電壓信號經(jīng)過第二 RC濾波電路19低通濾波、偏置電路20電壓預(yù)置之后經(jīng)過運算放大電路21運放放大得到相電流信號，將反電勢信號與相電流信號輸出給DSP控制器5內(nèi)部12位ADC，作為輸入信號送入FOC算法控制過程中；
[0025]步驟二、通過檢測到的兩相導(dǎo)通相的反電勢信號作差計算出線反電勢，線反電勢過零點對應(yīng)無刷直流電機3的換向時刻，利用檢測到的兩相相電流經(jīng)過角度換算得到第三相相電流，進一步計算出任一相導(dǎo)通時相電流起始與結(jié)束的時刻，并計算起始與結(jié)束的時刻分別所對應(yīng)的反電勢，再將二者作差得出反電勢偏差，以反電勢偏差值作為輸入變量通過模糊ΡΙ計算，進一步得到轉(zhuǎn)子誤差補償角度，當(dāng)偏差為零時，相電流波形的中點位于相反電勢波形的中點；
[0026]步驟三、通過F0C算法進行坐標變換以確定轉(zhuǎn)子位置，所述坐標變換是通過檢測相電流la和Ib，經(jīng)計算得到第三相相電流Ic，經(jīng)Clark變換將三相對稱、相隔120度角的交流電Ia、Ib和Ic變換得到相隔90度角的正弦交流電I α和I β，所述I α為相對定子靜止的磁場分量電流，I β為相對定子靜止的轉(zhuǎn)矩分量電流，利用線反電勢檢測確定的換相時刻與計算得到的轉(zhuǎn)子誤差補償角度來確定精確的轉(zhuǎn)子位置，并結(jié)合Ια和Ιβ進行速度估算與角度計算，得到轉(zhuǎn)子相對定子的變化角度Θ以及電機的轉(zhuǎn)速參考值Ν*，通過Ια、Ιβ和Θ這三個變量，采用Park變換將相對定子靜止的坐標變成相對轉(zhuǎn)子靜止的坐標，并且得到給定值Id和Iq，所述Id為相對轉(zhuǎn)子靜止磁場分量電流，Iq為相對轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)矩分量電流；
[0027]步驟四、通過F0C算法根據(jù)變換后得到的相對于轉(zhuǎn)子靜止的Id和Iq進行逆變換，具體是將速度給定值N與速度參考值N*進行比較，經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到轉(zhuǎn)矩分量電流參考值Iqref，參考值Iqref與給定值Iq進行比較后經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到相對轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)矩分量電壓Vq，同時給定參考值得磁場分量電流參考值Idref與給定值Id比較后經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到相對轉(zhuǎn)子靜止磁場分量電壓Vd，所述Vd和Vq是構(gòu)成發(fā)射到電機的電壓矢量，新的變換角度Θ根據(jù)Park逆變換產(chǎn)生的電壓和Park變換產(chǎn)生的電流進行估算，通過Park逆變換，利用Vd、Vq和Θ三個變量將相對轉(zhuǎn)子靜止的坐標旋轉(zhuǎn)變換到相對定子靜止的坐標并且得到相對定子靜止的兩相正弦正交磁場分量電壓值Va和轉(zhuǎn)矩分量電壓值，再對Va和V β進行Clark逆變換以獲得三相電壓值Va，Vb和Vc ；
[0028]步驟五、通過三相電壓值Va，Vb和Vc計算出新的PWM占空比，通過DSP控制器的事件管理器輸出PWM驅(qū)動波形，隔離驅(qū)動三相橋式逆變電路中相應(yīng)的功率單元，產(chǎn)生所需的電壓矢量來調(diào)節(jié)電機輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。
[0029]本控制方法在無刷直流電機3未啟動時，可通過對主電路2中的逆變電路實施兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通共十二個電壓矢量進行轉(zhuǎn)子初始位置30度區(qū)間的檢測，再采用預(yù)定位法施加電壓矢量對電機轉(zhuǎn)子靜止初始位置進行檢測。然后再利用升壓升頻的方式啟動電機，并只需要電機轉(zhuǎn)動大約一個電周期就可以準確檢測到無刷直流電機的相反電動勢的過零點。
