[發明專利]一種用于高速無刷直流電機的換相誤差補償方法

有效

• 申請號: 201910453832.1
• 申請日: 2019-05-28
• 公開（公告）號: CN110212819B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 夏長亮;程昱;曹彥飛;李新旻;史婷娜;陳煒
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P6/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

本發明提出了一種用于高速無刷直流電機的換相誤差補償方法，根據電壓傳感器采集得到電機的相電壓表達式，計算得到電機的線反電勢差值表達式，即目標函數，并對電機的6個導通模式設定對應的目標函數。確定電機的預估計換相點前后的兩個導通模式以及兩個導通模式對應的目標函數，圍繞預估計換相點選擇相同的電角度范圍對目標函數進行積分運算，則可以得到前后兩個導通模式下對應的積分值S₁和S₂以及兩者的差值ΔS。通過ΔS的表達式可以得到ΔS與預估計換相點所在角度與實際換相點所在角度的誤差Δθ的關系，從而對換相誤差角進行補償。本發明僅需要得知相電壓信息，減少無源器件的數量，降低系統的復雜程度。

技術領域

本發明涉及一種換相誤差補償方法。特別是涉及一種適合于高速無刷直流電機驅動控制的用于高速無刷直流電機的換相誤差補償方法。

背景技術

隨著功率電子器件性能的提高以及成本的降低，高性能永磁體材料的應用和計算機技術的發展等，高速無刷直流電機在高轉速、高傳動精度和對設備質量及空間要求較高的場合中廣泛應用，比如離心式空氣壓縮機，真空泵，渦輪分子泵，飛輪儲能系統，主軸電機和姿態控制等方向。

為了使高速無刷直流電機平穩正常運行，需要實時獲取轉子的位置信息。高速無刷直流電機位置信息主要有兩種獲得方式：有位置傳感器方法和無位置傳感器方法。有位置傳感器方法通常采用安裝在轉子軸上的傳感器，如編碼器、旋轉變壓器和霍爾傳感器等來進行位置信息的檢測，但是由于高速電機旋轉速度快，傳感器的檢測精度將會降低，導致位置信息提取存在誤差。而無位置傳感器方法是通過電機運行時電壓電流等信息經過控制器中算法計算得到位置信息，但是目前的無位置傳感器控制方法都無法保證其得到的位置信息絕對準確。因此兩種方法獲得的位置信息均存在不同程度上的相位誤差，從而導致由位置信息中提取的換相點的相位存在誤差。

高速無刷直流電機換相點相位偏差導致轉矩波動，影響電機平穩運行，同時也會增大電機的損耗，因此電機運行過程中需要選擇合適的補償策略對換相點的相位進行校正，以此來提高換相精度。為了提高換相精度，國內外學者研究并提出了一些有效方法。其中，有學者利用電機相電壓在非換相相前后的差值作為換相點的誤差信息，但是該方法需要構造虛擬中性點獲得相電壓，從而會增加系統的硬件設備。為減少硬件設備，有學者利用電機相電流獲得換相點的誤差信息，該方法分析了超前和滯后換相對相電流的影響，指出了在超前和滯后換相情況之下，非換相相電流在換相點前、后存在突變的現象，因此將換相點前、后相電流差值作為系統的偏差量，以相位補償角作為被控制量，建立自適應補償調節器，校正換相點的相位，該方法可以有效提高換相精度，但是需要較高精度的電流傳感器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠減少無源器件的數量，降低系統復雜程度的用于高速無刷直流電機的換相誤差補償方法。

本發明所采用的技術方案是：一種用于高速無刷直流電機的換相誤差補償方法，包括如下步驟：

1)高速無刷直流電機系統在正常運行階段利用電壓傳感器獲得電機三相相電壓，構建無刷直流電機的線反電勢表達式，將高速無刷直流電機的一個電角度周期劃分為6個扇區，每個扇區對應一個導通模式，在每一個導通模式下選擇設定的線反電勢作差得到該導通模式下的線反電勢差值函數，將所述線反電勢差值函數稱為目標函數；

2)對電機的每一個換相點進行預估計，確定每一個預估計換相點前后的兩個導通模式，根據兩個導通模式下三相的導通狀態分別得到對應的目標函數，對預估計換相點前后兩個導通模式圍繞預估計換相點選擇相等的電角度范圍，分別對目標函數進行積分運算，得到兩個目標函數的積分值差值ΔS，當預估計換相點所在角度與實際換相點所在角度的誤差Δθ0時，目標函數積分值差值ΔS隨著預估計換相點所在角度與實際換相點所在角度的誤差Δθ的增大而增大，這時ΔS0；當預估計換相點所在角度與實際換相點所在角度的誤差Δθ0時，目標函數積分值差值ΔS隨著預估計換相點所在角度與實際換相點所在角度的誤差Δθ的增大而增大，這時ΔS0；