[发明专利]一种无位置传感器高速永磁电机换相点快速自校正装置及方法

说明书

本发明涉及一种无位置传感器高速永磁电机换相点快速自校正装置及方法，其中，所述装置包括稳压直流电源(1)、Buck变换器(2)、三相全桥电路(3)、无刷直流电机(4)、电流检测电路(5)、电压调理电路(6)、数字控制器(7)，且所述数字控制器(7)根据直流母线电流差推导换相前非导通相电压校正系数，以及校正系数的修正量，校正后的非导通相电压与换相前导通相电压交点即线电压过零点作为换相点，实现对换相误差的快速自校正。校正装置基于所设计的换相点快速自校正方法，避免了反电动势非理想对无位置传感器换相信号的影响，保障了高速永磁电机的无位置传感器换相控制的精度及可靠性。

技术领域

本发明涉及一种无位置传感器高速永磁电机换相点快速自校正装置，可用于获得精确的换相信号，实现换相误差的快速校正，保证无位置传感器高速电机的运行。

背景技术

永磁无刷电机由于其能量密度高、效率高、结构简单、易于控制等特点，在工业设备、航空航天等许多领域得到越来越多的应用。其中，换相控制方法可分为有位置传感器和无位置传感器换相技术两大类。有位置传感器换相技术虽然控制方法简单，但是从可靠性的角度出发，需要考虑在恶劣环境下出现故障的复杂问题。相比于有位置传感器换相技术，无位置传感器换相技术不需要额外增加传感器，具有避免多余出线、降低系统复杂度、提高可靠性等优点。

无位置传感器控制通常利用电机自身信息直接或间接获得等价的换相信号实现换相，利用反电势信息是目前应用较为广泛的方法，然而低通滤波引入的相位延迟、换相过程中二极管续流、电子器件延迟的影响，导致换相信号存在误差，电机效率下降。实际高速电机的三相反电势波形并非理想梯形波，而是介于正弦波和梯形波之间，另外，三相反电势也不是对称波形。现有技术中，被提出的适用于不同检测方法的换相点误差修正方法中主要有开环补偿策略和闭环校正策略，开环补偿策略根据误差角度生成补偿量对换相信号进行补偿，闭环校正策略主要根据电机的电压、电流等信号表现出对称的性质，选择反映换相偏差的控制量设计闭环控制方法。但是，上述两类方法需要等待下一运行周期实施，无法针对换相偏差作出快速的措施；利用硬件电路在换相信号获取过程中进行补偿，虽然保证对换相偏差快速补偿，但是硬件电路的设计过程中计算繁琐且增加系统的复杂性。另外，利用反电势信息获得换相信号时，非对称非理想的三相反电势同样对最佳换相点的产生影响，既实现换相误差校正又兼顾反电势非对称非理想问题的研究较少，现有技术难以提供解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有方法的不足，针对高速永磁电机无位置传感器换相误差校正问题，考虑三相反电势非对称非理想的影响，提出了一种无位置传感器高速永磁电机换相点快速自校正装置及方法，直接获得精确的换相点，实现高精度无位置传感器换相控制。

为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种无位置传感器高速永磁电机换相点快速自校正装置，包括稳压直流电源、Buck变换器、三相全桥电路、无刷直流电机、电流检测电路、电压调理电路、数字控制器；数字控制器产生的PWM信号控制Buck变换器的功率开关管从而调节稳压直流电源提供的直流母线电压，电流检测电路将所述直流母线电压信号转化为直流母线电流信号输入数字控制器中，所述电压调理电路将相电压信号输入数字控制器中；所述数字控制器包括：电流及电压采集模块，换相点自校正模块以及换相信号生成模块，所述电流及电压采集模块接收电流检测电路输出的直流母线电流信号并根据两个采样时刻的直流母线电流信号计算电流差，以及接收电压调理电路输出的相电压信号，所述换相点自校正模块根据所述电流差生成电压校正系数对所述相电压信号进行校正，所述换相信号生成模块生成换相信号输出至三相全桥电路，所述三相全桥电路根据该换相信号实现所述无刷直流电机的无位置传感器高精度换相控制。

可选的，所述电压调理电路包括RC低通滤波器、电压比较器及调理电路，无刷直流电机输出的三相电压信号经过所述RC低通滤波器滤波后输入电压比较器，所述电压比较器对滤波后的电压信号与无刷直流电机中性点电压进行比较，比较后的信号经调理电路输出后满足数字控制器输入电压范围。