一种无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法技术

一种无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法，涉及无刷直流电机控制技术领域，采用H_ON‑L_PWM调制方式，步骤如下：判断电机驱动逆变器下桥PWM是否为导通状态；若为“是”，根据公式：进行判断；上桥臂换相时、计算关断相续流持续时间tu，下桥臂换相时、计算关断相续流持续时间td，随后换相；采用本发明专利技术的直流电机控制器，在功能达到预定需求的情况下可省去硬件滤波电路部分，降低成本、节约空间，且可避开PWM开关噪声和换相时电流续流噪声的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无刷直流电机控制
，详细的讲是一种电机反电动势过零点判断精准、电机三相换相时刻正确、能够通过软件滤除干扰的无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法。
技术介绍
无刷直流电机结构简单且稳定可靠，与传统的有刷直流电机相比，其安全、无火花且效率更高，但由于位置传感器的安装既增加了电机的体积、提高了成本，又会增加信号线的数量，使电机的可靠性降低，近年来无位置传感器无刷直流电机的控制和电机的换相方法成为许多专家学者的研究热点。反电动势法是现在得到普遍应用的方法之一，对于使用最多的星形连接二二导通三相六状态工作方式，除换相瞬间，均存在一相非导通相。因此，可通过非导通相反电动势的变化情况来得到反电动势的过零点，进而可得到正确的换相时刻。有一种方法是不通过电机的中性点电压，直接检测PWM为OFF时刻的反电动势来获得过零点信号，从而正确换相，对高频噪声不敏感且不需要硬件滤波电路，但该方法在PWM全开时无法工作。还有一种改良后的基于扩展卡尔曼滤波的反电动势检测方法，该方法相比而言有较多的运算模块，对控制芯片的运算能力提出了较高要求，增加了控制成本。有人提出了一种利用反电动势的特点基于坐标变换来构建转子位置信号，实现正确换相的方法。有人设计了一种固定相位滞后的低通滤波器电路，来提取反电动势的基波信号。还有人提出了一种改进的通过检测电机线电压来计算得到反电动势过零点和一种利用线反电动势过零原理来获得换相时刻的方法。但由于PWM开关噪声的存在以及换相瞬间电流续流产生的噪声，上述三种方法均建立在通过硬件电路进行滤波的基础上。深度的低通滤波会带来较大的相位延迟，若滤波不彻底仍会带来噪声，产生误判断。为补偿深度低通滤波电路带来的相位延迟，上述产生相位延迟的方法均同时提出了各自的补偿方法。此外，也有许多人专门针对相位误差和其补偿方法进行了讨论。有一种方法是利用端电压偏差能够反映转子位置信号相移，通过PI调节器予以消除。还有一种方法是利用非导通相续流电流的偏差能够反映转子信号相位误差，同样通过PI调节器进行补偿，实现正确换相。以上方法虽然对相位误差进行了补偿，但这样不仅在硬件上增加了复杂的滤波电路，在软件上增加了计算量，而且在PWM调制方式等使用条件有着一定的限制，使该方法产生了一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种电机反电动势过零点判断精准、电机三相换相时刻正确、能够通过软件滤除干扰的无位置传感器无刷直流电机的无硬件滤波换相方法。本专利技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波换相方法，采用H_ON-L_PWM调制方式，其特征在于包括如下步骤：1)在ADC中断中采集电机三相电压和电流值，再检测电机控制器控制芯片的PWM模块寄存器的状态，判断电机驱动逆变器下桥PWM是否为导通状态(简称为PWM为ON状态)；2)若为“否”，说明此时不应进行反电动势过零点判断，退出ADC中断，重复步骤1)的操作；若为“是”，说明此时应进行反电动势过零点判断，根据公式：进行反电动势过零点判断；3)将控制芯片记录的上一步换相延时时间、与新检测到的当前换相延时时间作平均值，将其作为新的换相延时时间，进行换相延时修正；4)在进行上述操作期间，若定时器达到定时周期预定值，则进入定时器中断，进行定时计数操作；5)在步骤2)判断到达过零点后，判断定时计数值是否达到修正后的换相延时的时刻，若为“否”，则退出定时器中断重新等待进入定时器中断判断，再次进行定时计数操作；若为“是”，则利用ADC中断中采集的电机三相电流值，当上桥臂换相时，通过上桥臂续流时间表达式计算关断相续流持续时间tu，当下桥臂换相时，通过下桥臂续流时间表达式对关断相续流持续时间td进行计算，随后进行换相操作；6)换相完成后对定时计数值是否达到刚刚所计算的相应换相桥臂的续流时间tu(td)进行判断，若为“否”，说明仍在续流期间，则退出定时器中断，并重新进入定时器中断，进行定时计数操作，并再次进行判断定时计数值是否达到续流时间tu(td)；若为“是”，说明已完成续流，干扰消除，退出定时器中断，本次换相循环结束，进行下一次换相循环。其中，进入ADC中断的频率远大于进入定时器中断的频率，从而保证定时器所采用的电压电流值都是实时变化的。ea、eb、ec为定子绕组相反电动势；uao、ubo、uco为三相绕组输出端对直流电源地的电压，即各相的端电压；US表示直流电源对直流电源地电压；L为每相绕组的自感与互感之差；I为换相前A相中电流的稳态值；d为PWM占空比。