[发明专利]一种直流无刷电机转子位置检测方法

说明书

本发明公开了一种直流无刷电机转子位置检测方法，属于电机控制领域。方法包括，检测与直流无刷电机连接的霍尔位置传感器检测到的电平信号；当检测到当前时刻和上一时刻的电平信号发生变化时，认为电机换相动作发生，电机在当前周期从相区x进入相区(x mod 6)+1；x∈{1，2，3，4，5，6}；利用转子在上一周期所处相区x实际的相区角度与理想相区角度60°的差值，对转子在当前周期的相区x持续时间进行补偿，得到电机真实的换相信息。电机在高速运行的过程中，采用本发明方法可以快速准确的得到霍尔传感器传回的电机转子位置信号，进而快速准确定位转子的换相位置，实现电机高速工作状态下的精确控制。

技术领域

本发明属于直流无刷电机控制领域，更具体地，涉及一种直流无刷电机转子位置检测方法。

背景技术

高速电机转速高、功率密度大，相较于输出相同功率的中低速电机，高速电机的尺寸大大减小，因此可以有效的节约材料，同时由于转动惯量小，电机的响应较快。在高速电机应用领域，无刷直流电机凭借其突出的优势——高效率、高可靠性、高功率密度等，使其在工业领域得到了广泛的应用。

目前直流无刷电机的控制方法包括有感控制方案和无感控制方案，控制过程分别如图1和图2所示。其中，有感控制方案中电机转子位置信号由霍尔传感器得到。该方案不适合高速电机【通常将转速超过10000RPM或难度值(转速和功率平方根的乘积)超过1×10⁵的电机称为高速电机】工作状态的控制，具体原因如下：在理想状况下，霍尔位置传感器信号在由高电平到低电平和低电平到高电平阶段均为理想变化，即既无上升时间也无下降时间，波形图如图3所示，图中T₁-T₆为电机每相持续时间，在同转速下，电机每相持续时间相等且换相期间没有任何时间延迟。然而，实际的霍尔传感器信号本身为方波信号，由于波形产生系统的物理局限性，因而存在着一定的上升时间和下降时间，如图4所示，在每个理想相区内，均存在上升或下降时间T(二者实际值可能并不相等，此处为简便处理)，电机在换相期间，会由于上升时间和下降时间的影响出现相序的紊乱问题。在有感控制方案里，对此上升时间和下降时间采取软件消抖的方式，即通过软件编程，将换相点从理想换相点延迟一段时间kτ(k为一个常系数)。此时，控制程序收到的霍尔位置信号波形图如图5所示，图中，T₁′-T₆′为控制程序实际接收到的每相持续时间。在电机处于低速阶段时，由于T_x(x∈{1，2，3，4，5，6})远大于τ所以这一方案十分有效。然而，当电机转速提高、每相持续时间减小时，由于T_x与τ数值接近甚至出现T_x小于τ的情况，将导致电机出现十分严重的换相故障，故此方案在电机高速工作时无法起效。

针对此问题，一般是采用无感控制方案进行无刷直流电机的高速控制。无感控制方案中电机转子位置信号通过无刷直流电机反电动势过零点的位置来判断。相较于无刷直流电机有感控制方案，无感控制方案不仅需要更为复杂精密的硬件设计同时也需要更为繁琐的软件设计，更为严重的是，无感控制方案由于电机在低速时反电动势较小，因而在启动和低速阶段带来的十分严重的控制困难。

综上所述，亟需提出一种直流无刷电机转子位置检测方法，使其在电机高速工作的状态下，也能够快速准确的获得电机转子的位置，以便实现电机高速工作状态下的精确控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直流无刷电机转子位置检测方法，其目的在于在电机高速工作状态下，快速准确获得电机转子位置，以便实现电机高速工作状态下的精确控制。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供了一种直流无刷电机转子位置检测方法，包括：

S1.实时获取与直流无刷电机连接的霍尔位置传感器检测到的电平信号；

S2.当检测到当前时刻和上一时刻的电平信号发生变化时，电机在当前周期从相区x进入相区(x mod 6)+1；其中，mod表示取模运算，x∈{1，2，3，4，5，6}；