一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制方法領域，具體是一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法。
【背景技術】
[0002]現階段無位置傳感器無刷直流電機多采用開環(huán)啟動方式，當轉速足夠高，反電動勢可以通過未通電相檢測到，再切換至閉環(huán)控制。開環(huán)啟動的最大缺點在于啟動電流大，固定時間內對其中兩相通電，對于不同負載的電機產生的啟動電流也是不同的，所以電機在不同的負載下需要在控制程序中調整換相時間，否則容易造成啟動失敗。同時換相不精確也容易造成換相轉矩脈動大，體現在轉速上為階梯式上升，無法達到平穩(wěn)啟動的要求。
[0003]現有的解決方案1:基于V-F控制的開環(huán)啟動方式
該方案的缺點是:通過V-F控制的方法可以很容易實現，然而此方法對負載和電機參數敏感，當負載發(fā)生變化或者電機由于溫度等原因造成電機參數發(fā)生變化時，V-F開環(huán)啟動容易造成失速從而啟動失敗。
[0004]現有的解決方案2:基于1-F控制的開環(huán)啟動方式
該方案的缺點是:對于不同的負載來說，1-F控制方法通常具有相對于V-F更好的魯棒性，然而開環(huán)1-F啟動不容易確定參考角速度值，引起的換相不準確會造成啟動轉矩換相脈動的增大，同時固定的母線電壓不能有效抑制啟動電流和換相脈動。
[0005]
【發(fā)明內容】
本發(fā)明的目的是提供一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法，以解決現有技術存在的問題。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:
一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法，其特征在于:轉子對齊定位后，從轉子位置為0開始，設定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用并考慮極對數的影響，產生參考轉子角度，從啟動到切換進入閉環(huán)控制整個過程，增加非換相相電流觀測器，觀測非換相繞組的相電流值的波動范圍，進入換相階段，當觀測到非換相相電流值波動范圍超過設定范圍，待換相結束后，增大參考角速度斜率，設定的波動范圍為多級，超出不同范圍設定斜率的增加有所不同。參考轉子角度與參考電流恒值共同作用產生三相電流參考值，與實時相電流進行PID處理，得到的三個PID值大小進行比較，切換至合適的PWM通道輸入驅動模塊，母線上增加Buck控制電路，當進入換相階段，根據轉子位置不同，實時比較三相電流中的兩者，不同的比較值產生Buck電路中所需的不同PWM值，從而控制母線電壓值，達到降低啟動階段的轉矩脈動和啟動電流值，優(yōu)化了無位置傳感器無刷直流電機的啟動過程，使轉速上升曲線更加平穩(wěn)。
[0007]本發(fā)明針對在無位置傳感器的條件下，增加非換相電流觀測器和相電流比較控制母線電壓的策略，減小換相轉矩脈動和啟動電流。
[0008]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:增加了傳統開環(huán)啟動系統的魯棒性，當負載、電機參數以及設定的參考值不同時，均可以完成對參考角速度的閉環(huán)補償和對母線電壓的閉環(huán)控制，達到平穩(wěn)啟動的目的。
【附圖說明】
[0009]圖1為無位置傳感器無刷直流電機的啟動控制原理框圖。
[0010]圖2為無位置傳感器無刷直流電機的啟動程序具體流程圖。
[0011 ]圖3為無位置傳感器無刷直流電機的啟動程序總體流程圖。
[0012]圖4為傳統1-F開環(huán)啟動方法轉速波形。
[0013]圖5為傳統1-F開環(huán)啟動方法轉矩波形。
[0014]圖6為本專利啟動方法轉速波形。
[0015]圖7為本專利啟動方法轉矩波形。
【具體實施方式】
[0016]—種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法，啟動控制原理框圖如圖1所示，開始階段導通固定兩相，使得轉子對齊，設定此時轉子角度為0。設定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用產生參考轉子角度，增加非換相相電流觀測器，觀測從啟動開始到切換進入閉環(huán)的整個過程，用于對參考角速度進行補償，參考轉子角度用來確定驅動模塊所需要的換相信號和PWM值，參考轉子角度與參考電流恒值共同作用產生三相電流參考值，與實時相電流進行PID處理，得到的三個PID值大小進行比較，切換至合適的P麗通道輸入驅動模塊。增加相電流比較策略，主要針對換相階段起作用，換相階段根據不同的轉子位置比較上升相和下降相的相電流值，從而控制母線電壓值，達到減小換相轉矩脈動和啟動電流的目的。
[0017]無位置傳感器無刷直流電機的啟動程序具體流程如圖2所示，步驟如下:
第一步:施加高頻信號來確定初始轉子位置，通過固定的導通相將轉子對齊定位，施加的高頻信號時間約低于電機時間常數，此時設定初始轉子角度為0。
