一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法及控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法及控制系統(tǒng)。通過傅里葉分解獲得電機(jī)相反電勢(shì)諧波信息，分析存在換相點(diǎn)相位偏移時(shí)導(dǎo)通區(qū)開始與結(jié)束時(shí)電機(jī)端電壓差值與換相點(diǎn)偏移相位之間的解析關(guān)系，并根據(jù)反電勢(shì)諧波信息反推換相點(diǎn)偏移相位，進(jìn)而將實(shí)時(shí)計(jì)算的相位偏差疊加到原始信號(hào)中，得到高精度的換相信號(hào)。控制系統(tǒng)基于所設(shè)計(jì)的校正方法,采用閉環(huán)控制方式,有效減少了無位置傳感器電機(jī)的換相誤差，大大提高了誤差收斂速度與無位置傳感器電機(jī)的工作效率。
【專利說明】
-種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法及控 制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法及控制系統(tǒng)， 用于實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子精確換相。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、效率高、可控性好、調(diào)速性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)， 在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)采用位置傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)換相。 但是位置傳感器的安裝通常需要位置對(duì)準(zhǔn)，增加額外的引線，影響系統(tǒng)可靠性，同時(shí)軍品霍 爾元件磁性引腳會(huì)增加系統(tǒng)功耗。為了避免上述不利因素，將無位置傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 應(yīng)用于無刷直流電機(jī)。無位置傳感器換相控制通常采用相反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法，該方法技 術(shù)成熟，尤其在中高速下應(yīng)用簡(jiǎn)單可靠。然而，由于低通濾波、電樞反應(yīng)及器件延遲的原因， 相反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法不可避免地會(huì)產(chǎn)生位置檢測(cè)誤差，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，高速下 引發(fā)非導(dǎo)通相二極管續(xù)流，產(chǎn)生負(fù)的電磁力矩，降低電機(jī)效率。因此，必須研究基于無位置 傳感器技術(shù)的無刷直流電機(jī)高精度換相方法，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功耗，同時(shí)保證 電機(jī)在全速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無位置傳感器換相控制，提高可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:針對(duì)無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相存在誤差的 問題，基于電機(jī)端電壓差與換相點(diǎn)相位偏移之間的關(guān)系，提出一種無位置傳感器無刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該方法的控制系統(tǒng)，精確補(bǔ)償反電勢(shì)過零點(diǎn)法的 換相誤差，大大減少了誤差收斂時(shí)間，提高了換相精度。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正控制系 統(tǒng)，包括28V直流穩(wěn)壓電源（1)、Buck變換器(2)、Ξ相全橋電路(3)、陷波器(4)、無刷直流電 機(jī)(5)、反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)獲取電路(6)、相電壓獲取電路(7)、數(shù)字控制器(8)等。反電勢(shì)過 零點(diǎn)信號(hào)獲取電路(6)，包括RC低通濾波器，虛擬中性點(diǎn)電路，電壓比較器。Ξ相電壓經(jīng)過低 通濾波器后分別與虛擬中性點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，得到Ξ相反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)；相電壓獲取電 路(7)將某一相端電壓與虛擬中性點(diǎn)電壓進(jìn)行比較得到該相電壓。數(shù)字控制器(8)由FPGA+ DSP實(shí)現(xiàn)，其中FPGA部分包括PWM調(diào)制模塊、采樣脈沖生成模塊、A/D接口模塊、原始換相信號(hào) 延遲模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊等;DSP部分由PID調(diào)節(jié)器、相電壓差計(jì)算模塊、換相誤差計(jì)算與補(bǔ) 償模塊組成。