[发明专利]一种无刷直流电机控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种无刷直流电机控制方法，特别涉及一种基于无刷直流电机全速度运转的磁场定向控制策略。

背景技术

根据相励磁磁势分布的不同,三相直流无刷电机可分为两种类型:正弦波型和方波型电机,前者励磁磁势分布是正弦波状,后者励磁磁势分布呈方波状。

方波型电机亦称为无刷直流电动机(BLDC)；正弦波型电机习惯被称为PMSM(PermanentMagnetsynchronousMotor)。按照传统的技术,正弦波永磁同步电机(PMSM),一般采用正弦波矢量控制方式,用于高精度的位置伺服控制,需要比较高精度的位置检测器,如光电脉冲编码器、旋转变压器等等。无刷直流电机(BLDC)一般采用方波控制方式,只用于简单的速度控制,装有简易的开关型霍尔位置检测器,其直接的位置检测精度为60°(电角度)。无刷直流电机控制系统的主要特点是简单可靠成本低,缺点是控制精度和动态性能较低且带位置传感器的无刷直流电机体型较大。

在对无刷直流电机体积要求较高的领域，位置传感器的存在限制其在更广范围的应用，需进一步缩小电机体积。近年来无刷直流电机控制方法一直处于研究中,需要解决的最主要问题是在不采用位置传感器的情况下,驱动无刷直流电机启动运转且保证电机具有良好的静、动态特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种无刷直流电机控制方法。在不适用高精度位置传感器的大前提下，精确的检测反馈电机转子位置及转速；减少无刷直流电机启动及稳定运行期间的转矩脉动，改善其静、动态性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无刷直流电机控制方法，具体步骤包括：

步骤一、获取电机静止时的转子初始位置，使电机无反转启动；

步骤二、根据转子初始位置，采用对应的反电势积分法使转子位置迅速与换相频率同步，提升相应载荷下的启动成功率；

步骤三、采用基于PLL锁相环的滑模控制系统对转子位置进行估计；

步骤四、确定切换开关的切换时机，于启动阶段后采用磁场定向控制理论驱动无刷直流电机。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤一中，采用电感法，通过应用铁芯磁饱和原理确定转子初始位置。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤三中，所述PLL锁相环用以去除因滑模观测器带入的抖振效应，通过对滑模面的选取，使得转子位置的估计值误差小于设定的阈值。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤四中，控制d轴电流分量为零，使得q轴电流分量全部用来产生电机所需转矩，以此抑制脉动的产生。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤一中，

采用二二导通方式向MOSFET管中注入电压脉冲，电压矢量产生对应的母线电流；

铁芯磁饱和程度的不同产生不同大小的母线电流；

不同方向的电压矢量对应不同大小的母线电流，通过比较母线电流的大小，依次判断转子所处π、π/3、π/6的具体位置范围。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤二中，确定转子初始位置范围后，根据转矩最大化及预先确定的转动方向对转子施加电压矢量，此时产生如下所述的两种情况：

201、非导通相反电势已过零点的情况：此时，在检测到过零点后马上启动积分器，将积分结果实时与积分阀值作对比，若溢出，则马上换相，使电机进入加速过程；

202、非导通相反电势未过零点的情况：此时，积分器与启动程序同时开启，将积分结果实时与积分阀值进行对比，若溢出，则马上换相，使电机进入加速启动过程。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤四中：

电机启动后，将滑模观测得到的转子位置信号与锁相环反馈信号差值经过PI模块进行调节，将调节后的误差信号利用RC模块进行滤波，滤波后的信号经过均值模块得到电机转子转速信号；

当电机运转速度达到设定的阈值后，控制切换点进行切换进入磁场定向控制阶段。

作为本发明的进一步优选方案，所述磁场定向控制具体方法如下所述：

无刷电机的A、B相电流依次经过Clarke坐标转换和Park坐标转换后，变为可独立控制的d-q轴电流分量，控制无刷电机时，将d轴的电流参考值设为零；

将反馈量生成的电流分量与给定转矩下的d-q轴电流分量作对比产生控制误差，应用PI调节器进行数学运算；