本专利技术中，由于步骤1)的电机驱动逆变器下桥PWM的ON状态的判断是在无位置传感器无硬件滤波电路的情况下通过对非导通相端电压进行定区间检测；步骤5)及步骤6)对于是否达到续流时间t的判断，是对换相时的续流噪声采取适当的延时操作来避开其干扰从而精准确定换相时刻。因此通过软件滤波的方法克服了现有技术中有硬件滤波的情况下带来的相位延迟的问题，采用本专利技术的直流电机控制器，在功能达到预定需求的情况下可省去硬件滤波电路部分，降低成本、节约空间，且可避开PWM开关噪声和换相时电流续流噪声的干扰。附图说明图1为基于端电压的无刷直流电机反电动势检测电路。图2为理想反电动势波形图。图3为H_ON-L_PWM调制方式下开关管导通图。图4为H_ON-L_PWM调制方式占空比d不为100％时部分B、C相导通-B、A相导通-C、A相导通-C、B相导通-A、B相导通-部分A、C相导通期间C相端电压波形图。图5为H_ON-L_PWM调制方式占空比d不为100％时A、B相导通VT6开启时等效电路图。图6为H_ON-L_PWM调制方式占空比d不为100％时A、B相导通VT6关断时等效电路图。图7为A相、C相导通换为B相、C相导通后的电流流向示意图，其中(a)为PWM为ON时的电流流向示意图，(b)PWM为OFF时的电流流向示意图。图8为C相、A相导通换为C相、B相导通后的电流流向示意图，其中(a)为PWM为ON时的电流流向示意图，(b)为PWM为OFF时的电流流向示意图。图9为本专利技术中断流程图。图10为固定占空比d但不同负载下的电机C相端电压波形放大图，其中(a)为d＝0.5，母线电流IS＝0.1A时的波形放大图，(b)为d＝0.5，母线电流IS＝0.3A时的波形放大图，(c)为d＝0.5，母线电流IS＝0.6A时的波形放大图。图11为固定负载但不同占空比d下的电机C相端电压波形放大图，其中(a)为d＝0.4，母线电流IS＝0.26A时的放大图，(b)为d＝0.6，母线电流IS＝0.37A时的放大图，(c)为d＝0.8，母线电流IS＝0.49A时的放大图。具体实施方式无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波换相方法，采用H_ON-L_PWM调制方式，其特
征在于包括如下步骤：1)在ADC中断中采集电机三相电压和电流值，再检测电机控制器控制芯片的PWM模块寄存器的状态，判断电机驱动逆变器下桥PWM是否为导通状态(简称为PWM为ON状态)；2)若为“否”，说明此时不应进行反电动势过零点判断，退出ADC中断，重复步骤1)的操作；若为“是”，说明此时应进行反电动势过零点判断，根据公式：进行反电动势过零点判本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波换相方法，采用H_ON‑L_PWM调制方式，其特征在于包括如下步骤：1)在ADC中断中采集电机三相电压和电流值，再检测电机控制器控制芯片的PWM模块寄存器的状态，判断电机驱动逆变器下桥PWM是否为导通状态(简称为PWM为ON状态)；2)若为“否”，说明此时不应进行反电动势过零点判断，退出ADC中断，重复步骤1)的操作；若为“是”，说明此时应进行反电动势过零点判断，根据公式：进行反电动势过零点判断；3)将控制芯片记录的上一步换相延时时间、与新检测到的当前换相延时时间作平均值，将其作为新的换相延时时间，进行换相延时修正；4)在进行上述操作期间，若定时器达到定时周期预定值，则进入定时器中断，进行定时计数操作；5)在步骤2)判断到达过零点后，判断定时计数值是否达到修正后的换相延时的时刻，若为“否”，则退出定时器中断重新等待进入定时器中断判断，再次进行定时计数操作；若为“是”，则利用ADC中断中采集的电机三相电流值，当上桥臂换相时，通过上桥臂续流时间表达式计算关断相续流持续时间tu，当下桥臂换相时，通过下桥臂续流时间表达式对关断相续流持续时间td进行计算，随后进行换相操作；6)换相完成后对定时计数值是否达到刚刚所计算的相应换相桥臂的续流时间tu(td)进行判断，若为“否”，说明仍在续流期间，则退出定时器中断，并重新进入定时器中断，进行定时计数操作，并再次进行判断定时计数值是否达到续流时间tu(td)；若为“是”，说明已完成续流，干扰消除，退出定时器中断，本次换相循环结束，进行下一次换相循环。...

【技术特征摘要】
1.一种无位置传感器无刷直流电机无硬件滤波换相方法，采用H_ON-L_PWM调制方式，其特征在于包括如下步骤：1)在ADC中断中采集电机三相电压和电流值，再检测电机控制器控制芯片的PWM模块寄存器的状态，判断电机驱动逆变器下桥PWM是否为导通状态(简称为PWM为ON状态)；2)若为“否”，说明此时不应进行反电动势过零点判断，退出ADC中断，重复步骤1)的操作；若为“是”，说明此时应进行反电动势过零点判断，根据公式：进行反电动势过零点判断；3)将控制芯片记录的上一步换相延时时间、与新检测到的当前换相延时时间作平均值，将其作为新的换相延时时间，进行换相延时修正；4)在进行上述操作期间，若定时器达到定时周期预定值，则进入定时器中断，进行定时计数操作；5)在步骤2)判断到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大方，于知杉，张鹏，贾隆，宋鹏，邱美玲，刘栋顺，
申请(专利权)人：王大方，
类型：发明
国别省市：山东;37