采樣脈沖生成模塊，根據(jù)Ξ路原始換相信號(hào)，在某相導(dǎo)通前一時(shí)刻和導(dǎo)通結(jié)束 后一時(shí)刻分別產(chǎn)生采樣脈沖。原始換相信號(hào)延遲模塊將輸入的過零點(diǎn)信號(hào)延遲30電角度， 產(chǎn)生Ξ路原始換相信號(hào);A/D接口模塊將相電壓獲取電路輸出的相電壓信號(hào)根據(jù)AD時(shí)鐘頻 率不斷轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；相電壓差計(jì)算模塊計(jì)算相鄰兩次采樣時(shí)刻得到的相電壓數(shù)字量差 值;換相誤差計(jì)算與補(bǔ)償模塊利用取得的電壓差根據(jù)誤差計(jì)算方程計(jì)算出換相誤差，然后 由換相誤差算出補(bǔ)償時(shí)間疊加到Ξ路原始換相信號(hào)中，得到精確換相信號(hào)。
[0005] 本發(fā)明的原理是:無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法，根據(jù)無刷 直流電機(jī)的電壓方程，非導(dǎo)通相相電壓即為該相反電勢(shì)，通過檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)并延 遲30電角度可W產(chǎn)生Ξ路原始換相信號(hào)，根據(jù)反電勢(shì)諧波方程，換相信號(hào)有誤差時(shí)，某相反 電勢(shì)在該相導(dǎo)通開始和結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱現(xiàn)象，檢測(cè)該不對(duì)稱值即電壓差，根據(jù)誤差解 算方程即可算出換相誤差，換相時(shí)刻調(diào)節(jié)器根據(jù)換相誤差生成補(bǔ)償信號(hào)，疊加到Ξ路原始 換相信號(hào)中，即可得到Ξ路準(zhǔn)確的換相信號(hào)。
[0006] 所述根據(jù)誤差解算方程計(jì)算出換相誤差的實(shí)現(xiàn)步驟如下：第一步，誤差解算方程 為如下Ξ次方程：
[0011]其中Δν表示電壓差，α表示換相誤差，A2k-i表示相應(yīng)階次的諧波系數(shù)(可通過對(duì)反 電勢(shì)波形進(jìn)行離線快速傅里葉變換得到），理想情況下誤差解算方程應(yīng)由反電勢(shì)方程嚴(yán)格 地在導(dǎo)通前和導(dǎo)通結(jié)束后兩時(shí)刻的反電勢(shì)求差，但由于電機(jī)換相時(shí)，電機(jī)端電壓存在波動(dòng)， 為避免換相電壓脈動(dòng)的影響，對(duì)反電勢(shì)方程求差的兩個(gè)時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置最大相移Srad， 分別將導(dǎo)通開始前Srad，導(dǎo)通結(jié)束后Srad兩時(shí)刻的反電勢(shì)求差并忽略差值中影響較小的高 次項(xiàng)諧波，然后對(duì)其正弦項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)得到實(shí)際的誤差解算方程；
[0012] Srad由電機(jī)電感值、電機(jī)角速度與相電流初值推算得到，WB相為例，其他相類似， B相關(guān)斷后的電流為：
[0013]
[0014] 其4
ibo是初始電流,L是電機(jī)電感值，ω 為電機(jī)角速度，ib是Β相電流值，計(jì)算出Β相關(guān)斷后電流持續(xù)的時(shí)間，結(jié)合此時(shí)電機(jī)的角速度 即可得到持續(xù)的最大相移。
[0015] 第二步，將檢測(cè)到的電壓差代入方程，可W解算出準(zhǔn)確的換相誤差α。
[0016] 本發(fā)明的原理：
[0017] 理想情況下的誤差解算方程根據(jù)反電勢(shì)方程：
[001 引
[0019]其中，ex表示反電勢(shì)，下標(biāo)X分別代表A、B、CS相，2k-l代表反電勢(shì)諧波階數(shù)，m=-l， 〇，1用來表示Ξ相反電勢(shì)的相位差，A2k-i表示相應(yīng)階次的諧波系數(shù)，Θ是轉(zhuǎn)子位置，諧波系數(shù) 可W通過離線對(duì)反電勢(shì)波形進(jìn)行快速傅里葉變換得到。WB相導(dǎo)通為例進(jìn)行分析，其他相導(dǎo) 通時(shí)，分析類似。假定B相起始時(shí)刻轉(zhuǎn)子相位為I，將導(dǎo)通前一時(shí)刻和導(dǎo)通結(jié)束后一時(shí)刻(轉(zhuǎn) 子位置為^相位)的反電勢(shì)求差，得到： 6
[0020]
[0021] 其中，E代表反電勢(shì)，下標(biāo)B、E分別表示導(dǎo)通周期的起始和結(jié)束時(shí)刻，表示換相 誤差存在時(shí)的反電勢(shì)，α表示換相誤差，由于高次項(xiàng)諧波系數(shù)相比基波系數(shù)非常小，因此忽 略反電勢(shì)高次項(xiàng)諧波，得到：
[0022]
[0023] 對(duì)電壓方程中的正弦項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略高次項(xiàng)系數(shù)，得到一元Ξ次方程：
[0024]
[0025] 將反電勢(shì)系數(shù)及檢測(cè)到的電壓差代入方程，可W解算出準(zhǔn)確的換相誤差α。
