[发明专利]无刷直流电机的高频检测脉冲注入方法

说明书

所属技术领域

本发明属于无刷直流电机控制技术领域，涉及一种高频检测脉冲注入方法。

背景技术

无刷直流电机最基本的特点在于无需电刷即可实现换相。无刷直流电机根据位置信号，依赖电子换向器按照一定的顺序为各相通电，从而省去了电机中容易损坏、需要经常维护的电刷，降低了电机制造成本和维护成本，扩展了应用范围。无刷直流电机的位置传感器必须安装在电机内部对电机转子位置进行检测，位置传感器需要进行维护，价格较高，限制了无刷直流电机在恶劣条件下的稳定高效运行。

无刷直流电机的无位置传感器控制技术得到发展，无刷直流电机的无位置传感器控制技术通过检测无刷直流电机的一些电量信号或反应得到无刷直流电机的位置信号，在这种控制方式下，无刷直流电机具有较高可靠性和抗干扰能力，克服了位置传感器不准确安装带来的位置检测误差和转矩脉动。传统电感法不依赖转子磁场运动就可以获得转子位置，其基本原理是在绕组中施加方波脉冲电压，由于绕组的电枢反应，根据测得的电流幅值比较后即可得到电感差异，再根据电感与转子位置之间的关系得到位置信号。当采用高频脉冲电压，提高了检测次数，降低了检测周期，进而得到更加及时精确的转子位置信号。

频分复用技术是通信工程中常用的技术之一，它将传输信息的信道划分为若干个互相不重叠的子信道，每路信号占用其中一个频段，在接收端采用合适的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复所需要的信号。例如电力线载波通信设备是电力系统通信中的采用频分复用技术的常用设备之一，它利用高压输电线作为有线通信的信道，为电力系统的远动、保护、生产指挥、通信调度和行政业务通信提供了手段。

传统方法中，基于电感法原理的无刷直流电机无位置传感器的高频检测脉冲由功率开关产生，高频检测脉冲与无刷直流电机的驱动电压信号分时复用电源线和绕组。检测位置信号时不能输出驱动电压信号，影响了无刷直流电机的运动控制和调速，产生电机速度的偏差，特别是在电机起动和低速运行时系统性能下降严重；同时也影响了高频检测脉冲注入的实时性，造成位置信号的不准确。

常用无刷直流电机电感差异小，检测信号信噪比低，算法实现困难。功率开关元件选定后最大开关频率固定，从而限制了高频检测脉冲信号频率的提高，传统方法依赖于的高精度电流传感器，提高了系统成本，限制了检测精度的提高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述不足，提供一种能够提高检测信号的精确度和实时性，降低系统的成本的无刷直流电机高频检测脉冲的注入方法，适用于无刷直流电机无位置传感器控制的应用场合。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种无刷直流电机的高频检测脉冲注入方法，其特征在于，该方法利用高频信号源产生高频检测脉冲信号，高频检测脉冲信号通过耦合电路分别耦合到无刷直流电机各相的电源线和绕组上，通过电压传感器检测无刷直流电机的各相的端电压值，各相的端电压值分别经过带通滤波器后得到各相端电压的高频电压分量，根据高频电压分量的幅值、相位或瞬时值的差异得到位置信号，控制器根据位置信号实现无刷直流电机的无位置传感器控制。

作为优选实施方式，所述的高频检测脉冲信号由独立的信号源产生，高频检测脉冲信号与电机的驱动电压分频复用电源线和电机绕组；在高频检测脉冲信号的高频脉冲注入点与功率开关之间设置有高频信号阻波器，用于避免高频信号进入电源和功率开关，使各相端电压高频电压分量的差异不受电源和功率开关的影响。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明可以将高频检测脉冲频率提高到500kHz以上,并且不依赖无刷直流电机的功率开关元件即可注入高频检测脉冲，简化了控制算法的设计，降低了对功率开关元件的要求，也降低了系统的成本。

(2)高频检测脉冲频率的提高扩大了各相绕组电感差异，可以直接利用电压传感器对高频电压分量进行测量继而获得位置信号，从而避免了使用高精度的电流传感器，也降低了系统的成本。

(3)本发明设计了分频复用无刷直流电机电源线和绕组的高频检测脉冲注入方法，在检测位置信号的同时不影响无刷直流电机的驱动电压信号，提高了位置信号的准确性和及时性，便于对无刷直流电机的运动进行精确控制，并具有很好的低速和零速性能。

附图说明

图1无刷直流电机无位置传感器控制高频检测脉冲注入方法原理图

图2高频检测脉冲注入方法的一种高频信号阻波器

图3高频检测脉冲注入方法的一种变压器耦合电路

图4一种高频脉冲信号源电路