[发明专利]一种无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测系统及方法。系统中直流电源模块为逆变电路模块供电，逆变电路模块输出三相电压至无刷直流电机和转子位置估算模块，同时无刷直流电机输出的母线电流也输入至转子位置估算模块，转子位置估算模块输出估算的转子位置信息至驱动电路模块，驱动电路模块用于驱动控制逆变电路模块。该方法通过在电机静止时对三相端电压以及直流母线电流进行检测来估算转子初始位置，减少电感法位置检测过程所需检测脉冲数，缩短定位时间，从而减少起动延时。本发明既有电感法的可在静止状态下进行无感定位的特点，又有定位时间短的优点，可用于有电机无反转、快速起动的实际需求的电动工具生产领域。

技术领域

本发明涉及电机控制技术，特别是涉及一种无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测系统及方法。

背景技术

无刷直流电机需要获得转子位置才能进行运行控制，而位置传感器的安装给无刷直流电机的控制带来了诸多的问题，如使电机体积增大、干扰信号传输通道的外界因素较多、在极端环境下灵敏度下降、安装偏差会影响定位效果等，这些问题在一定程度上缩减了无刷直流电机的适用领域及范围。为了克服安装位置传感器的缺点，新型无位置传感器下的转子位置检测方法已经成为了近年来国际无刷直流电机控制领域的热门研究方向之一。

目前，国内外已在无刷直流电机无感运行控制的方向上提出了很多简单有效的位置检测方法，如反电动势过零检测法、模型参考自适应法、状态观测器法等，但这些方法都无法在电机处于静止状态时获得转子位置信息，在有无反转起动的需求的场合，需要利用电感法对转子初始位置进行检测。虽然电感法可以在无感下估算转子初始位置，但是传统电感法为实现30°定位精度需要注入12个检测脉冲电压，导致定位时间较长，存在起动延时问题。

针对电感法定位时间问题，国内外学者提出了诸多优化设计。赵白鸽在论文“基于线反电势估算的无刷直流电机无传感器控制方法研究[D].(哈尔滨工业大学，2017)”中利用磁路饱和效应原理，采用6个不同导通方向的检测脉冲电压进行初始位置检测，通过减少检测脉冲数的注入缩短了定位时间，但是该方法的检测精度仅达到了60°，通过牺牲检测精度来缩短定位时间。王华斌在论文“基于间接电感法的永磁无刷直流电机无位置传感器控制.重庆大学，2009”中结合了凸极式电机的凸极效应和磁路饱和效应原理，通过注入8次检测脉冲电压，利用端电压和电流信息判断转子初始位置，该方案在实现了30°高精度定位的基础上，减少了检测脉冲数，缩短了定位时间，但是相对于其他方案，该定位时间仍存在改进的空间。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测系统。

本发明的另一个目的是提供一种无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测方法，既能实现无感下无刷直流电机静止状态高精度位置检测，又有定位时间短的优点。

技术方案：本发明的无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测系统，包括直流电源模块、逆变电路模块、转子位置估算模块和驱动电路模块，其中直流电源模块为逆变电路模块供电，逆变电路模块输出A、B、C三相电压至凸极式无刷直流电机和转子位置估算模块，同时凸极式无刷直流电机输出的母线电流也输入至转子位置估算模块，转子位置估算模块输出估算的转子位置信息至驱动电路模块，驱动电路模块用于驱动控制逆变电路模块。

优选的，转子位置估算模块通过对凸极式无刷直流电机的三相端电压和直流母线电流的检测来估算转子初始位置。

本发明的无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子位置检测方法，包括以下步骤：

S1、采用H_PWM-L_PWM脉宽调制方式控制无刷直流电机的驱动和逆变电路，即上下桥臂MOS管均采用PWM调制，同时导通同时关断，无刷直流电机A、B、C三相绕组分别为接通电源、接地、悬空三种状态；

S2、以A+B-的导通相位导通三相绕组；