[0026] 由于電機(jī)換相時(shí)，電機(jī)端電壓存在波動(dòng)，為避免換相電壓脈動(dòng)的影響，校正方法將 端電壓采樣點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)電機(jī)電感值、電機(jī)轉(zhuǎn)速與相電流值獲得電機(jī)換相過程中 轉(zhuǎn)子的最大相移虹ad，分別將導(dǎo)通開始采樣點(diǎn)提前Srad，導(dǎo)通結(jié)束采樣點(diǎn)延后Srad，進(jìn)一步 得到調(diào)整采樣點(diǎn)后的電壓差方程：
[0027]
[0028] 其中，α表示換相誤差，δ為最大相移，并忽略反電勢(shì)高次項(xiàng)諧波，得到：
[0029]
[0030] 將正弦項(xiàng)泰勒級(jí)數(shù)展開，忽略高次項(xiàng)系數(shù)，得到一元Ξ次方程：
[0035] 將反電勢(shì)系數(shù)、檢測(cè)到的電壓差及相位δ代入方程，可W解算出準(zhǔn)確的換相誤差α。
[0036] 得到換相誤差后，換相時(shí)刻調(diào)節(jié)器根據(jù)換相誤差生成補(bǔ)償信號(hào)，疊加到Ξ路原始 換相信號(hào)中，即可得到Ξ路準(zhǔn)確的換相信號(hào)。
[0037] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0038] (1)本發(fā)明針對(duì)無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正問題，在現(xiàn)有電壓 差Pi調(diào)節(jié)方法基礎(chǔ)上，通過電壓方程和反電勢(shì)方程推導(dǎo)計(jì)算出誤差解算方程，精確計(jì)算出 換相誤差，極大地減小了誤差收斂時(shí)間，提高了換相精度。
[0039] (2)與現(xiàn)有無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法相比，本發(fā)明相電 壓差獲取過程不影響AD轉(zhuǎn)換器件的工作頻率，不影響電機(jī)調(diào)速電流環(huán)的反饋和控制頻率。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的算法流程圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明的無刷直流電機(jī)誤差校正驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)；
[0042] 圖3為本發(fā)明的不同換相誤差狀態(tài)下的相電壓波形與采樣脈沖示意圖；
[0043] 圖4為本發(fā)明的采樣脈沖生成原理示意圖；
[0044] 圖5為本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)方法實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖，a為8(Κ)巧m下采用傳統(tǒng)的 PI誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)超前換相誤差的收斂時(shí)間，b為80化pm下采用本發(fā)明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)超 前換相誤差的收斂時(shí)間，C為80化pm下采用本發(fā)明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)滯后換相誤差的收斂時(shí) 間，d為80化pm下采用本發(fā)明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)滯后換相誤差的收斂時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 如圖1所示，本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)如下：
[0046] 第一步，系統(tǒng)根據(jù)非導(dǎo)通相的反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)測(cè)速信息將相 反電勢(shì)過零點(diǎn)延遲30電角度產(chǎn)生實(shí)際換相信號(hào)。
[0047] 第二步，根據(jù)誤差計(jì)算方法，控制器采集電壓差并由誤差解算方程計(jì)算出換相誤 差D
[004引第Ξ步，控制器根據(jù)換相誤差將適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償值疊加到換相信號(hào)中，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī) 運(yùn)行。
[0049] 第四步，控制系統(tǒng)重復(fù)第一步至第Ξ步，實(shí)現(xiàn)換相誤差的閉環(huán)校正并驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn) 行。
