反電勢過零點重構的bldc位置信號相位誤差的控制方法
2023-04-27 09:57:31 2
專利名稱：反電勢過零點重構的bldc位置信號相位誤差的控制方法
技術領域：
發明涉及一種反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差的控制方 法，屬於bldc無位置傳感器技術的控制方法的技術領域。
背景技術：
目前，無傳感器技術是電機與驅動領域近二十年來的一個重要研究方 向，已經開發出了多種控制技術。在永^磁無刷直流電機(bldc)無傳感器技 術的領域裡，基於反電勢過零點信息判斷轉子位置的無位置傳感器技術是一 個重要的組成部分，派生出三個主要的方向l)端電壓法；2)相電壓法； 3)三次諧波法。這三個主要的方向有兩個共同需要解決的問題l)如何剔 除由P麗帶來的噪聲；2)如何精確的將反電勢過零點信息移相30° ,獲得 準確的換相時刻。傳統的方法在解決這兩個問題的時候，在電壓採集的前端 加了一個RC濾波器。RC濾波器擔負著雙重的任務即l)濾除由P麗產生的 高頻幹擾；2)將剔除幹擾後的反電勢波形延遲30。，然後獲得過零點信息 進而得到換相時刻。由於RC濾波器的截止頻率無法隨速度的改變而改變， 在不同轉速條件下移相無法達到準確30° ,因而在寬轉速運行工況下，在傳 統方法的基礎上需要對反電勢進行移相補償。如何進行準確的移相補償，進 而準確的實現換相，成為了寬轉速運行bldc無位置傳感器技術的關鍵問題。
發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種簡單，實用且能夠在較
寬的轉速運行條件下實現準確換相的永磁無刷直流電機(bldc )無位置傳感 器技術即反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差的控制方法。 本發明為實現上述目的，採用如下技術方案
本發明反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差的控制方法，其特 徵在於包括如下步驟
1) 將永磁無刷直流電機的三相輸入端電壓分別經過一階RC低通濾波器 得到三相反電勢，其中三相端電壓分別為a相端電壓Va、 b相端電壓Vb、 c 相端電壓Vc，三相反電勢分別為a相反電勢Ea、 b相反電勢Eb、 c相反電勢 Ec;
2) 將步驟1所述的三相反電勢依次經過調理電路、AD採樣電路得到數字 信號並輸出至微處理器；
3) 將步驟2所述的數位訊號經過微處理器得到三相全橋逆變器的P麗開
關信號；
4) 將步驟3所述的三相全橋逆變器的P麗開關信號經過三相全橋逆變器
得到永」磁無刷直流電才幾的三相輸入端電壓。
本發明優點如下①在電機沒有引出中性點的條件下可直接反應出相反 電勢的過零點信息。②不同的轉速下可以實時的補償由RC濾波器造成的位 置信號相位上的誤差。
圖1為永磁無刷直流電機無位置傳感器技術的系統框圖。
圖2為本發明坐標變換示意圖，實線表示alfa坐標系，虛線表示滯後於
5alfa坐標系〃 (/ = "/6- )的belta坐才示系，Ea、 Eb和Ec為alfa坐才示系 下互差120°的三個經濾波後的反電勢矢量，Ea， 、 Eb，和Ec，為belta坐 標系下互差120。的三個經坐標變換重構後的矢量。
圖3為本發明具體實施流程示意圖。
圖4為本發明的程序流程圖。
圖5為本發明以一臺Pw =24『，[&=24「， IV :3000rmp的兩對4及表貼式7:jC 磁無刷直流電機為研究對象，進行了實驗。實驗波形如圖五(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)和(f )。 (a)中￡。， A和^分別為A、 B和C相端電壓經一階低 通濾波器後的波形，《為坐標變換重構後的A相反電勢波形。因為坐標變換 後抵消的直流分量和三次諧波，而5次和5次以上諧波含量很少，所以波形 接近正弦。(b)為電機從1500rmp升速到3000rmp時的波形圖；(c)為電機 升速過程中1500rmp範圍內的細化波形圖；(d)為電機升速過程中3000rmp 範圍內的細化波形圖。可以發現在1500rmp到3000rmp範圍內，《的過零點 均與A相hall信號的上跳沿和下跳沿重合，則依靠《，《和《的過零點信 息可以獲得換相邏輯，實現無位置傳感器技術；(e)為採用本發明無位置傳 感器4支術後，電才幾轉速為1500rmp時的A相電流/。波形和A相重構後反電勢 波形《波形；(f )為採用本發明無位置傳感器技術後，電機轉速為3000rmp 時的A相電流/。波形和A相重構後反電勢波形《波形；實驗結果證實了本發
明的可行性。
具體實施例方式
下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明
採用本具體實施方法的永;茲無刷直流電^L驅動系統組成如圖l所示。其中包括四個部分1)以DSP2812為控制核心的控制模塊；2 )三相全橋功率 模塊；3)永磁無刷直流電機本體；4) 一階RC低通濾波電路模塊。
