[发明专利]单绕组直流无刷电机的正弦波电压驱动系统及其控制方法

权利要求书

1.单绕组直流无刷电机的正弦波电压驱动系统，其特征在于包括电源电路、全桥功率逆变电路、单绕组直流无刷电机、位置传感器、电压采样电路、控制运算单元、位置检测电路和外部指令接收电路；

所述电源电路输出直流电源，通过DC+/DC-直流母线与全桥功率逆变电路连接；

所述全桥功率逆变电路包括4组由IGBT或MOSFET组成的大功率开关器件，全桥功率逆变电路与所述控制运算单元呈电连接，4组大功率开关器件的开关信号来自于控制运算单元发出的脉宽调制波；全桥功率逆变电路通过两条交流动力线AC_U和AC_V与所述单绕组直流无刷电机连接，输出交流电压以驱动单绕组直流无刷电机；

所述位置传感器安装在单绕组直流无刷电机中用于检测转子位置；位置传感器通过位置检测电路与控制运算单元呈电连接，使得位置传感器的采样信号通过位置检测电路处理后传送至控制运算单元；

所述电源电路与全桥功率逆变电路间的DC+/DC-直流母线分别与电压采样电路呈电连接，电压采样电路与控制运算单元呈电连接，使得直流母线上的电压信号能够经电压采样电路处理后传送至控制运算单元；

所述外部指令接受电路与控制运算单元呈电连接，外部指令接受电路用于接受外部上位机输入的转速或输出功率的指令信号，并经处理后传送至控制运算单元；

所述控制运算单元包括不少于一个的运算处理器CPU，其用于接受上述的所有信号后完成单绕组直流无刷电机的驱动控制计算。

2.如权利要求1所述的单绕组直流无刷电机的正弦波电压驱动系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，将整个感应电压的波形与输出电压相位角的对应关系在单绕组直流无刷电机上进行测量，得到感应电压与输出电压相位角的分布系数关系曲线，并将该曲线按照表格或计算公式的方式输入至控制运算单元的存储装置中；

第二步，控制运算单元通过外部指令接受电路或预先设定的内部值，得到电机旋转频率指令值；

第三步，控制运算单元根据位置传感器和位置检测电路采集电机旋转速度和位置信号，计算得到电机旋转频率，同时计算出当前电机的输出电压相位角瞬时值；

第四步，控制运算单元根据电机旋转频率指令值与位置传感器和位置检测电路采集到的电机旋转频率作速度反馈比例-积分-微分运算，得到输出电压指令值；

第五步，控制运算单元根据电机的输出电压相位角瞬时值进行正弦运算，求出正弦值，该正弦值的根号2倍乘上输出电压指令值后得到输出电压瞬时值；或者，当所述单绕组直流无刷电机的感应电压中高次谐波电压成分较大时，控制运算单元查询感应电压与输出电压相位角的分布系数关系曲线，并按输出电压相位角瞬时值通过插值计算得到分布系数，该分布系数乘上输出电压指令值后得到输出电压瞬时值；

第六步，控制运算单元通过输出电压瞬时值与电压采样电路采样得到的直流母线电压瞬时值进行比例计算，得到输出占空比，最后得到控制功率器件开关的脉宽调制波信号；

整个控制流程按上述步骤，在预先设定的控制周期内，从第二步至第六步周而复始地进行，完成了单绕组直流无刷电机的正弦波电压驱动控制。

3.如权利要求2所述的单绕组直流无刷电机的正弦波电压驱动系统的控制方法，其特征在于当所述位置传感器为霍尔位置传感器时，第三步中当前电机的输出电压相位角瞬时值的计算公式如下：

θ＝θ_sen+θ_pre+2πf_fbΔt

式中，θ为电机的输出电压相位角瞬时值；θ_sen为霍尔位置传感器采集到的位置传感器相位角，它根据霍尔信号的高低电平变化动态更新；θ_pre为预先设置在控制运算单元中的进相角，可以通过调节θ_pre的数值，来校正位置传感器的误差；f_fb为位置传感器和位置检测电路所采集到的电机旋转频率；Δt为霍尔位置传感器更新相位角θ_sen后的时间变化量。