[0050] 如圖2所示，基于本發(fā)明提出的換相誤差校正方法，設(shè)計(jì)出無位置傳感器無刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正控制系統(tǒng)，包括28v直流穩(wěn)壓電源l、Buck變換器2、Ξ相全橋電路3、 陷波器4、無刷直流電機(jī)5、反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)獲取電路6、相電壓獲取電路7、數(shù)字控制器8 等。
[0051] 為了降低無位置傳感器無刷直流電機(jī)定子的鐵耗，本系統(tǒng)所用無刷直流電機(jī)5為 無鐵忍定子電機(jī)，其繞組電感值極小，如果采用傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行PWM調(diào)制，調(diào)制脈動(dòng)較 為嚴(yán)重。為了減小電流脈動(dòng)，本系統(tǒng)采用基于Buck變換器2的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，Buck 變換器2通過PWM信號(hào)調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速，Ξ相全橋電路3只根據(jù)換相信號(hào)控制換相。
[0052] 誤差校正控制系統(tǒng)將非導(dǎo)通相反電勢(shì)，即非導(dǎo)通相相電壓作為誤差校正的基準(zhǔn)， 然而非導(dǎo)通相相電壓容易引入開關(guān)噪聲干擾。為了消除開關(guān)頻率的諧波，在Ξ相全橋電路3 和無刷直流電機(jī)5之間增加了無相位延遲、高阻抗的并聯(lián)IX陷波器4。陷波器4的電感和電容 值根據(jù)公式
巧行調(diào)整，其中f。表示陷波器工作頻率即開關(guān)噪聲頻率20KHZ， Lt和Ct分別表不陷波器中的電感和電容值。
[0053] 無刷直流電機(jī)5的Ξ相端電壓輸入到反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)獲取電路6中，反電勢(shì)過零 點(diǎn)信號(hào)獲取電路則尋Ξ相信號(hào)分別經(jīng)過RC低通濾波器處理后與電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的虛擬中性點(diǎn) 信號(hào)用電壓比較電路進(jìn)行比較，比較電路輸出信號(hào)在端電壓與中性點(diǎn)的差值信號(hào)過零時(shí)會(huì) 產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，由此得到Ξ路原始的換相信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過整形電路送入數(shù)字控制器中，在控 制器控制下產(chǎn)生換相信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機(jī)換相運(yùn)行。反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào) 獲取電路6包括RC低通濾波電路，運(yùn)放比較電路，虛擬中性點(diǎn)電路，整形濾波電路。
[0054] 將無刷直流電機(jī)某一路端電壓輸入到相電壓獲取電路7中，在相電壓獲取電路7內(nèi) 端電壓與虛擬中性點(diǎn)分別經(jīng)過電阻分壓放大后做差分放大運(yùn)算，得到該相相電壓信號(hào)，差 分運(yùn)算后的相電壓信號(hào)輸入到AD轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制器根據(jù)采樣脈沖信號(hào)對(duì)相 電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀取。相電壓獲取電路7包括:虛擬中性點(diǎn)電路，電阻分壓電路，差分運(yùn)放 電路，AD轉(zhuǎn)換電路。
[0055] 數(shù)字控制器8由FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)，其中FPGA包括PWM調(diào)制模塊、采樣脈沖生成模塊、A/ D接口模塊、原始換相信號(hào)延遲模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊等;DSP由PID調(diào)節(jié)器、相電壓差計(jì)算模 塊、換相誤差計(jì)算與補(bǔ)償模塊組成。數(shù)字控制器8中的相電壓差計(jì)算模塊根據(jù)Ξ相換相信號(hào) 的狀態(tài)確定相電壓兩次采樣時(shí)刻的電壓差，得到由換相存在誤差導(dǎo)致的電壓不對(duì)稱差值， 誤差輸入到換相誤差解算模塊中，經(jīng)過誤差解算方程輸出準(zhǔn)確的換相誤差，補(bǔ)償模塊根據(jù) 換相誤差生成補(bǔ)償信號(hào)，疊加到Ξ路原始換相信號(hào)中，即可得到Ξ路準(zhǔn)確的換相信號(hào)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)換相誤差的補(bǔ)償。