[0030]參照圖4，所述升頻升壓的方式是通過在電路通電后，端電壓檢測電路11得到相反電勢e，經(jīng)過第一 RC濾波電路13的電容上的電壓加到壓控振蕩器22經(jīng)分頻器23分頻后作為時鐘信號輸入到環(huán)形分配器24上，然后轉(zhuǎn)換為換相邏輯信號，同時，該電壓通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊25進行模數(shù)轉(zhuǎn)換將信號送至DSP控制器5內(nèi)部的EV事件管理器26產(chǎn)生變化的PWM驅(qū)動信號，該電壓與參考電壓經(jīng)過比較電路27后輸出模式控制信號，通過得到的換相邏輯信號與PWM驅(qū)動信號控制驅(qū)動主電路2中逆變器各功率單元的導(dǎo)通關(guān)斷順序與時長，使得逆變器輸出電壓發(fā)生變化。
【主權(quán)項】
1.一種無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:包括由超級電容器和鋰電池組成的復(fù)合電源(1)、由雙向DC-DC變換器和逆變器組成的主電路(2)、無刷直流電機(3)及DSP控制器(5)，所述復(fù)合電源(1)、主電路(2)與無刷直流電機(3)依次相連，主電路(2)通過采樣電路⑷連接DSP控制器(5)，DSP控制器(5)分別通過驅(qū)動電路(9)和保護電路⑶連接主電路(2)，DSP控制器(5)連接接口電路(6)和功能按鍵(10)。2.如權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP控制器(5)連接顯示設(shè)備(7)。3.一種無刷直流電機無位置傳感器控制方法，其特征在于由以下步驟構(gòu)成: 步驟一、檢測相電壓反電勢信號與相電流信號，相電壓反電勢信號的檢測是通過基于端電壓的采樣電路⑷中的端電壓檢測電路(11)經(jīng)過電阻分壓采樣電路(12)與第一 RC濾波電路(13)低通濾波后，再經(jīng)過由第一運算放大器(14)構(gòu)成的減法電路(15)后獲得關(guān)斷相的反電勢信號；相電流信號的檢測是采樣電路⑷中的相電流檢測電路(16)通過在主電路(2)中的三相橋式逆變電路(17)的任意兩對橋壁中串聯(lián)接入采樣電阻(18)，將電機的相電流轉(zhuǎn)換成電壓信號經(jīng)過第二 RC濾波電路(19)低通濾波、偏置電路(20)電壓預(yù)置之后經(jīng)過運算放大電路(21)運放放大得到相電流信號，將反電勢信號與相電流信號輸出給DSP控制器(5)內(nèi)部12位ADC，作為輸入信號送入FOC算法控制過程中； 步驟二、通過檢測到的兩相導(dǎo)通相的反電勢信號作差計算出線反電勢，線反電勢過零點對應(yīng)無刷直流電機(3)的換向時刻，利用檢測到的兩相相電流經(jīng)過角度換算得到第三相相電流，進一步計算出任一相導(dǎo)通時相電流起始與結(jié)束的時刻，并計算起始與結(jié)束的時刻分別所對應(yīng)的反電勢，再將二者作差得出反電勢偏差，以反電勢偏差值作為輸入變量通過模糊PI計算，進一步得到轉(zhuǎn)子誤差補償角度，當(dāng)偏差為零時，相電流波形的中點位于相反電勢波形的中點； 步驟三、通過FOC算法進行坐標變換以確定轉(zhuǎn)子位置，所述坐標變換是通過檢測相電流la和Ib，經(jīng)計算得到第三相相電流Ic，經(jīng)Clark變換將三相對稱、相隔120度角的交流電Ia、Ib和Ic變換得到相隔90度角的正弦交流電Ια和I β，所述I α為相對定子靜止的磁場分量電流，I β為相對定子靜止的轉(zhuǎn)矩分量電流，利用線反電勢檢測確定的換相時刻與計算得到的轉(zhuǎn)子誤差補償角度來確定精確的轉(zhuǎn)子位置，并結(jié)合Ια和Ιβ進行速度估算與角度計算，得到轉(zhuǎn)子相對定子的變化角度Θ以及電機的轉(zhuǎn)速參考值Ν*，通過Ια、Ιβ和Θ這三個變量，采用Park變換將相對定子靜止的坐標變成相對轉(zhuǎn)子靜止的坐標，并且得到給定值Id和Iq，所述Id為相對轉(zhuǎn)子靜止磁場分量電流，Iq為相對轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)矩分量電流； 