一种无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法及控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法及控制系统。通过傅里叶分解获得电机相反电势谐波信息，分析存在换相点相位偏移时导通区开始与结束时电机端电压差值与换相点偏移相位之间的解析关系，并根据反电势谐波信息反推换相点偏移相位，进而将实时计算的相位偏差叠加到原始信号中，得到高精度的换相信号。控制系统基于所设计的校正方法,采用闭环控制方式,有效减少了无位置传感器电机的换相误差，大大提高了误差收敛速度与无位置传感器电机的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法及控制系统，用于实现无位置传感器无刷直流电机转子精确换相。
技术介绍
无刷直流电机具有结构简单、维护方便、效率高、可控性好、调速性能优异等优点，在工业领域广泛应用。传统无刷直流电机采用位置传感器进行转子位置检测，并实现换相。但是位置传感器的安装通常需要位置对准，增加额外的引线，影响系统可靠性，同时军品霍尔元件磁性引脚会增加系统功耗。为了避免上述不利因素，将无位置传感器电机驱动技术应用于无刷直流电机。无位置传感器换相控制通常采用相反电势过零点检测法，该方法技术成熟，尤其在中高速下应用简单可靠。然而，由于低通滤波、电枢反应及器件延迟的原因，相反电势过零点检测法不可避免地会产生位置检测误差，导致电机转矩脉动增大，高速下引发非导通相二极管续流，产生负的电磁力矩，降低电机效率。因此，必须研究基于无位置传感器技术的无刷直流电机高精度换相方法，减小转矩脉动，降低系统稳态功耗，同时保证电机在全速度范围内实现无位置传感器换相控制，提高可靠性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对无位置传感器无刷直流电机转子换相存在误差的问题，基于电机端电压差与换相点相位偏移之间的关系，提出一种无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法，并设计实现该方法的控制系统，精确补偿反电势过零点法的换相误差，大大减少了误差收敛时间，提高了换相精度。本专利技术的技术解决方案：无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正控制系统，包括28V直流稳压电源(1)、Buck变换器(2)、三相全桥电路(3)、陷波器(4)、无刷直流电机(5)、反电势过零点信号获取电路(6)、相电压获取电路(7)、数字控制器(8)等。反电势过零点信号获取电路(6)，包括RC低通滤波器，虚拟中性点电路，电压比较器。三相电压经过低通滤波器后分别与虚拟中性点电压进行比较，得到三相反电势过零点信号；相电压获取电路(7)将某一相端电压与虚拟中性点电压进行比较得到该相电压。数字控制器(8)由FPGA+DSP实现，其中FPGA部分包括PWM调制模块、采样脉冲生成模块、A/D接口模块、原始换相信号延迟模块、转速测量模块等；DSP部分由PID调节器、相电压差计算模块、换相误差计算与补偿模块组成。采样脉冲生成模块，根据三路原始换相信号，在某相导通前一时刻和导通结束后一时刻分别产生采样脉冲。原始换相信号延迟模块将输入的过零点信号延迟30电角度，产生三路原始换相信号；A/D接口模块将相电压获取电路输出的相电压信号根据AD时钟频率不断转换为数字量；相电压差计算模块计算相邻两次采样时刻得到的相电压数字量差值；换相误差计算与补偿模块利用取得的电压差根据误差计算方程计算出换相误差，然后由换相误差算出补偿时间叠加到三路原始换相信号中，得到精确换相信号。本专利技术的原理是：无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法，根据无刷直流电机的电压方程，非导通相相电压即为该相反电势，通过检测反电势过零点信号并延迟30电角度可以产生三路原始换相信号，根据反电势谐波方程，换相信号有误差时，某相反电势在该相导通开始和结束时会产生不对称现象，检测该不对称值即电压差，根据误差解算方程即可算出换相误差，换相时刻调节器根据换相误差生成补偿信号，叠加到三路原始换相信号中，即可得到三路准确的换相信号。所述根据误差解算方程计算出换相误差的实现步骤如下：第一步，误差解算方程为如下三次方程：a·α3+c·α+d＝0 a = - 1 3 · ( A 1 · s i n ( δ + π 3 ) + 27 · A 3 · s i n ( 3 δ ) + 125 · A 5 · s i n ( 5 · δ + 5 π 3 ) ) ]]> c = 2 · ( A 1 · s i n ( δ + π 3 ) + 3 · A 3 · s i n ( 3 δ ) + 5 · A 5 · s i n ( 5 · δ + 5 π 3 ) ) ]]>d＝-V(α)其中△V表示电压差，α表示换相误差，A2k-1表示相应阶次的谐波系数(可通过对反电势波形进行离线快速傅里叶变换得到)，理想情况下误差解算方程应由反电势方程严格地在导通前和导通结束后两时刻的反电势求差，但由于电机换相时，电机端电压存在波动，为避免换相电压脉动的影响，对反电势方程求差的两个时刻进行调整，设置最大相移δrad，分别将导通开始前δrad,导通结束后δrad两时刻的反电势求差并忽略差值中影响较小的高次项谐波，然后对其正弦项进行泰勒级数展开忽略高次项得到实际的误差解算方程；δrad由电机电感值、电机角速度与相电流初值推算得到，以B相为例，其他相类似，B相关断后的电流为： 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转子换相误差校正方法，其特征在于：根据无刷直流电机的电压方程，非导通相相电压即为该相反电势，通过检测反电势过零点信号并延迟30电角度产生三路原始换相信号，根据反电势谐波方程，换相信号有误差时，相反电势在该相导通开始和结束时会产生不对称，检测该不对称值即电压差，根据误差解算方程即可计算出换相误差，调节器根据换相误差生成补偿信号，叠加到三路原始换相信号中，即可得到三路精确的换相信号。

【技术特征摘要】
1.一种无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法，其特征在于：根据无刷直流电机的电压方程，非导通相相电压即为该相反电势，通过检测反电势过零点信号并延迟30电角度产生三路原始换相信号，根据反电势谐波方程，换相信号有误差时，相反电势在该相导通开始和结束时会产生不对称，检测该不对称值即电压差，根据误差解算方程即可计算出换相误差，调节器根据换相误差生成补偿信号，叠加到三路原始换相信号中，即可得到三路精确的换相信号。2.根据权利要求1所述的无位置传感器无刷直流电机转子换相误差校正方法，其特征在于：所述根据误差解算方程计算出换相误差的实现步骤如下：第一步，误差解算方程为如下三次方程：a·α3+c·α+d＝0 a = - 1 3 · ( A 1 · s i n ( δ + π 3 ) + 27 · A 3 · s i n ( 3 δ ) + 125 · A 5 · s i n ( 5 · δ + 5 π 3 ) ) ]]> c = 2 · ( A 1 · s i n ( δ + π 3 ) + 3 · A 3 · s i n ( 3 δ ) + 5 · A 5 · s i n ( 5 · δ + 5 π 3 ) ) ]]>d＝-V(α)其中ΔV表示电压差，α表示换相误差，A2k-1表示相应阶次的谐波系数，为避免换相电压脉动的影响，对反电势方程求差的两个时刻进行调整，设置最大相移δrad，分别将导通开始前δrad,导通结束后δrad两时刻的反电势求差并忽略差值中影响较小的高次项谐波，然后对反电势差值基波及低次谐波正弦项进...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新秀，陈曦，方敏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11