[0056] 如圖3所示，電機(jī)準(zhǔn)確換相時(shí)，相反電勢(shì)信號(hào)為對(duì)稱的梯形波。當(dāng)換相存在誤差時(shí)， 相反電勢(shì)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯的崎變，波形不再對(duì)稱:滯后換相時(shí)，導(dǎo)通前比導(dǎo)通結(jié)束時(shí)反電勢(shì) 電壓明顯偏大;超前換相時(shí)，導(dǎo)通前比導(dǎo)通結(jié)束時(shí)反電勢(shì)電壓明顯偏小。本發(fā)明正是利用此 偏差計(jì)算換相誤差，故需要采樣兩時(shí)刻的反電勢(shì)電壓值。根據(jù)本發(fā)明提出的誤差解算方法， 需要同相相電壓在導(dǎo)通前和導(dǎo)通結(jié)束時(shí)刻(此時(shí)反電勢(shì)即為該相電壓）的電壓差作為反饋 信息，采樣脈沖用來標(biāo)記運(yùn)兩個(gè)時(shí)刻并觸發(fā)控制器中斷來讀取兩時(shí)刻各自的相電壓值，控 制器的差值計(jì)算模塊根據(jù)Ξ路換相信號(hào)的組合狀態(tài)及兩時(shí)刻的電壓計(jì)算出相電壓差。根據(jù) 圖4可W看出，導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻由Ξ路換相信號(hào)產(chǎn)生，因此采樣脈沖也應(yīng)根據(jù)Ξ路換相 信號(hào)產(chǎn)生。
[0057] 反電勢(shì)系數(shù)的估計(jì)，本發(fā)明提出的誤差解算方法需要精確的反電勢(shì)系數(shù)參數(shù)，因 此對(duì)反電勢(shì)系數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)非常重要。電機(jī)的反電勢(shì)呈周期性變化，其周期性規(guī)律與轉(zhuǎn)子 位置及轉(zhuǎn)速相關(guān)。本發(fā)明采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的方法對(duì)反電勢(shì)系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，首先離線 獲得電機(jī)在特定轉(zhuǎn)速下的反電勢(shì)波形，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合的方法來擬合反電勢(shì)諧波信息， 得到反電勢(shì)波形函數(shù)，然后將其單位化，得到跟轉(zhuǎn)速無關(guān)的系數(shù)K，當(dāng)控制系統(tǒng)測(cè)得轉(zhuǎn)速ω 后，反電勢(shì)系數(shù)Α=Κω。
[005引 Ξ路原始換相信號(hào)需要經(jīng)過30電角度延遲后才能作為換相信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，而 此角度在數(shù)字控制器8中的延遲時(shí)間與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，因此準(zhǔn)確、快速的速度檢測(cè)非常關(guān) 鍵。另外，電機(jī)調(diào)速也要求測(cè)速精確快速?？紤]簡(jiǎn)單可靠和低成本等因素，本系統(tǒng)直接采用 電機(jī)自身Ξ路原始反電勢(shì)過零信號(hào)進(jìn)行速度測(cè)量，不增加其他的速度檢測(cè)元件。傳統(tǒng)測(cè)速 方法通常采用一路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，但是存在單路信號(hào)分辨率較低，反饋周期較長的缺點(diǎn)，不 適應(yīng)快速性的要求。另外由于電機(jī)磁極不可避免的存在安裝偏差，過零信號(hào)并非是嚴(yán)格的 50%占空比，相鄰兩個(gè)脈沖的寬度不一致，會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。為了克服上述問題，本 發(fā)明采用了利用Ξ路換相信號(hào)，通過邏輯處理，產(chǎn)生6倍于一路換相信號(hào)頻率的倍頻信號(hào)， 然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)為了避免安裝偏差帶來的誤差，采用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周計(jì)時(shí)的方式，根 據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周所應(yīng)出現(xiàn)的脈沖數(shù)，將一周之內(nèi)所有的脈沖時(shí)間間隔 相加計(jì)算轉(zhuǎn)速。
[0059]控制系統(tǒng)的換相誤差校正效果如圖5所示，采用本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)ΡΙ調(diào)節(jié)方法 相比，誤差收斂速度有明顯的提高。a圖為80化pm下采用傳統(tǒng)的ΡΙ誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)超前換相 誤差的收斂時(shí)間，b圖為8(Κ)巧m下采用本發(fā)明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)超前換相誤差的收斂時(shí)間，可 W看出本發(fā)明方法比傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)方法的誤差收斂時(shí)間明顯減少;C圖為8(K)rpm下采用本發(fā) 明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí)滯后換相誤差的收斂時(shí)間，d圖為80化pm下采用本發(fā)明誤差調(diào)節(jié)方式時(shí) 滯后換相誤差的收斂時(shí)間，可W看出本發(fā)明方法比傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)方法的誤差收斂時(shí)間明顯減 少。