CN205092803U - 一种无刷直流电机无位置传感器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，包括复合电源、主电路及无刷直流电机，所述复合电源、主电路与无刷直流电机依次相连，其技术要点是：还包括DSP控制器，主电路通过采样电路连接DSP控制器，DSP控制器分别通过驱动电路和保护电路连接主电路，DSP控制器连接接口电路和功能按键，采样电路包括端电压检测电路和相电流检测电路。本实用新型可通过采样电路采集相电压反电势信号和相电流信号作为电机转子位置的反馈信号传送给DSP控制器，经DSP控制器处理后输出PWM控制信号来调控无刷直流电机的转速和转矩。

Description

一种无刷直流电机无位置传感器控制系统

技术领域：

本实用新型涉及无刷直流电机控制领域，具体涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制系统。

背景技术：

传统的无刷直流电机控制系统为获得准确的转子位置信号，一般采用霍尔磁敏式、电磁式或光电式等位置传感器进行检测。但是，用位置传感器不但增大了电机的体积和成本，而且维修困难；同时不能适应高温、高湿等恶劣的工作环境，在某些工业应用场合甚至不允许使用；又由于传感器连线较多，容易受到外界信号的干扰，降低了电机运行的可靠性。同时传统的无刷直流电机控制方法以梯形方式驱动定子，会导致输出转矩出现振荡，控制精度较低。

发明内容：

本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其可通过采样电路采集相电压反电势信号和相电流信号作为电机转子位置的反馈信号传送给DSP控制器，经DSP控制器处理后输出PWM控制信号来调控无刷直流电机的转速和转矩。

本实用新型的无刷直流电机无位置传感器控制系统，包括复合电源、主电路及无刷直流电机，所述复合电源、主电路与无刷直流电机依次相连，为实现上述目的所采用的技术方案在于：还包括DSP控制器，所述主电路通过采样电路连接DSP控制器，DSP控制器分别通过驱动电路和保护电路连接主电路，DSP控制器连接接口电路和功能按键，所述采样电路包括端电压检测电路和相电流检测电路，所述端电压检测电路包括依次连接的电阻分压采样电路、第一RC滤波电路和由第一运算放大器构成的减法电路；所述相电流检测电路包括依次连接的采样电阻、第二RC滤波电路、偏置电路及运算放大电路，采样电阻与主电路中的三相桥式逆变电路的任意两对桥壁串联。

作为本实用新型的进一步改进，主电路通过升频升压电路连接无刷直流电机，避免因电机刚启动运转时反电势幅值较小而使过零点的检测不够准确地用来进行换相。

作为本实用新型的进一步改进，所述升频升压电路包括依次连接的压控振荡器、分频器和环形分配器，压控振荡器通过第一RC滤波电路连接端电压检测电路，通过此电路将端电压检测电路检测到的信号转换为换相逻辑信号与端电压检测电路检测到的信号通过DSP控制器处理后输出的PWM驱动信号一同控制驱动主电路中逆变器各功率单元的导通关断顺序与时长，使得逆变器输出电压发生变化，从而实现以升频升压同步启动的方式来驱动无刷直流电机的运行。

作为本实用新型的进一步改进，所述复合电源由超级电容器和锂电池组成，超级电容器可对制动能量进行高效回收，避免锂电池出现过度充放电的情况，使锂电池充放电更为平稳。

作为本实用新型的进一步改进，所述主电路由双向DC-DC变换器和逆变器组成，可提高电机转速及驱动性能。

作为本实用新型的进一步改进，所述DSP控制器连接显示设备，通过显示设备显示出检测数据及输出数据。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采样电路采集相电压反电势信号和相电流信号作为电机转子位置的反馈信号传送给DSP控制器，由DSP控制器经过处理后确定电机转子的位置，DSP控制器将转子位置信号与给定转速信号比较后输出PWM控制信号来调控无刷直流电机的转速和转矩，从而提高无刷直流电机的动态性能，同时减少电机的转矩脉动。此外，因为电机刚启动运转时反电势幅值较小，其过零点的检测还不足以准确地用来进行换相，本实用新型采用升频升压同步启动的方式来驱动无刷直流电机启动。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为功率输出采样电路；

