一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置及調(diào)速方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無刷直流電機(jī)調(diào)速方法，步驟是：捕獲比較模塊輸出PWM波形；PWM波形接中斷信號，PWM波形檢測出高電平就立刻進(jìn)入中斷，電流采樣模塊立刻采樣流過母線電阻的電流；將所述采樣得到的電流送入電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器根據(jù)給定電流和所述采樣得到的電流輸出占空比；用所述占空比控制三相橋式逆變器中上橋功率管開通與關(guān)斷，控制施加于無刷直流電機(jī)上的有效電壓以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。此種調(diào)速方法可解決現(xiàn)有相電流采樣的高成本、低可靠性及直流母線采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問題。本發(fā)明還公開一種應(yīng)用前述無刷直流電機(jī)調(diào)速方法的調(diào)速裝置。
【專利說明】一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置及調(diào)速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)的速度控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于直流母線電流采樣的無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置及調(diào)速方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一種新型調(diào)速系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)根據(jù)電流控制策略的不同，可分為滯環(huán)控制與PI控制。電流滯環(huán)控制使電機(jī)工作于導(dǎo)通方式，通過給定電流值與反饋電流值實(shí)時(shí)比較，控制一個(gè)周期內(nèi)功率管開通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對電流的調(diào)節(jié)。電流PI控制使電機(jī)工作于120°導(dǎo)通方式，由電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼伎毡?，并根?jù)永磁轉(zhuǎn)子位置給出一個(gè)控制周期內(nèi)6個(gè)功率管的驅(qū)動(dòng)信號，控制施加于電機(jī)上的有效電壓以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)有2種常用的采樣反饋方式:相電流采樣和直流母線采樣，然而相電流采樣方式需要2個(gè)電流霍爾傳感器，提高了成本且使系統(tǒng)可靠性明顯降低；直流母線采樣方式通過母線電阻Rs檢測流經(jīng)其的電流id。，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但在功率管PWM調(diào)制的關(guān)斷期間id。= 0，不能反映電機(jī)力矩電流，若不加處理地將id。反饋至電流調(diào)節(jié)器，會引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0003]基于前述，現(xiàn)有的電機(jī)速度控制技術(shù)有待改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的，在于提供一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置及調(diào)速方法，其可解決現(xiàn)有相電流采樣的高成本、低可靠性及直流母線采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問題。
[0005]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其應(yīng)用的無刷直流電機(jī)電路包括直流電源、母線電阻、三相橋式逆變器和直流電機(jī)，其中，直流電源的正極連接三相橋式逆變器的一個(gè)輸入端，直流電源的負(fù)極經(jīng)由母線電阻連接三相橋式逆變器的另一個(gè)輸入端，而三相橋式逆變器的三個(gè)輸出端與無刷直流電機(jī)的三相繞組對應(yīng)連接；所述調(diào)速裝置包括PWM控制器、電流采樣模塊和電流調(diào)節(jié)器，所述電流采樣模塊在PWM控制器的控制下，采樣流經(jīng)母線電阻的電流，并送入電流調(diào)節(jié)器，所述電流調(diào)節(jié)器輸出占空比，調(diào)節(jié)三相橋式逆變器中上橋功率管的占空比，從而通過控制施加于無刷直流電機(jī)上的電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
