[发明专利]一种无刷直流电机换相精确检测方法

说明书

本发明公开了一种无刷直流电机换相精确检测方法，包括：确定端电压参考阈值，以ADC采样交越参考阈值点作为相反电动势过零点判断依据；计算ADC采样间隔引起的随机延时、相反电动势过零点到参考阈值点的时间间隔、最后一次采样对应的采样时刻距实际端电压过零点的时间间隔，结合换相点延迟于相反电动势过零点π/6固定电角度，可计算出换相间隔时长，从而得到下次换相的准确时刻。本发明采用上述方法，充分考虑到了软硬件延迟以及ADC采样间隔延迟，由浮相端电压采样波形对相反电动势过零点进行精确分析，实现宽调速范围内无刷直流电机转子换相位置的精确检测。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机无位置传感器检测技术领域，尤其是涉及一种无刷直流电机换相精确检测方法。

背景技术

永磁无刷直流电机具有功率密度大、转动惯量小、调速性能好和效率高等特点，在工业、交通、家用电器等领域得到广泛应用。考虑到在一些特殊场合下，由于电机体积、工作温度等因素的影响，检测转子位置的传感器不能正常安装且易受损坏。为确保电机的正常运行，一般采用无位置传感器方法，通过对电机的电压、电流、反电动势等物理参数检测，再经过硬软件处理间接提取转子位置信息。无位置传感器方法包括反电动势法、续流二极管法、电感法以及基于数学模型或状态观测器的复杂算法，常用于换相点确定和转子位置估计。式中反电动势法比较简单，一般只需要测量电机电压，对电机参数的要求较少，不需要复杂的数字信号处理，因此得到了广泛的应用。

通常，反电动势法滤波处理采样信号，推导并建立参数采样信号与反电动势的逻辑关系或是物理模型，以此来确定电机换相位置。针对反电动势法存在的信号失真和滤波延迟，以及测速范围小、转子位置误差大、系统动态稳定性低等问题，提出一种基于浮相端电压脉宽调制(PWM)同步测量策略的反电动势过零换相检测方法，推导浮相端电压与反电动势函数间的关系，利用滞环比较器切换PWM同步采样状态，解决相反电动势过零点采样不稳定问题；充分考虑系统软硬件延迟以及数模转换器(ADC)采样间隔延迟，利用相反电动势过零点精确检测的方法，实现对换相位置的准确判断。

发明内容

本发明的目的是在保证电机换相系统稳定的前提下，补偿系统软硬件延迟以及ADC采样间隔延迟，由浮相端电压采样波形对相反电动势过零点进行精确分析，实现宽调速范围内无刷直流电机转子换相位置的精确检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种无刷直流电机换相精确检测方法，由离散的浮相端电压ADC同步采样点判断反电动势过零时刻，确定换相的精确位置；在浮相端相反电动势小于零的区间段，由于二极管电压钳位作用的影响，无法通过ADC采样直接获取端电压数值；本方案采用改进的相反电动势过零点检测方法，分相反电动势正向过零和反向过零两种情况讨论并判断精确换相时刻，实现对硬件系统延时，ADC采样间隔延时以及程序软件延时的精确补偿，提高换相精度；

(1)相反电动势正向过零

设定一个端电压参考阈值ΔU，以采样交越ΔU作为相反电动势过零点判断依据，结合浮相端电压与相反电动势函数关系式，计算出相反电动势过零点到参考阈值点的时间间隔t₀：

式中，T表示端电压周期；p,q表示谐波次数；E_p,E_q表示不同谐波下分解的相反电动势系数；

由于ADC采样系统具有离散化特性，在判断端电压波形是否交越过参考阈值时，会存在ADC采样间隔引起的随机滞后延时Δt，以及程序算法计算处理t₀所造成的软件系统随机延时t_soft。假设系统在第i个采样点处识别出交越信号，直到第i+n-1次采样后，程序算法结束，即满足(n-1)·T_S＜t_soft≤n·T_S，则第i+n次采样对应的采样时刻距实际端电压过零点的时间间隔t_α可表示为：