[0018]第二步:設定恒定的電流參考值，此參考值為電機正常啟動時所需相電流值，設定斜率恒定且為正的角速度參考值，此參考值的斜率按照第一次加速效果設定，不可過大以免造成啟動失敗。參考角速度值通過積分作用并乘以電機極對數獲得參考轉子位置，增加非換相相電流觀測器，對啟動到切換進入閉環(huán)控制全過程中換相階段進行觀測，例如從AB導通切換值AC導通時，觀測A相電流的變化。當檢測到非換相相電流值超出額定相電流值的A I范圍，待換相結束后，增加參考角速度參考值的斜率?！?I范圍設定為多級，超出范圍越小則增加的斜率值越小，反之如果非換相相電流波動超出A I范圍越大，則增加的斜率值越大，如果未超出范圍，則保持角速度參考值斜率不變。
[0019]第三步:參考轉子角度與電流參考恒值共同作用產生三相電流參考值，三相電流參考值與實際相電流參考值分別進行PID控制，產生的三個PWM值可以使用簡單比較原則，選擇PWM值大者使用，或者按照哪一相為電流輸入正相，使用哪一相產生的PWM值，例如當A相為電流進入、B相為電流流出時，使用A相電流產生的PWM值作為驅動模塊的輸入值。
[0020]第四步:換相期間根據轉子角度不同實時比較三相電流值中的兩者，比較策略是換相期間比較上升相電流和下降相電流值，例如從AB導通切換值AC導通時，比較B相電流和C相電流的斜率絕對值，此時B相電流為下降趨勢，C相電流為上升趨勢，當B相電流下降斜率絕對值大于C相電流上升斜率絕對值時，在額定母線電壓的基礎上減小Buck電路中PWM值，反之則增加Buck電路中的PWM值，增加和減小的大小視母線電壓為額定值時PWM值的大小決定，在額定值PWM值附近進行調節(jié)，如此調節(jié)直至下降相電流為0或者上升相電流為額定相電流為止，調節(jié)結束后將PWM值設定為Buck電路產生額定母線電壓的值，其他情況換相方法類同。
[0021]第五步:檢測是否正常啟動，如果轉速上升則重復第二步到第四步，直至實際轉速到達足夠大可以檢測到反電動勢為止，如果不能正常啟動則跳至第一步開始，減小初始參考角速度斜率，直至啟動成功。
[0022]本發(fā)明屬于通用方法，不針對特定參數的直流無刷電機使用，本方法程序總體流程圖如圖3所示。為驗證此方法的可行性，利用仿真軟件進行仿真，選擇額定電壓為24V、額定電流為3.2A，額定負載為0.18Nm的直流無刷電機作為實驗對象。圖4為傳統1-F開環(huán)啟動方法轉速波形，圖5為傳統1-F開環(huán)啟動方法轉矩波形，可以看出轉速波形呈現梯狀上升趨勢，主要原因在于換相階段轉矩脈動大，造成轉速波形無法平穩(wěn)上升。圖6為本專利啟動方法轉速波形，圖7為本專利啟動方法轉矩波形，對比圖4和圖5可以看出應用本專利方法后，可以有效地降低換相轉矩脈動，此時轉速波形更加平穩(wěn)地上升。
[0023]對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0024]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同替換和改進，均應包含在本發(fā)明技術方案的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法，其特征在于:轉子對齊定位后，從轉子位置為0開始，設定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用并考慮極對數的影響，產生參考轉子角度，從啟動到切換進入閉環(huán)控制整個過程，增加非換相相電流觀測器，觀測非換相繞組的相電流值的波動范圍，進入換相階段，當觀測到非換相相電流值波動范圍超過設定范圍，待換相結束后，增大參考角速度斜率，設定的波動范圍為多級，超出不同范圍設定斜率的增加有所不同；參考轉子角度與參考電流恒值共同作用產生三相電流參考值，與實時相電流進行PID處理，得到的三個PID值大小進行比較，切換至合適的PWM通道輸入驅動模塊，母線上增加Buck控制電路，當進入換相階段，根據轉子位置不同，實時比較三相電流中的兩者，不同的比較值產生Buck電路中所需的不同PWM值，從而控制母線電壓值，達到降低啟動階段的轉矩脈動和啟動電流值，優(yōu)化了無位置傳感器無刷直流電機的啟動過程，使轉速上升曲線更加平穩(wěn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無位置傳感器無刷直流電機的啟動方法，從啟動開始到切換進入閉環(huán)增加非換相相電流觀測器，換相階段該觀測器開始起作用，換相結束后對參考角速度進行補償校正，通過相電流與參考值進行PID控制獲得驅動模塊所需的PWM值，在換相階段增加相電流比較策略，實時控制母線電壓值，達到減小換相轉矩脈動和啟動電流的目的。
【IPC分類】H02P6/20, H02P6/10
【公開號】CN105490597
【申請?zhí)枴緾N201610081140
【發(fā)明人】倪有源, 陳浩, 何強, 陳俊華, 余長城
【申請人】合肥工業(yè)大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年2月3日