[0007]上述PWM控制器包括PWM定時(shí)器、捕獲比較模塊和中斷模塊，所述PWM定時(shí)器連接捕獲比較模塊的正向輸入端，而捕獲比較模塊的反向輸入端用于輸入內(nèi)部參考信號，捕獲比較模塊的輸出端連接中斷模塊，而中斷模塊的輸出端連接電流采樣模塊，捕獲比較模塊通過輸出PWM波形控制中斷模塊產(chǎn)生中斷信號，從而控制電流采樣模塊的動(dòng)作。
[0008]一種基于如前所述的無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置的調(diào)速方法，包括如下步驟:
[0009](I)捕獲比較模塊輸出PWM波形；
[0010](2) PWM波形接中斷信號，PWM波形檢測出高電平就立刻進(jìn)入中斷；
[0011](3)進(jìn)入中斷后，電流采樣模塊立刻采樣流過母線電阻的電流；
[0012](4)將所述采樣得到的電流送入電流調(diào)節(jié)器；
[0013](5)電流調(diào)節(jié)器根據(jù)給定電流和所述采樣得到的電流輸出占空比；
[0014](6)用所述占空比控制三相橋式逆變器中上橋功率管開通與關(guān)斷；
[0015](7)控制施加于無刷直流電機(jī)上的有效電壓以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。
[0016]上述步驟(I)中，捕獲比較模塊的正向輸入端連接PWM定時(shí)器產(chǎn)生的數(shù)值，反向輸入端連接內(nèi)部參考信號，將二者比較后輸出PWM波形。
[0017]上述步驟(5)中，電流調(diào)節(jié)器將給定電流和所述采樣得到的電流相減，然后進(jìn)行PID運(yùn)算得到占空比。
[0018]上述捕獲比較模塊輸出對稱的等邊三角形PWM載波信號，且PWM定時(shí)器工作于增減模式。
[0019]采用上述方案后，本發(fā)明通過采用H_PWM_L_0N調(diào)制方式，使采樣值更接近于力矩電流平均值，很好地解決了相電流采樣的高成本、低可靠性及直流母線采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明調(diào)速裝置的應(yīng)用電路連接圖；
[0021]圖2是本發(fā)明調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖3是本發(fā)明調(diào)速方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明提供一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，用于對無刷直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，配合圖1所示，所述無刷直流電機(jī)電路包括有直流電源、母線電阻Rs、三相橋式逆變器和直流電機(jī)，其中，直流電源的正極連接三相橋式逆變器的一個(gè)輸入端，直流電源的負(fù)極經(jīng)由母線電阻連接三相橋式逆變器的另一個(gè)輸入端，而三相橋式逆變器的三個(gè)輸出端與無刷直流電機(jī)的三相繞組對應(yīng)連接，此為現(xiàn)有無刷直流電機(jī)電路的常見連接方式，不再贅述。
[0025]如圖2所示，所述調(diào)速裝置包括PWM控制器、電流采樣模塊和電流調(diào)節(jié)器，所述電流采樣模塊在PWM控制器的控制下，采樣流經(jīng)母線電阻的電流，并送入電流調(diào)節(jié)器，所述電流調(diào)節(jié)器輸出占空比，調(diào)節(jié)三相橋式逆變器中上橋功率管的占空比，從而通過控制施加于無刷直流電機(jī)上的電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
[0026]在本實(shí)施例中，所述PWM控制器包括PWM定時(shí)器、捕獲比較模塊和中斷模塊，所述PWM定時(shí)器連接捕獲比較模塊的正向輸入端，而捕獲比較模塊的反向輸入端用于輸入三角波，作為內(nèi)部參考信號，所述捕獲比較模塊將前述PWM定時(shí)器產(chǎn)生的數(shù)值與三角波比較后，輸出方波信號，作為捕獲值；捕獲比較模塊的輸出端連接中斷模塊，而中斷模塊的輸出端連接電流采樣模塊，捕獲比較模塊通過輸出PWM波形控制中斷模塊產(chǎn)生中斷信號，從而控制電流采樣模塊的動(dòng)作。
[0027]結(jié)合圖3，本發(fā)明還提供一種基于前述無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置的調(diào)速方法，包括如下步驟:
[0028](I)捕獲比較模塊輸出PWM波形；
[0029](2) PWM波形接中斷信號，PWM波形檢測出高電平就立刻進(jìn)入中斷；