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法，其特征在于:根據(jù)無刷直 流電機(jī)的電壓方程，非導(dǎo)通相相電壓即為該相反電勢(shì)，通過檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)并延遲 30電角度產(chǎn)生三路原始換相信號(hào)，根據(jù)反電勢(shì)諧波方程，換相信號(hào)有誤差時(shí)，相反電勢(shì)在該 相導(dǎo)通開始和結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱，檢測(cè)該不對(duì)稱值即電壓差，根據(jù)誤差解算方程即可計(jì) 算出換相誤差，調(diào)節(jié)器根據(jù)換相誤差生成補(bǔ)償信號(hào)，疊加到三路原始換相信號(hào)中，即可得到 三路精確的換相信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法，其特征 在于:所述根據(jù)誤差解算方程計(jì)算出換相誤差的實(shí)現(xiàn)步驟如下:第一步，誤差解算方程為如 下三次方程： a · a3+c · a+d = 0d = -V(a) 其中AV表示電壓差，a表示換相誤差，Α21^表示相應(yīng)階次的諧波系數(shù)，為避免換相電壓 脈動(dòng)的影響，對(duì)反電勢(shì)方程求差的兩個(gè)時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置最大相移Srad，分別將導(dǎo)通開始 前Srad，導(dǎo)通結(jié)束后Srad兩時(shí)刻的反電勢(shì)求差并忽略差值中影響較小的高次項(xiàng)諧波，然后 對(duì)反電勢(shì)差值基波及低次諧波正弦項(xiàng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)得到實(shí)際的誤差解算 方程； 第二步，將檢測(cè)到的電壓差代入方程，可以解算出準(zhǔn)確的換相誤差α。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正方法，其特征 在于:所述最大相移Srad由電機(jī)電感值、電機(jī)轉(zhuǎn)速與相電流初值推算得到具體為:對(duì)于Β相， B相關(guān)斷后的電流為：h，ib〇是初始電流，L是電機(jī)電感值，ω為電 機(jī)角速度，ib是Β相電流值，根據(jù)電流公式計(jì)算出Β相關(guān)斷后電流持續(xù)的時(shí)間，結(jié)合此時(shí)電機(jī) 的角速度即得到電流持續(xù)的最大相移;A相和C相計(jì)算過程相同。4. 一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子換相誤差校正控制系統(tǒng)，其特征在于:包括28V 直流穩(wěn)壓電源（l)、Buck變換器(2)、三相全橋電路(3)、陷波器(4)、無刷直流電機(jī)(5)、反電 勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)獲取電路(6)、相電壓獲取電路(7)、數(shù)字控制器(8);按照權(quán)利要求1所述的根 據(jù)誤差解算方程計(jì)算出換相誤差的方法，電壓差由數(shù)字控制器(8)在需要求差的兩時(shí)刻分 別讀取相電壓獲取電路(7)轉(zhuǎn)換來的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)，并根據(jù)反電勢(shì)過零點(diǎn)信號(hào)獲取電路(6) 提取到的三路換相信號(hào)的組合狀態(tài)計(jì)算得到;數(shù)字控制器(8)根據(jù)其內(nèi)程序化的誤差解算 方程由電壓差計(jì)算出換相誤差并進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié);系統(tǒng)采用繞組電感值極小的無鐵芯定子無 刷直流電機(jī)(5)來降低定子鐵耗，針對(duì)此類電機(jī)pwm調(diào)制脈動(dòng)大的特點(diǎn)，采用基于Buck變換 器（2)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制，Buck變換器（2)通過P麗信號(hào)直接調(diào)節(jié)28V直流穩(wěn)壓電源 (1)提供的直流側(cè)電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，三相全橋電路(3)只根據(jù)換相信號(hào)控制換相;為了消除 開關(guān)頻率的諧波干擾，在三相全橋電路(3)和無刷直流電機(jī)(5)之間增加了無相位延遲、高 阻抗的并聯(lián)LC陷波器(4)。
【文檔編號(hào)】H02P6/182GK106059409SQ201610364726
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】周新秀, 陳曦, 方敏
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)