图3为升频升压控制原理图。

具体实施方式：

参照图1，该无刷直流电机无位置传感器控制系统，包括由超级电容器和锂电池组成的复合电源1、由双向DC-DC变换器和逆变器组成的主电路2、无刷直流电机3及DSP控制器5，所述复合电源1、主电路2与无刷直流电机3依次相连，所述主电路2通过采样电路4连接DSP控制器5，DSP控制器5分别通过驱动电路9和保护电路8连接主电路2，DSP控制器5连接接口电路6和功能按键10，主电路2通过升频升压电路28连接无刷直流电机3，参照图2，所述采样电路4包括端电压检测电路11和相电流检测电路16，所述端电压检测电路11包括依次连接的电阻分压采样电路12、第一RC滤波电路13和由第一运算放大器14构成的减法电路15；所述相电流检测电路16包括依次连接的采样电阻18、第二RC滤波电路19、偏置电路20及运算放大电路21，采样电阻18与主电路2中的三相桥式逆变电路17的任意两对桥壁串联。

端电压经过电阻分压采样电路12与第一RC滤波电路13低通滤波后，再经过减法电路15后获得关断相的反电势信号；所述相电流检测电路16包括依次连接的采样电阻18、第二RC滤波电路19、偏置电路20及运算放大电路21，采样电阻4与主电路2中的三相桥式逆变电路17的任意两对桥壁串联，通过采样电阻18将电机的相电流转换成电压信号经过第二RC滤波电路19低通滤波、偏置电路20电压预置之后经过运算放大电路21运放放大得到相电流信号，将反电势信号与相电流信号输出给DSP控制器5内部12位ADC，作为输入信号送入FOC算法控制过程中。

所述DSP控制器5采用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为主控芯片，外部控制指令由功能按键10经信号调理发送给DSP控制器5，主电路2通过采样电路4输出的相电流反馈的信号经过信号调理发送给DSP控制器5，经过Clark与Park变换计算输出电流反馈值；主电路2通过采样电路4输出的相电压反电势检测信号经过调理利用线反电势法计算出转子位置信号，作为FOC算法的输入，与DSP控制器的给定转速信号比较，经过模糊PI调节器输出电流给定值，再与电流反馈值进行比较，经模糊PI调节器进入Clark与Park逆变换计算后输出可变的PWM控制信号。本实用新型通过检测无刷直流电机3的相电流与相电压控制无刷直流电机3的转速转矩，从而提高无刷直流电动机3的动态性能以及减少转矩脉动。

参照图3，所述升频升压电路28包括依次连接的压控振荡器22、分频器23和环形分配器24，压控振荡器22通过第一RC滤波电路13连接端电压检测电路11，在电路通电后，端电压检测电路11得到相反电势e，经过第一RC滤波电路13的电容上的电压加到压控振荡器22经分频器23分频后作为时钟信号输入到环形分配器24上，然后转换为换相逻辑信号，同时，该电压通过A/D转换模块25进行模数转换将信号送至DSP控制器5内部的EV事件管理器26产生变化的PWM驱动信号，该电压与参考电压经过比较电路27后输出模式控制信号，通过得到的换相逻辑信号与PWM驱动信号控制驱动主电路2中逆变器各功率单元的导通关断顺序与时长，使得逆变器输出电压发生变化。

Claims (6)

1.一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，包括复合电源(1)、主电路(2)及无刷直流电机(3)，所述复合电源(1)、主电路(2)与无刷直流电机(3)依次相连，其特征在于：还包括DSP控制器(5)，所述主电路(2)通过采样电路(4)连接DSP控制器(5)，DSP控制器(5)分别通过驱动电路(9)和保护电路(8)连接主电路(2)，DSP控制器(5)连接接口电路(6)和功能按键(10)，所述采样电路(4)包括端电压检测电路(11)和相电流检测电路(16)，所述端电压检测电路(11)包括依次连接的电阻分压采样电路(12)、第一RC滤波电路(13)和由第一运算放大器(14)构成的减法电路(15)；所述相电流检测电路(16)包括依次连接的采样电阻(18)、第二RC滤波电路(19)、偏置电路(20)及运算放大电路(21)，采样电阻(18)与主电路(2)中的三相桥式逆变电路(17)的任意两对桥壁串联。

2.如权利要求1所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其特征在于：主电路(2)通过升频升压电路(28)连接无刷直流电机(3)。

3.如权利要求2所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其特征在于：所述升频升压电路(28)包括依次连接的压控振荡器(22)、分频器(23)和环形分配器(24)，压控振荡器(22)通过第一RC滤波电路(13)连接端电压检测电路(11)。

4.如权利要求1所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其特征在于：所述复合电源(1)由超级电容器和锂电池组成。

5.如权利要求1所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其特征在于：所述主电路(2)由双向DC-DC变换器和逆变器组成。

6.如权利要求1所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制系统，其特征在于：所述DSP控制器(5)连接显示设备(7)。