[发明专利]无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域，具体涉及一种无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统。

背景技术

无刷电机诞生于20世纪60年代后期，是伴随着永磁材料技术、微电子及电力电子技术、控制技术等迅速发展而出现的一种新型电机。无刷直流电机，就其基本结构而言，可以认为是由电子开关线路、永磁同步电机和位置传感器三者组成的“无刷直流电机系统”。无刷直流电机通常通过转子位置传感器获取转子位置信号，实现换相；通过转速传感器获取转速反馈信号，实现转速环的闭环控制。无刷直流电机的无传感器控制是指取消传统的转子位置传感器和转速传感器，而通过测取电机的某些物理量间接地得到转子位置信号，用此信号实现换相，并进一步得到转速的反馈值，从而实现无传感器闭环控制。

目前无刷直流电机无传感器控制较为典型的控制方法有反电动势法、定子三次谐波法、电流通路监视法、涡流效应法、磁通估计法等，其中反电势法是一种最简单最实用的转子位置检测方法。对于采用两相导通三相六拍运行方式的无刷直流电机而言，三相绕组中在任意时刻总有一相处于断开状态，检测断开相的反电势信号，当其过零点时，转子直轴与该相绕组轴线重合，再经过30°电角度依照开通顺序进行换相。故只要检测到各相反电势的过零点，即可获知转子的若干个关键位置，这就是反电势法的基本原理。

反电动势波形与逆变器功率管触发顺序逻辑关系如图1所示。从图中可以看出wt=30°电角度为A相反电势过零时刻，控制电路检测到这一时刻；延时30°电角度，到60°电角度时切换到A相的反向开关导通；A相导通120°电角度后，到180°电角度时关断A相，切换B相导通。依次类推，就可以实现BLDCM的连续运转，并且满足“最佳换相逻辑”。

申请号为201210002813.5的一篇专利申请文件公开了一种无刷直流电机无位置传感器控制装置及方法，装置包括直流电源、三相逆变器、无刷直流电机、三相逆变器功率器件驱动电路、微控制器和转子位置检测电路，直流电源经三相逆变器与无刷直流电机连接，转子位置检测电路连接无刷直流电机进行检测后输出的信号直接连接至微控制器的模数转换输入引脚，微控制器的六路输出经三相逆变器功率器件驱动电路连接至三相逆变器。本方法利用XC878单片机内嵌的模数转换单元采样得到电机三相绕组的端电压，用基于压差转换的信号处理方法对采样值进行实时计算处理，得到含有断开相反电势信息且幅值为实际反电势幅值两倍的反馈信号，获取反电势过零点作为电机绕组换组的依据，从而提高了低速运行时反电势过零点的检测精度，达到宽度调速范围运行的目的。

上述专利文献中的控制方法正式利用了反电势法，这种方法是通过分析三相绕组反电势过零点而得出电机通电规律的，要求能够准确地测出各个时刻各相绕组的电压和其过零点，在测出过零点后再延迟30°电角度才进行通电换相，所以需要精确地检测出各时刻电机的电压和转速，这对系统精度的要求很高，而且该法在低速时效果差，无法实现电机起动，需要专门的起动程序。

发明内容

本发明的目的是提供一种无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统，用以解决现有无位置传感器的无刷直流电机控制方法对系统精确度要求较高，控制过程复杂，而且在低速时控制效果差、无法实现电机启动的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种无位置传感器的无刷直流电机控制方法，包括如下步骤：

（1）设定一个电压值ΔV，设转子三相绕组的端电压最大幅值为V_max，最小幅值为V_min，逻辑0表示为两种状态，即：三相绕组端电压为V_min或处于由V_min向V_max-ΔV过渡阶段；逻辑1表示为两种状态，即：三相绕组端电压为V_max或处于由V_max向V_min+ΔV过渡阶段；

（2）由于端电压处于过渡阶段的对应相的绕组不加电压，而且电流总是从逻辑1状态的对应相绕组流向逻辑0状态的对应相绕组，因而根据步骤（1），得到三相绕组进行换相的逻辑规则；

（3）采集转子三相绕组端电压信号，输送到DSP控制器的AD转换模块，得到三相绕组的端电压值；

（4）根据步骤（3）得到的端电压值和步骤（1）中逻辑量的表示方式，将各相绕组的端电压值分别与V_max+ΔV和V_min-ΔV进行比较，得到每个时刻各相绕组的逻辑量，并根据步骤（2）中的逻辑规则实现三相绕组的自动换相；