点相电流为I，计算得出合成矢量模长为3I；为使二二导通与三三导通时的合成矢量模长相等，将三三导通时的流入中性点相电流变为

在调节电流相上施加调节后的 PWM，调节后的PWM为原二二导通时的

倍。

本发明以无刷直流电机额定转速的5％为速度预设值，高于5％以矢量运行，低于5％以方波控制运行，此外，需要考虑速度回差问题，当实际运行过程中，速度降到预设速度值时，不直接切入方波运行，继续以矢量运行，当速度继续下降1％时，再切入到方波运行。实现了双模控制，且能够避免两个模式在以速度预设值作为临界时反复互切的情况。

本发明的一种无刷直流电机双模控制低噪运行控制系统，包括霍尔传感器和BLDCM控制系统，速度检测模块与霍尔传感器相连，用于检测无刷直流电机的转速；

模式识别模块与速度检测模块相连，用于根据霍尔传感器检测到的电机转速确定进入方波控制模块或者矢量控制模块；通过将检测到的转速与预设值相比较，其中可设置预设值为无刷直流电机额定转速的5％。在转速高于预设值时进入矢量控制模块，在当无刷直流电机起动或者处于低于速度预设值时进入方波控制模块；方波控制模块和矢量控制模块分别与速度回差模块相连，用于防止电机转速在速度预设值附近跳动时影响电机的实际运行；其中，无刷直流电机在实际运行过程中速度从大于预设值降到预设值时，通过速度回差模块使其继续以矢量运行模式运行，当速度继续下降1％时，再切入到方波运行；

BLDCM控制系统根据方波控制模块或矢量控制模块发送的信号，控制无刷直流电机运行。通过本发明的无刷直流电机双模控制低噪运行控制系统可以对无刷直流电机的两种运行模式，即，方波控制模式和矢量控制模式进行切换，且不会以速度预设值为临界出现反复切换的情况。

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。