[发明专利]一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制系统

说明书

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制系统。重载状况下采样线电压差信号时，会受到严重的续流影响，导致实际采样的过零点超前于反电动势过零点，产生超前的换相误差，通过分析超前的机理计算超前换相误差γ；采样的线电压差需要经过滤波滤除高频干扰，滤波会使采样的线电压差信号发生滞后，滞后角度θ可以根据滤波器参数计算。根据采样得到的线电压差的过零点滞后30°+γ‑θ度后作为电机换相点，使电机在精确的换相位置处换相。本发明从超前产生的机理入手计算出因续流影响引起的采样过零点的超前换相误差，在不增加任何硬件的条件下，补偿了电机的换相误差，实现电机精确换相。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制系统。

背景技术

无刷直流电机具有简单的结构，维护方便、效率高、调速性能好使其广泛应用于科学仪器以及电力推进设备中。通常，无刷直流电机的六个关键位置信号是由位置传感器获取的，但是位置传感器增加了很多的不稳定因素，如安装不准确，容易受到电磁干扰，增加了额外的引线等。因此，无刷直流电机无位置传感器驱动技术的研究成为当前无刷直流电机的研究热点。目前研究无位置传感器控制方案很多，主要包括反电动势法、续流二极管法以及磁链估计法等。其中反电动势法无位置传感器无刷直流电机的应用最为广泛，根据采样方式又可以分为最为常用的端电压采样法，不需要构造虚拟中性点的线电压差采样法，以及具有良好的低速性能的三次谐波法。所有的方法都会受到换相误差的影响，换相误差会导致较大的母线电流峰值，产生转矩脉动，影响电力推进系统的运行。因此国内外诸多学者提出了无位置传感器无刷直流电机换相误差检测与补偿的方法。反电动势法是无位置传感器技术中最常用、最简单的方法，通过采样端电压或者线电压差的过零点，滞后30°产生电机的换相位置信号，实现电机的正常运行。但是在方波控制下，换相时的续流现象对端电压和线电压差采样干扰是不可避免的，这会造成端电压或线电压差通过滤波后的波形发生畸变，检测到的反电动势过零点超前于理想反电动势过零点。当负载电流增大时，超前的角度增大，而超前角度增大到过大时甚至会导致换相失败。

发明内容

本发明的目的在于解决无位置传感器无刷直流电机因续流影响导致超前换相的问题，提供一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制系统，用于实现重载工况下无位置传感器无刷直流电机的精确换相。

一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法，包括以下步骤：

(1)超前换相误差角度γ的计算方程如下:

其中，n为当前电机的转速，p为电机的极对数，L为电机的电感，K_e为电机的反电动势常数，U_d为电机的母线电压，I_x为无刷直流电机关断相电流值。

(2)以一阶滤波器为例，滤波器产生的滞后角度θ的计算方程如下：

θ＝arctanωR₁C₁

其中

(3)根据采样得到的线电压差的过零点滞后30°+γ-θ度后，作为电机换相点使电机在精确的换相位置处换相。

一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿控制系统，包括无刷直流电机、三相全控逆变电路、线电压检测、过零检测模块、低通滤波器；所述无刷直流电机与三相全控逆变电路连接；所述三相全控逆变桥驱动无刷直流电机；所述线电压检测检测无刷直流电机的线电压；所述低通滤波器滤除线电压差中的高频信号；所述过零检测模块检测滤波后的线电压差信号的过零点。

本发明的有益效果在于：