[發(fā)明專利]一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的在線辨識(shí)系統(tǒng)及其辨識(shí)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510829683.6
• 申請(qǐng)日: 2015-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN105305896A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉峰;薛祖播;左月飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京快輪智能科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P6/18
• 分類號(hào): H02P6/18;H02P21/14
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的在線辨識(shí)系統(tǒng)及其辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

近年來，無刷直流電機(jī)(BrushlessDCMotor,BLDC)因其功率密度大、轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)在電動(dòng)車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然BLDC的無位置控制方法已得到普遍應(yīng)用，但對(duì)于以電動(dòng)自平衡車為代表的一些低速以及轉(zhuǎn)向頻繁切換的場合，通常的無位置控制方法已不能保證電機(jī)性能。因此，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組可靠換流，絕大多數(shù)永磁無刷直流電機(jī)仍然采用霍爾傳感器，依據(jù)三路霍爾信號(hào)獲取轉(zhuǎn)子位置信息，據(jù)此實(shí)現(xiàn)繞組電流的換流。

無刷直流電機(jī)的反電勢為梯形波，供電電流為方波，控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的要求不高，只需獲得若干個(gè)離散的轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置信號(hào)。理想情況下霍爾信號(hào)與電機(jī)反電勢以及轉(zhuǎn)子位置之間具有固定的相位關(guān)系，但由于實(shí)際當(dāng)中存在的安裝偏差、電機(jī)端部磁場畸變等非理想因素會(huì)導(dǎo)致霍爾信號(hào)位置整體偏移或高低電平不等寬，這就導(dǎo)致霍爾信號(hào)計(jì)算出的轉(zhuǎn)子位置與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置之間有偏差。轉(zhuǎn)子位置的偏差直接影響磁場矢量控制(FieldOrientedControl，F(xiàn)OC)的控制性能，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大。

通常的轉(zhuǎn)子位置的校準(zhǔn)方法是利用外部的電機(jī)帶動(dòng)測試電機(jī)，根據(jù)空載反電動(dòng)勢、霍爾信號(hào)確定出霍爾信號(hào)變化點(diǎn)轉(zhuǎn)子位置，但是空載反電動(dòng)勢波形、霍爾信號(hào)波形都要通過示波器獲取。這往往需要多通道輸入示波器和外部的拖動(dòng)設(shè)備，測試步驟復(fù)雜，而且這種方法獲得的轉(zhuǎn)子位置往往不夠精確。因此，這種手動(dòng)測試方法并不適用于批量化生產(chǎn)的場合。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，提供一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的在線辨識(shí)系統(tǒng)及其辨識(shí)方法，利用霍爾信號(hào)編程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的自動(dòng)精準(zhǔn)辨識(shí)，為需要無刷直流電機(jī)低速以及轉(zhuǎn)向頻繁切換運(yùn)行的高性能要求場合提供基礎(chǔ)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的在線辨識(shí)系統(tǒng)，包括直流電壓源、功率管驅(qū)動(dòng)電路、三相橋式逆變器、起動(dòng)控制器、位置辨識(shí)器和無刷直流電機(jī)，直流電壓源和功率管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接三相橋式逆變器的輸入端，起動(dòng)控制器的輸出端連接功率管驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，三相橋式逆變器的輸出端連接無刷直流電機(jī)，無刷直流電機(jī)內(nèi)部的霍爾傳感器連接位置辨識(shí)器的輸入端；起動(dòng)控制器包括初始位置給定模塊、定位時(shí)間給定模塊、位置極限給定模塊、位置周期給定模塊、鋸齒波產(chǎn)生模塊、轉(zhuǎn)向給定模塊、直軸電壓給定模塊、交軸電壓給定模塊、SVPWM模塊、PWM生成模塊，初始位置給定模塊、定位時(shí)間給定模塊、位置極限給定模塊和位置周期給定模塊均連接至鋸齒波產(chǎn)生模塊的輸入端，鋸齒波產(chǎn)生模塊的輸出端連接SVPWM模塊和位置辨識(shí)器的輸入端，直軸電壓給定模塊和交軸電壓給定模塊均連接SVPWM模塊的輸入端，SVPWM模塊的輸出端連接PWM生成模塊的輸入端，PWM生成模塊的輸出端連接功率管驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，轉(zhuǎn)向給定模塊的輸出端連接交軸電壓給定模塊和位置辨識(shí)器的輸入端，霍爾傳感器的輸出端連接位置辨識(shí)器的輸入端。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，功率管驅(qū)動(dòng)電路包括將起動(dòng)控制器輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)變成能夠驅(qū)動(dòng)功率管的開關(guān)信號(hào)的IGBT/MOFET驅(qū)動(dòng)芯片，所述IGBT/MOFET驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接所述三相橋式逆變器的輸入端；所述IGBT/MOFET驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端連接所述起動(dòng)控制器的輸出端。功率管驅(qū)動(dòng)電路的輸入量為起動(dòng)控制器輸出的6路PWM弱電信號(hào)，通過該功率管驅(qū)動(dòng)電路將該6路PWM弱電信號(hào)放大為6路PWM強(qiáng)電信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)后級(jí)三相橋式逆變器的功率管。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，三相橋式逆變器采用三相橋式電壓源型逆變器，包括三個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂上設(shè)有兩個(gè)功率管，功率管可以是MOS管或IGBT管之類的功率開關(guān)器件，從三個(gè)橋臂中位于同一橋臂上的兩個(gè)功率管之間各引出一條支路并分別連接到無刷直流電機(jī)的三相繞組接線端，直流電壓源的正負(fù)極分別連接至三相橋式逆變器的電源輸入端的正負(fù)極。因此，三相橋式電壓源型逆變器的輸入量為功率管驅(qū)動(dòng)電路輸出的6路PWM強(qiáng)電信號(hào)和直流電壓源提供的直流電壓，輸出量為三相交流電壓，供給無刷直流電機(jī)的三相繞組，產(chǎn)生定子磁場以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

作為本方明的一種改進(jìn)，起動(dòng)控制器與位置辨識(shí)器是采用單片機(jī)、DSP或FPGA之類的數(shù)字控制微處理器(簡稱“數(shù)字控制器”)實(shí)現(xiàn)。

作為本方明的一種改進(jìn)，起動(dòng)控制器采用“預(yù)定位+變壓恒頻+恒壓恒頻”方式來驅(qū)動(dòng)電機(jī)起動(dòng)并恒速運(yùn)行。