[发明专利]一种用于四相双凸极电机的无位置传感器控制技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于四相双凸极电机的无位置传感器控制方法，属于电机控制技术。

背景技术

随着电机设计与控制技术的发展，对转子位置的精确检测成为国内外电机领域的研究热点之一。目前已经有许多种控制技术，常规的电机位置检测技术包括：(1)直接位置检测法；(2)导通相绕组检测法；(3)非导通相绕组检测法；(4)附加电元件检测法；(5)基于智能技术检测法等。这些方法中除了直接位置检测法是通过霍尔传感器等专用检测元件来直接检测转子位置，其他方法都是寻找一个能够获得的参数信息来间接获取转子位置。直接位置检测法因受到环境影响大，应用场合受到了限制。间接检测方法更多的用于异步电机、永磁同步电机和直流无刷电机中。双凸极电机是上世纪八十年代末提出的新结构电机，对于双凸极电机的无位置传感器的研究还非常少。四相双凸极电机是一种新型双凸极电机，与同尺寸的三相双凸极电机相比，它具有更高的功率密度、更小的绕组铜损、更宽的调速范围和更小的转矩脉动，因此在航空航天、电动汽车等领域有更好的应用前景。四相双凸极电机(“四相双凸极电机”，中国发明专利：201110062872.7)因其结构的原因，使得它的端电压和绕组反电势的THD值很大，正弦度低，常规的无位置检测方法无法获得准确的换相点。同时由于转速变化会引起电压基波频率的变化，传统的方法是采集的电压先进入一个RC滤波器，然而当滤波器截止频率小于基波频率时，基波直接被滤除；当截止频率远大于基波频率时，很多谐波无法被滤除。而且一个RC滤波器无法保证端电压或反电势的THD值满足检测要求，RC滤波器还会造成电势相位的偏移。在转速发生变化时的滤波及位置检测技术是四相双凸极电机无位置传感器技术的关键问题。

发明内容

本发明旨在传统无位置传感器控制技术的基础上，结合双凸极电机的特点，提供一种实用、简便的针对四相双凸极电机的无位置传感器控制技术，以实现四相双凸极电机在电动状态下的宽转速范围控制，提高电机运行时的效率和功率密度。

本发明所述的一种用于四相双凸极电机的无位置传感器控制技术的主要特征包括以下步骤：

1、(1)根据滤波器的幅频特性曲线，确保这个范围内的任意转速下的反电势经过根据这个范围设计的滤波器滤波后的THD值在10％以内，从200rpm开始，在200rpm～1000rpm间每间隔200rpm划分一个转速范围，1000rpm～3000rpm间每间隔500rpm划分一个转速范围，3000rpm～6000rpm间每间隔1000rpm划分一个转速范围，6000rpm以上的转速每间隔2000rpm划分一个转速范围，通过理论计算做出每个转速范围中每间隔50rpm的转速对应的补偿角的查找表；

(2)通过电压传感器检测四相双凸极电机的任意相邻两相端电压(以A相和B相为例)，为了不超过滤波器的限幅值，电压传感器检测到的电压值按照比例缩小至0～2.5V，检测到的端电压UA和UB首先经过模拟减法器减去直流偏置Uin/2(Uin是四相全桥电路直流端电压)，然后根据此时A相电势过零电压点来计算此时电机转速n；

(3)将步骤(2)所述的电机转速n与步骤(1)所述的预先设定的N(N是大于2的自然数)个转速范围进行比较，根据转速范围1、2、……N分别进入滤波器1、2、……N，滤波后的A、B相反电势通过AD采样模块直接送入DSP；

(4)将步骤(3)所述的经过AD采样进入DSP中的A、B相电势，根据步骤(1)预先设置的查找表来进行坐标变换以实现精确相位补偿，经过补偿后的反电势经过DA转换在外部的过零比较器中与零基准电压进行比较，输出信号给CAP捕获；

(5)步骤(4)所述的CAP口捕获信号经过DSP输出给FPGA，在FPGA中进行逻辑运算，产生八个脉冲驱动信号给四相主功率电路的开关管，完成控制。

2、根据权利要求1所述的四相双凸极电机无位置传感器技术特征，N种特征角频率的单级低通滤波器设计准则如下：

滤波器的传递函数为：