[0030](3)進(jìn)入中斷后，電流采樣模塊立刻采樣流過母線電阻Rs的電流id。;
[0031](4)將所述采樣得到的電流id。送入電流調(diào)節(jié)器；
[0032](5)電流調(diào)節(jié)器根據(jù)給定電流idc*和所述采樣得到的電流id。輸出占空比，具體是將二者相減，然后進(jìn)行PID運(yùn)算得到；
[0033](6)用所述占空比控制三相橋式逆變器中上橋功率管開通與關(guān)斷；
[0034](7)控制施加于無刷直流電機(jī)上的有效電壓以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。
[0035]綜上，本發(fā)明采用H_PWM_L_0N調(diào)制，就是對三相橋式逆變器的上橋功率管進(jìn)行PWM調(diào)制而下橋功率管保持導(dǎo)通，假設(shè)三相全橋逆變器功率管、反并二極管具有理想特性，Rs即為采樣電阻，id。為采樣電流。調(diào)制方式下，上、下橋換相過程中相電流的波動(dòng)相等且很小，由換向造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)也很小。
[0036]本發(fā)明首先采用對稱的等邊三角形PWM載波信號，可以通過更改PWM定時(shí)器為增減模式，這樣，每個(gè)中斷時(shí)間都處于PWM高電平有效期間，保證了該時(shí)刻所調(diào)制功率管處于開通狀態(tài)；其次，進(jìn)入中斷立刻采樣電流，對Rs的電流采樣時(shí)間正好處于PWM周期高電平有效期間，此時(shí)Rs上通過的電流近似為該周期力矩電流的平均值，此種方法避免了功率管關(guān)斷期間對力矩電流的誤采樣，較精確反映了實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩大小。
[0037]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其應(yīng)用的無刷直流電機(jī)電路包括直流電源、母線電阻、三相橋式逆變器和直流電機(jī)，其中，直流電源的正極連接三相橋式逆變器的一個(gè)輸入端，直流電源的負(fù)極經(jīng)由母線電阻連接三相橋式逆變器的另一個(gè)輸入端，而三相橋式逆變器的三個(gè)輸出端與無刷直流電機(jī)的三相繞組對應(yīng)連接；其特征在于: 所述調(diào)速裝置包括PWM控制器、電流采樣模塊和電流調(diào)節(jié)器，所述電流采樣模塊在PWM控制器的控制下，采樣流經(jīng)母線電阻的電流，并送入電流調(diào)節(jié)器，所述電流調(diào)節(jié)器輸出占空t匕，調(diào)節(jié)三相橋式逆變器中上橋功率管的占空比，從而通過控制施加于無刷直流電機(jī)上的電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述PWM控制器包括PWM定時(shí)器、捕獲比較模塊和中斷模塊，所述PWM定時(shí)器連接捕獲比較模塊的正向輸入端，而捕獲比較模塊的反向輸入端用于輸入內(nèi)部參考信號，捕獲比較模塊的輸出端連接中斷模塊，而中斷模塊的輸出端連接電流采樣模塊，捕獲比較模塊通過輸出PWM波形控制中斷模塊產(chǎn)生中斷信號，從而控制電流采樣模塊的動(dòng)作。
3.一種基于如權(quán)利要求2所述的無刷直流電機(jī)調(diào)速裝置的調(diào)速方法，其特征在于包括如下步驟: (1)捕獲比較模塊輸出PWM波形； (2)PWM波形接中斷信號，PWM波形檢測出高電平就立刻進(jìn)入中斷； (3)進(jìn)入中斷后，電流采樣模塊立刻采樣流過母線電阻的電流； (4)將所述采樣得到的電流送入電流調(diào)節(jié)器； (5)電流調(diào)節(jié)器根據(jù)給定電流和所述采樣得到的電流輸出占空比； (6)用所述占空比控制三相橋式逆變器中上橋功率管開通與關(guān)斷； (7)控制施加于無刷直流電機(jī)上的有效電壓以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求3所述的一種無刷直流電機(jī)調(diào)速方法，其特征在于:所述步驟(I)中，捕獲比較模塊的正向輸入端連接PWM定時(shí)器產(chǎn)生的數(shù)值，反向輸入端連接內(nèi)部參考信號，將二者比較后輸出PWM波形。
5.如權(quán)利要求3所述的一種無刷直流電機(jī)調(diào)速方法，其特征在于:所述步驟(5)中，電流調(diào)節(jié)器將給定電流和所述采樣得到的電流相減，然后進(jìn)行PID運(yùn)算得到占空比。
6.如權(quán)利要求3所述的一種無刷直流電機(jī)調(diào)速方法，其特征在于:所述捕獲比較模塊輸出對稱的等邊三角形PWM載波信號，且PWM定時(shí)器工作于增減模式。
【文檔編號】H02P6/10GK104393801SQ201410683404
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】張懿, 魏海峰 申請人:江蘇科技大學(xué)