[發明專利]無刷直流電機微弱反電動勢信號的隨機共振檢測方法

無效

• 申請號: 201110157929.1
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102324880A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 章四兵;周群;宋道斌;葛坤;洪華;竺小松
• 申請（專利權）人: 合肥威師智能電子電器廠
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 吳娜

技術領域

本發明涉及電子信號的檢測領域,尤其是一種無刷直流電機微弱反電動勢信號的隨機共振檢測方法。

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背景技術

無刷直流電動機在運行時需要轉子的位置信號，以控制逆變器中功率管的換流，從而實現定子磁場與轉子的同步運行。大多數無刷直流電機都是靠軸位置傳感器或者其他類型的探測式位置檢測器來實現轉子位置的檢測，這些傳感器不僅增加了成本，使系統連接更加復雜，而且由于傳感器本身存在的缺陷，使得整個系統的可靠性無法得到保證。

無霍爾無刷直流電動機控制器在較高轉速運轉時，通過檢測反電動勢的過零點而間接獲得電機轉子的位置，從而確定各相加電順序，達到換相的目的。其具有以下優點：省去了容易損壞的霍爾傳感器；減少了電機及控制系統的引線數量；大幅度提高無刷直流電動機及控制系統可靠性。然而,在電機啟動與低速運行時，反電動勢很小，過零點無法測量或不易測量，無法通過反電動勢法確定電機轉子的位置。

目前,微弱信號檢測技術的重點集中在抑制噪聲上,然而,當噪聲頻譜與信號頻譜接近時，在抑制噪聲的同時，有用信號也不可避免地受到損害。隨機共振理論指出，當有噪聲的系統發生隨機共振時，部分噪聲能量會轉化為有用信號的能量，從而使系統輸出信噪比大大提高，即給特定系統加入一定強度的噪聲，不但不會阻礙反而會提高信號檢測的性能,這種“反常效應”在微弱信號檢測中具有很大的潛力。隨機共振理論為人們在強噪聲背景下微弱信號的檢測方法研究中開創了新的思路，具有良好的應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高反電動勢過零信號的信噪比,實現在低轉速下有效檢測過零信號的無刷直流電機微弱反電動勢信號的隨機共振檢測方法。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種無刷直流電機微弱反電動勢信號的隨機共振檢測方法,該方法包括下列順序的步驟:

（1）在電機靜止或低速的情況下，在電機的定子線圈上施加測試脈沖，單片機檢測出電機的反電動勢信號；

（2）將反電動勢信號和噪聲信號共同輸入隨機共振系統，隨機共振系統輸出過零信號；

（3）單片機對隨機共振系統輸出的過零信號進行檢測，輸出電機換相信號至電機。

由上述技術方案可知，本發明通過隨機共振系統，將淹沒在噪聲中微弱的反電動勢信號增強，使噪聲顯著減弱，從而實現提取電機微弱反電動勢過零信號的目的。由于過零信號更準確，本發明可以提高電機的運行效率，實現無位置傳感器無刷直流電機啟動過程無反轉，保證電機啟動與運行過程的平穩、高效。

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附圖說明

圖1是本發明的原理圖；

圖2是本發明的工作流程圖；

圖3是輸入信號為確定值時的隨機共振波形圖；

圖4是輸入信號為隨機二進制信號時的隨機共振波形圖；

圖5、6分別是原始電機反電動勢信號、反電動勢過零信號的波形圖；

圖7、8分別是閾值系統輸出的電機反電動勢信號、反電動勢過零信號的波形圖。

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具體實施方式

一種無刷直流電機微弱反電動勢信號的隨機共振檢測方法,該方法包括下列順序的步驟:（1）在電機靜止或低速的情況下，在電機的定子線圈上施加測試脈沖，單片機檢測出電機的反電動勢信號；（2）將反電動勢信號和噪聲信號共同輸入隨機共振系統，隨機共振系統輸出過零信號；（3）單片機對隨機共振系統輸出的過零信號進行檢測，輸出電機換相信號至電機。所述的電機低速是指電機轉速低于10rpm，測試脈沖的電壓是固定的，脈沖的周期與占空比需要經過測試后確定，如圖1、2、7所示。

所述的噪聲信號為高斯白噪聲，噪聲信號和反電動勢信號合成后輸入放大器，放大器對合成信號進行放大，并將放大后的合成信號輸出至隨機共振系統。所述的隨機共振系統為根據隨機共振理論對周期信號與噪聲共同作用的雙穩態系統，其公式如下：

式中?a、b為是雙穩系統的結構參數，為雙穩系統的輸入信號，為周期信號，為均值為0、噪聲強度為D的白噪聲。

假設雙穩態系統的輸入信號為隨機二值數字信號，將雙穩態系統簡化為閾值系統：當?x≥?theta時,?y＝1；當?x＜theta?時,?y＝0，其中?x是系統輸入，theta是系統的閾值,?y是系統的輸出。