高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷直流電機控制領(lǐng)域，具體涉及一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速無刷直流電機采用Buck(直流降壓)變換器加三相逆變橋的方式進行驅(qū)動，其換相時刻由位置信號決定，位置信號是通過三個霍爾傳感器得到的，由于霍爾傳感器受到電機磁場、RC濾波器以及安裝位置偏差等影響，其發(fā)出的換相信號滯后于真實的換相信號，存在一定的滯后角度。當電機工作在高速時，該換相滯后角會引起直流電機非導通相繞組出現(xiàn)較大續(xù)流，導通相繞組在關(guān)斷前出現(xiàn)較大的電流尖峰，導致電機相電流波形發(fā)生畸變，電機發(fā)熱量增加，溫度升高，從而產(chǎn)生額外的電機損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點而提出的，其目的是提供一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案的原理:
高速無刷直流電機換相滯后角補償方法通過DSP(數(shù)字信號處理器)在換相中斷程序中將換相點提前以實現(xiàn)對滯后角的補償。
[0005]滯后角由中斷延遲滯后角、安裝誤差角、RC濾波滯后角三部分組成，其中中斷延遲、霍爾傳感器安裝誤差都是靜態(tài)誤差，可以通過測量獲得，霍爾信號經(jīng)RC濾波器產(chǎn)生的動態(tài)誤差則通過計算獲得。
[0006]無刷直流電機以霍爾信號為中斷觸發(fā)信號，按照一定的順序，每60°電角度(一個換相周期為60°電角度)進行一次換相，由于中斷服務程序只能進行中斷延時，不能進行中斷超前。為了實現(xiàn)滯后角補償，必須先根據(jù)電機的實時轉(zhuǎn)速計算出60°電角度對應的換相周期，再將換相順序提前60°電角度(一個換相周期)，然后在中斷程序中，通過定時程序推遲60°電角度減去滯后角后對應的時間，再進行換相，這樣便將換相時刻提前了一定的滯后角，實現(xiàn)了滯后角補償?shù)哪康摹?br>[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法，包括以下步驟:
(I)開始
從主程序入口開始程序；
(Π)初始化
進行DSP控制板的初始化，完成DSP控制板外設(shè)時鐘、看門狗、1 口以及中斷向量表的初始化工作；
(m)配置寄存器
配置DSP控制板的定時器、PWM寄存器、SCI寄存器以及捕捉中斷寄存器，并使能相關(guān)中斷功能(S3);
(IV)初始化軟件參數(shù)初始化定時器、PWM占空比、延時時間、RS232通訊軟件等相關(guān)參數(shù)；
(V)循環(huán)等待
進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生；
(VI)中斷程序并返回
執(zhí)行霍爾信號中斷子程序，完成后返回主程序的循環(huán)等待；
所述霍爾信號中斷子程序包括以下步驟:
(I)中斷開始
發(fā)生捕捉中斷，進入霍爾信號中斷程序；
(π)提如換相順序
根據(jù)電機換相順序表，將無刷直流電機換相順序提前60度電角度；
(ΙΠ)計算電機轉(zhuǎn)速
實時計算無刷直流電機的轉(zhuǎn)速及電機換相周期；
(IV)計算延時時間計算無刷直流電機換相推遲角度對應的時間；
(V)執(zhí)行換相
進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生；
(VI)中斷完成返回主程序
調(diào)用延時程序進行延時，延時后進行電機換相。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明能有效消除電機換相滯后角，抑制非導通相續(xù)流及導通相電流關(guān)斷前的電流尖峰，達到減小直流電機相電流波形畸變，減少電機發(fā)熱量，降低電機損耗，提高電機效率的目的。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法應用于的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中霍爾信號值與無刷直流電機的導通相對應圖；
