[发明专利]一种无刷直流电机无位置传感器控制方法

权利要求书

1.一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，包括无刷直流电机、三相逆变桥、直流电源和控制器，其特征在于，所述控制器包括PI控制器和电流控制器，利用电机两相绕组匝链永磁磁链之差构建三个与电机转速无关的磁链函数，根据电机转子位置所在区间选择相应的磁链函数，并通过磁链函数的极值跳变沿确定电机的换相点；采用三相电流控制，对电机的三相绕组同时进行控制，并根据功率管的开关状态计算电机绕组端电压，具体步骤如下：

步骤一、根据无刷直流电机反电势和相电流的关系将每个电周期分为六个区间，将每个区间分为正常导通区和换相区，在每个区间将无刷直流电机三相绕组分为正常导通相和悬空相；

步骤二、正常导通期间，导通两相电流大小相等方向相反，悬空相电流为零；根据三相电流之间的关系给每相绕组设定电流参考值，将三相电流的反馈值与设定的参考电流值做差得到三相电流误差，并通过PI控制器得到三相功率管的占空比；

步骤三、采用三相电流控制时，通过三相功率管的开关状态和直流母线电压计算得到各相绕组端电压，不需要额外的硬件检测电路，端电压的计算公式为：

式中，u_dc为直流母线电压，D_k为k相上桥臂功率管的占空比，k∈{a,b,c}；

步骤四、根据式(1)计算得到电机的三相绕组端电压，通过对端电压和相电流的积分得到两相绕组匝链永磁磁链之差，计算公式为：

R和L分别为电机绕组的相电阻和相电感，将b相绕组和c相绕组匝链永磁磁链之差λ_bc与a相绕组和b相绕组匝链永磁磁链之差λ_ab的比值定义为电机磁链函数F_bc/ab，根据式(2)中的第1式和第2式，磁链函数F_bc/ab的表达式为：

同理，将两相绕组匝链永磁磁链之差λ_ab和λ_ca的比值定义为电机磁链函数F_ab/ca，将两相绕组匝链永磁磁链之差λ_ca和λ_bc的比值定义为电机磁链函数F_ca/bc，由式(2)可得磁链函数F_ab/ca和F_ca/bc的表达式为：

将a相绕组和b相绕组匝链永磁磁链之差λ_ab的过零点位置记为θ₀，根据λ_ab和λ_bc之间的关系得：

在一个电周期内λ_ab存在两个过零点，因此会存在两个从正极大值变为负极大值的位置；由于两相绕组匝链永磁磁链之差的过零点再延迟30°电角度即为电机换相点，因此磁链函数的极值跳变沿延迟30°电角度同样为电机换相点；

步骤五、根据电机转子位置所在的区间，选取相应的磁链函数，通过检测磁链函数极值跳变沿并延迟30°电角度得到电机的换相点，从而实现无刷直流电机的无位置传感器控制。