[發明專利]反電動勢函數積分預測的無刷直流電機控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110793894.4
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113411013B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張海峰;鄧麗蓉;鄭世強;金浩;田鴿;吳浩廷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/182;H02M3/155
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨;鄧治平

本發明公開一種反電動勢函數積分預測的無刷直流電機控制系統及方法，所述方法包括如下步驟：首先，構造一個反電動勢函數，經數字信號處理器的模數轉換模塊采集后進行二值化處理，并利用最小二乘法原理計算線性化參數，依此得到反電動勢過零點；然后，利用二階龍格?庫塔法對該反電動勢函數積分，針對離散采樣對換相精度的影響，采用基于線性化反電動勢函數積分預測的方法對換相點進行預測，并通過與換相積分閾值對比，生成換相點。本發明實現了無刷直流電機高動態精準換相，避免了電機轉速波動及測量誤差對無位置傳感器換相精度的影響。

技術領域

本發明涉及電機控制領域，尤其是一種反電動勢函數積分預測的無刷直流電機控制系統及方法。

背景技術

無刷直流電機具有能量密度高、機電轉換效率高、結構簡單等優點，特別是以電子換向器取代機械換向器使其獲得更加可靠的性能，在各個領域得到廣泛應用。根據無刷直流電機控制中位置反饋的方式，可分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩大類。傳統的有位置傳感器(如開關霍爾傳感器)控制增加了系統的復雜性，降低了系統的可靠性。相比之下，無位置傳感器控制無需安裝傳感器，避免了傳感器引線和裝配精度對電機性能的影響，提高系統的可靠性和對環境的適應性。

無位置傳感器控制通過檢測電機自身電感、電壓和電流等信號，提取所需要的轉子位置信息，其中最常用的是反電動勢檢測法。然而，檢測的電壓信號中往往存在許多噪聲，導致過零點誤檢而引起換相失敗。盡管可以采用低通濾波器濾除，但低通濾波器會引入相位延遲，引起換相誤差，降低電機換相精度。

目前，換相誤差補償和閉環校正等方法被廣泛應用于無位置傳感器控制中以提高換相精度。開環補償方法原理簡單、易于實現，但易受電機參數和工作條件的影響，使換相精度降低；閉環校正方法性能較好，但通常需要額外的采樣電路，增加了系統的復雜性，且動態性能無法得到保證。此外，反電動勢幅值會受電機轉速變化的影響，在判斷換相點時極易引起換相誤差，而現有控制方法難以兼顧相位偏差校正和高動態性能的問題。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明提供了一種反電動勢函數積分預測的無刷直流電機控制系統及方法，通過簡化的電路進行過零點檢測，有效消除調制噪聲的影響；利用達到換相點時的反電動勢函數積分值為一固定閾值的特性進行換相判斷；針對離散采樣引入的采樣誤差通過線性化反電動勢函數積分預測的方法實現高動態精準換相，避免了電機轉速波動及測量誤差對無位置傳感器換相精度的影響。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種反電動勢函數積分預測的無刷直流電機控制系統及方法，包括直流電源、Buck變換器、三相全橋、無刷直流電機、調理電路、過零點檢測模塊、換相點檢測模塊；

其中，所述直流電源與Buck變換器、三相全橋、無刷直流電機依次連接；

所述無刷直流電機外圍連接到調理電路；調理電路與過零點檢測模塊、換相點檢測模塊依次連接，且換相點檢測模塊連接到三相全橋。

所述控制方法具體包括如下步驟：

步驟1、Buck變換器根據電機轉速及負載采用脈沖寬度調制的方式控制Buck變換器的開關管T_B，將直流電源提供的直流電壓變換為可控直流電壓，供給三相全橋，實現對輸入到無刷直流電機電壓的調節；

步驟2、構造一個反電動勢函數u_xs，利用調理電路將u_xs電壓信號進行放大、整形，并經數字信號處理器的模數轉換模塊采集，由過零點檢測模塊進行二值化處理，并利用最小二乘法原理計算線性化參數，獲取反電動勢過零點；其中，x＝a,b,c，u_as、u_bs和u_cs分別表示電機的A相、B相和C相相對S點的電壓；

步驟3、換相點檢測模塊利用二階龍格-庫塔法對該反電動勢函數積分，針對離散采樣對換相精度的影響，采用基于線性化反電動勢函數積分預測的方法對換相點進行預測，并通過與換相積分閾值對比，生成換相點。