[发明专利]基于四开关逆变桥的电机单电流传感器控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术以及电力电子技术领域。

背景技术

永磁无刷直流电机具有速度可调、功率密度高、控制方便、运行可靠等显著优点，在伺服控制、电动车辆、机器人技术及家用电器等领域得到了越来越广泛的应用。随着永磁无刷直流电机的大规模应用，对其控制系统成本的要求越来越高。基于成本的考虑，四开关三相逆变桥用两个电容代替了六开关逆变桥的一组桥臂，节省了两个功率管。基于四开关逆变桥的三相永磁无刷直流电机示意图如图1所示。为避开四开关逆变桥造成的非对称电压矢量问题，基于四开关三相逆变桥的永磁无刷直流电机驱动系统采用滞环直接电流控制策略，通过单独检测和分别控制a相和b相的电流，，实现了非工作相反电动势效应的补偿，抑制了工作相相电流的畸变。上述控制策略需用两个价值不菲的电流传感器分别检测a相和b相电流，一定程度上增加了系统的成本。

发明内容

本发明的提出主要是为了在维持永磁无刷直流电机高性能的同时降低系统成本。为了实现上述目的，本发明提出一种基于四开关逆变桥的永磁无刷直流电机单电流传感器控制方法。并提供一种实现该控制方法的控制装置。该控制器和控制方法具有结构简单，易于实现，在节省成本的同时保持了良好的动、静态性能。

本发明采用如下的技术方案：

一种基于四开关逆变桥的电机单电流传感器控制方法，通过采用电流、速度双闭环的电机控制方式，产生基于四开关逆变桥的三相永磁无刷直流电机运行所需的梯形波电流波形，所述电机的a相和b相绕组连接到四开关逆变桥的两个桥臂，c相绕组接到两个串联电容的中点，在四开关逆变桥的两个串联电容的中点与c相绕组之间接有电流传感器，其检测的c相电流信号被送入微控制器，所述微控制器还接收电机位置检测信号，首先根据所述电流信号判断电机所处的工作状态，当检测到c相有电流通过而a相和b相只有一相有电流流过时，利用微控制器捕获的位置检测信号，计算实时转速，并经转速闭环计算得到电流闭环的控制阈值，再根据c相电流信号，经电流闭环计算得到功率器件控制信号的占空比；当检测到a相和b相同时有电流通过时，若检测到的c相电流的绝对值小于c相不导通时的电流控制阈值I_th，判断c相电流i_c≈0，通过转速闭环控制a相和b相开关的同开和同闭；否则，若c相电流i_c>I_th，则控制处在工作状态的上桥功率器件持续开通和下桥功率器件持续关闭，直至检测到c相电流i_c＝0；当检测到c相电流i_c<-I_th，则控制处在工作状态的上桥功率器件持续关闭和下桥功率器件持续开通，直至检测到c相电流i_c＝0。

本发明同时提供一种实现上述控制方法的控制装置，通过采用电流、速度双闭环的电机控制方式，产生基于四开关逆变桥的三相永磁无刷直流电机运行所需的梯形波电流波形，该电机的a相和b相绕组连接到四开关逆变桥的两个桥臂，c相绕组接到两个串联电容的中点，所述的控制装置包括微控制器、与微控制器相连的驱动电路和位置传感器，所述的驱动电路通过四开关逆变桥与受控电机相连，所述的控制装置还包括连接在四开关逆变桥的两个串联电容的中点与电机绕组之间的单相电流传感器，其所采集的c相电流信号被送入微控制器。

上述的基于四开关逆变桥的电机单电流传感器控制装置，微控制器首先根据所述电流信号判断电机所处的工作状态，当检测到c相有电流通过而a相和b相只有一相有电流流过时，利用微控制器捕获的位置检测信号，计算实时转速，并经转速闭环计算得到电流闭环的控制阈值，再根据c相电流信号，经电流闭环计算得到功率器件控制信号的占空比；当检测到a相和b相同时有电流通过时，若检测到的c相电流的绝对值小于c相不导通时的电流控制阈值I_th，判断c相电流i_c≈0，通过转速闭环控制a相和b相开关的同开和同闭；否则，若c相电流i_c>I_th，则控制处在工作状态的上桥功率器件持续开通和下桥功率器件持续关闭，直至检测到c相电流i_c＝0；当检测到c相电流i_c<-I_th，则控制处在工作状态的上桥功率器件持续关闭和下桥功率器件持续开通，直至检测到c相电流i_c＝0。

本发明具有如下的技术效果：

1.采用四开关逆变桥控制永磁无刷直流电机，用两个电容器代替了六开关逆变桥的一组桥路，节省了两只功率器件。