圖3是本發(fā)明高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法的主程序流程示意圖；
圖4是本發(fā)明中霍爾信號中斷子程序的流程示意圖。
[0010]其中:
I直流電源2 Buck變換器
3三相逆變橋4無刷直流電機
5 DSP控制板。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合實施例對說明書附圖對本發(fā)明高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法及其控制系統(tǒng)進行詳細說明: 如圖3所示，一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法，包括以下步驟:
(I)開始
從主程序入口開始程序(SI);
(Π )初始化
進行DSP控制板5的初始化，完成DSP控制板5外設(shè)時鐘、看門狗、1 口以及中斷向量表的初始化工作(S2);
(m)配置寄存器
配置DSP控制板5的定時器、PffM寄存器、SCI寄存器以及捕捉中斷寄存器，并使能相關(guān)中斷功能(S3);
(IV)初始化軟件參數(shù)初始化定時器、PWM占空比、延時時間、RS232通訊軟件等相關(guān)參數(shù)(S4);
(V)循環(huán)等待
進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生(S5);
(VI)中斷程序并返回
執(zhí)行霍爾信號中斷子程序，完成后返回主程序的循環(huán)等待(S6);
如圖4所示，所述霍爾信號中斷子程序包括以下步驟:
(I)中斷開始
發(fā)生捕捉中斷，進入霍爾信號中斷程序(S7);
(Π )提如換相順序
根據(jù)電機換相順序表，將無刷直流電機4換相順序提前60度電角度(S8);
(ΙΠ)計算電機轉(zhuǎn)速
實時計算無刷直流電機4的轉(zhuǎn)速及電機換相周期(S9);
(IV)計算延時時間計算無刷直流電機4換相推遲角度對應的時間(SlO);
(V)執(zhí)行換相
進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生(S11);
(VI)中斷完成返回主程序
調(diào)用延時程序進行延時，延時后進行電機換相(S12)。
[0012]如圖1所示，按照高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法所使用的控制系統(tǒng)，包括直流電源1、Buck變換器2、三相逆變橋3、無刷直流電機4和DSP控制板5;所述Buck變換器2由可控硅Tl、二極管Dl、電感LI以及電容Cl組成，所述三相逆變橋3由三個橋臂的六個可控硅Ql- Q6組成。
[0013]所述直流電源I的正端與可控硅TI的集電極連接;直流電源I的負端與二極管DI的陽極、電容CI的負極連接，電感LI一端同時與可控硅TI的發(fā)射極、二極管DI的陰極連接，電感LI的另一端與電容Cl的正極連接；電容Cl的正極與可控硅Ql、可控硅Q3、可控硅Q5的集電極連接，電容Cl的負極與可控硅Q2、可控硅Q4、可控硅Q6的發(fā)射極連接，可控硅Ql的發(fā)射極與可控硅Q2的集電極連接，可控硅Q3的發(fā)射極與可控硅Q4的集電極連接，可控硅Q5的發(fā)射極與可控硅Q6的集電極連接;無刷直流電機4的A相與可控硅QI的發(fā)射極、可控硅Q2的集電極連接，無刷直流電機4的B相與可控硅Q3的發(fā)射極、可控硅Q4的集電極連接，無刷直流電機4的C相與可控硅Q5的發(fā)射極、可控硅Q6的集電極連接。無刷直流電機4產(chǎn)生的三個霍爾信號Hal lA、Hal IB和Hal IC由DSP控制板5接收;DSP控制板5產(chǎn)生的PffM信號由Buck變換器2接收。