步驟四、通過FOC算法根據(jù)變換后得到的相對于轉(zhuǎn)子靜止的Id和Iq進行逆變換，具體是將速度給定值N與速度參考值N*進行比較，經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到轉(zhuǎn)矩分量電流參考值Iqref，參考值Iqref與給定值Iq進行比較后經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到相對轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)矩分量電壓Vq，同時給定參考值得磁場分量電流參考值Idref與給定值Id比較后經(jīng)過模糊PI調(diào)節(jié)得到相對轉(zhuǎn)子靜止磁場分量電壓Vd，所述Vd和Vq是構(gòu)成發(fā)射到電機的電壓矢量，新的變換角度Θ根據(jù)Park逆變換產(chǎn)生的電壓和Park變換產(chǎn)生的電流進行估算，通過Park逆變換，利用Vd、Vq和Θ三個變量將相對轉(zhuǎn)子靜止的坐標旋轉(zhuǎn)變換到相對定子靜止的坐標并且得到相對定子靜止的兩相正弦正交磁場分量電壓值Va和轉(zhuǎn)矩分量電壓值，再對Va和V β進行Clark逆變換以獲得三相電壓值Va，Vb和Vc ； 步驟五、通過三相電壓值Va，Vb和Vc計算出新的PWM占空比，通過DSP控制器的事件管理器輸出PWM驅(qū)動波形，隔離驅(qū)動三相橋式逆變電路中相應(yīng)的功率單元，產(chǎn)生所需的電壓矢量來調(diào)節(jié)電機輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩。4.如權(quán)利要求3所述的一種無刷直流電機無位置傳感器控制方法，其特征在于:無刷直流電機(3)未啟動時，通過對主電路(2)中的逆變電路實施兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通共十二個電壓矢量進行轉(zhuǎn)子初始位置30度區(qū)間的檢測，再采用預(yù)定位法施加電壓矢量對電機轉(zhuǎn)子靜止初始位置進行檢測。5.如權(quán)利要求4所述的一種無刷直流電機無位置傳感器控制方法，其特征在于:在電機轉(zhuǎn)子初始位置確定后，以升頻升壓的方式驅(qū)動無刷直流電機(3)啟動。6.如權(quán)利要求5所述的一種無刷直流電機無位置傳感器控制方法，其特征在于:所述升頻升壓的方式是在電路通電后，端電壓檢測電路(11)得到相反電勢e，經(jīng)過第一 RC濾波電路(13)的電容上的電壓加到壓控振蕩器(22)經(jīng)分頻器(23)分頻后作為時鐘信號輸入到環(huán)形分配器(24)上，然后轉(zhuǎn)換為換相邏輯信號，同時，該電壓通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊(25)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換將信號送至DSP控制器(5)內(nèi)部的EV事件管理器(26)產(chǎn)生變化的PWM驅(qū)動信號，該電壓與參考電壓經(jīng)過比較電路(27)后輸出模式控制信號，通過得到的換相邏輯信號與PWM驅(qū)動信號控制驅(qū)動主電路(2)中逆變器各功率單元的導(dǎo)通關(guān)斷順序與時長，使得逆變器輸出電壓發(fā)生變化。
【專利摘要】一種無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括復(fù)合電源、主電路、無刷直流電機及DSP控制器，復(fù)合電源、主電路與無刷直流電機依次相連，主電路經(jīng)采樣電路連接DSP控制器，DSP控制器分別經(jīng)驅(qū)動電路和保護電路連接主電路，DSP控制器連接接口電路和功能按鍵；該方法包括：一、檢測相電壓反電勢信號與相電流信號，二、計算線反電勢，三、確定轉(zhuǎn)子位置，四、進行逆變換，五、產(chǎn)生PWM占空。本發(fā)明通過線反電勢法檢測電機在啟動與低速階段的反電勢，并將改進線反電勢法融入FOC算法，簡化了FOC算法在位置與速度的計算過程，提高了系統(tǒng)的實時性與控制精度，達到改善電機動態(tài)性能的目的。
【IPC分類】H02P21/18, H02P21/28, H02P25/03, H02P27/06
【公開號】CN105391364
【申請?zhí)枴緾N201510828298
【發(fā)明人】周美蘭, 吳磊磊, 張小明, 胡玲玲, 劉占華
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月24日