[0014]所述直流電源I為無刷直流電機提供直流電，Buck變換器2將直流電變換為可調(diào)的直流電壓，三相逆變橋3用于無刷直流電機的換相，DSP控制板5用于霍爾信號的采集、PffM信號生成、電機控制算法實現(xiàn)以及人機通訊等功能，DSP控制板5選用TI公司生產(chǎn)的以TMS320F2812芯片為核心的系統(tǒng)控制板，TMS320F2812芯片是32位定點數(shù)字信號處理器，運算頻率高達150MHz，具有運算精度高，系統(tǒng)處理能力強等特點，同時芯片內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換模塊、串口通信模塊和事件管理器等模塊，可方便實現(xiàn)信號的采集輸出、霍爾信號捕獲、PWM信號生成以及電機控制等功能。
[0015]如圖2所示，圖中HallA、HallB、HallC分別代表無刷直流電機的三個霍爾位置信號，其中I代表高電平，O代表低電平，A、B、C代表無刷直流電機的三相繞組，Ql- Q6代表三相逆變橋的可控硅，根據(jù)同一時刻三個霍爾信號的值，控制三相逆變橋相應可控硅的導通，便可實現(xiàn)無刷直流電機的換相功能。無刷直流電機4的位置信號是通過三個霍爾傳感器檢測得到的，三個霍爾器環(huán)繞在轉(zhuǎn)子周圍，在空間上間隔120°，轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾傳感器時，霍爾傳感器會產(chǎn)生一個180°脈寬的輸出信號，三個霍爾傳感器的輸出信號互差120°，在每個旋轉(zhuǎn)周期中共有6個上升沿或下降沿，分別對應6個換相時刻，根據(jù)三個霍爾信號的值，便可驅(qū)動相應的開關(guān)管，實現(xiàn)電機的正確換相。
[0016]本發(fā)明能有效消除電機換相滯后角，抑制非導通相續(xù)流及導通相電流關(guān)斷前的電流尖峰，達到減小直流電機相電流波形的畸變，減少電機損耗，進一步降低了電機發(fā)熱量，提高了電機效率的目的。
【主權(quán)項】
1.一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法，其特征在于:包括以下步驟: (I)開始 從主程序入口開始程序(SI)； (Π)初始化 進行DSP控制板(5 )的初始化，完成DSP控制板(5 )外設(shè)時鐘、看門狗、1 口以及中斷向量表的初始化工作(S2); (m)配置寄存器 配置DSP控制板(5)的定時器、PffM寄存器、SCI寄存器以及捕捉中斷寄存器，并使能相關(guān)中斷功能(S3); (IV)初始化軟件參數(shù) 初始化定時器、PWM占空比、延時時間、RS232通訊軟件等相關(guān)參數(shù)(S4); (V)循環(huán)等待 進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生(S5 ); (VI)中斷程序并返回 執(zhí)行霍爾信號中斷子程序，完成后返回主程序的循環(huán)等待(S6); 所述霍爾信號中斷子程序包括以下步驟: (I)中斷開始 發(fā)生捕捉中斷，進入霍爾信號中斷程序(S7); (Π )提如換相順序 根據(jù)電機換相順序表，將無刷直流電機(4)換相順序提前60度電角度(S8); (ΙΠ)計算電機轉(zhuǎn)速 實時計算無刷直流電機(4)的轉(zhuǎn)速及電機換相周期(S9); (IV)計算延時時間 計算無刷直流電機(4)換相推遲角度對應的時間(S10); (V)執(zhí)行換相 進入主循環(huán)，等待捕捉中斷發(fā)生(SI I); (VI)中斷完成返回主程序 調(diào)用延時程序進行延時，延時后進行電機換相(SI 2 )。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速無刷直流電機換相滯后角軟件補償方法，所述補償方法包括（Ⅰ）開始；（Ⅱ）初始化；（Ⅲ）配置寄存器；（Ⅳ）初始化軟件參數(shù)；（Ⅴ）循環(huán)等待和（Ⅵ）中斷程序并返回。本發(fā)明能有效消除電機換相滯后角，抑制非導通相續(xù)流及導通相電流關(guān)斷前的電流尖峰，達到減小直流電機相電流波形畸變，減少電機發(fā)熱量，降低電機損耗，提高電機效率的目的。
【IPC分類】H02P6/16
【公開號】CN105529963
【申請?zhí)枴緾N201610100455
【發(fā)明人】魏振, 豐向陽
【申請人】核工業(yè)理化工程研究院
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年2月24日