以TMS320F2812為控制核心的控制模塊主要有四個工作1)反電勢信 號的採集；2)實時的計算由RC —階低通濾波器所造成的相移角"；3)將 AD採樣得到的三相反電勢進行坐標變換，即計算alfa坐標系在belta坐標 系下的l更影，使得belta坐標系滯後alfa坐標系"("=;^6-"); 4)據belta 坐標系下三個波形的過零點信息得出換相時刻給出6路P麗信號。 一階RC 低通濾波模塊的作用濾除由P麗(脈寬調製)造成的高頻幹擾，但同時對 電機的反電勢波形造成了一定相移a，轉速不同a也不同，"和轉速之間的 關係如下
—)=tan-
w為電機的電角速度。如何補償在不同轉速下由一階RC低通濾波器帶來的 位置信號相位上的誤差。
如圖3、 4所示。具體實施步驟如下
1，採集三相端電壓(即三個橋臂的中點對地電壓)經一階RC低通濾波 器濾除由P麗(脈寬調製)帶來噪聲，RC低通濾波器截止頻率的選擇依據P麗 的頻率，使得高頻信號幅值的衰減接近O，依據下式選取
Ah)- , ，
V(R。+R,)2+(R。R,Cc0h)
C0h為開關頻率。
2，將濾波後的三相端電壓經調理電路，縮放到DSP2812可以接受的0到 3v的範圍內，經AD採樣轉化為數位訊號給DSP2812，在以DSP2812為控制核心的硬體平臺的基礎上通過編程實現l)電機電角速度的計算；2)計算 某一轉速下，由RC —階低通濾波帶來的相移角a; 3)如圖2所示為本發明 坐標變換示意圖，坐標變換即計算alfa坐標系在belta坐標系下的投影；4) 得出換相邏輯，給出6路P麗開關信號。
1)電機的轉速計算和傳統的方法相同，設反電勢相鄰的兩個過零點時 間差為t ，則電才幾的電角速度為
w =— t
2 )計算某一轉速下由RC —階低通濾波帶來的相移角《。當濾波器硬體
設計完成以後，"是W的單值函數如下
、； R。+^
依照上式，通過在CCS環境中編程，實時的計算出某一轉速下的移相角"。 3)坐標變換。如圖2所示，alfa坐標系下的三個互差^的矢量分別代
表三相經濾波後的端電壓，表現為具有直流為&偏置的反電勢信息，且在
2
相位上與真實的反電勢相差"，如上一步計算的結果，即A， A和A。通過
編程侵j尋belta坐標系滯後alfa坐標系"，"與"之間的關係為
=——a 6
且計算alfa坐標系下的三個矢量五。，^和A在belta坐標系下的投影得到 《，《和《三個矢量，￡。、 A、 A與《、A'、《之間的關係如下
Ea = Ea cos p + Eb cos[,-卩〗+ Ec cos[， + (3〗 Eb = Eb cos (3 + Ec cos[丁 -卩]+ Ea cos[丁 + (3] E: = Ec cos p + Ea cos[^ - p] + Eb cos[警+卩]坐標變換的操:作框圖如圖3所示。
4)獲得換相邏輯，給出6路P麗開關信號。重構後的三個矢量《、《
和《與重構前的三個矢量E。、 &和&相比，周期相等，相位相差 且《、《和《消除了偏置為^的直流分量，在電機無中性點
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引出的條件下直接反應了相反電勢的過零點信息。則重構後的三個矢量《、
《和《的過零點時刻即為理想的換相時刻，即當《>0時關斷三相全橋逆變
器A相下管、開通三相全橋逆變器A相上管，《W時關斷A相上管、開通A 相下管，B、 C相換相以此類推，進而得到換相邏輯，進而給出6路P麗開關 信號。實現基於反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差校正的無位置 傳感器技術。
以A相反電勢為例，B和C相反電勢依據對稱性類推如下
2cos"cos[ncot]sinformula see original document page 9
可得到其各次諧波的情況如下:
Ea(。) = 0 3
Ea(l卜5(aiCos[〃 + cot] + b,sin[〃 + cot])，其中"為自然悽大 Ea(3") = 0
爿(人上式可看出，1)濾波後的端電壓中的直流分量^皮剔除，在電^W殳有 引出中性點的條件下可直接反應出相反電勢的過零點信息，這是其中的一個 優點。2) 3n次諧波被剔除，造成坐標變換前後的波形有所 換，但並不影 響波形的過零點信息。3)坐標變化後的反電勢基波滯後變化前基波^，由於 反電勢波形的相位和周期與該反電勢基波的周期和相位相同，所以基波的過 零點即為反電勢波形的過零點。則坐標變化後波形的過零點即為理想的換相點。本發明以 一 臺Pw = 24『，[/w = ， nw = 3000及M屍的兩對才及表貼式永》茲無刷 直流電機為研究對象，以TMS320F2812為控制核心，進行了實驗。實驗結果 見圖5。
以上內容是結合具體的一種方式的詳細的說明，不能認定本發明的具體 實施只局限於此。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離 本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本 發明所提交的權利要求確定的專利保護範圍。
權利要求
1、一種反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差補償的控制方法，其特徵在於包括如下步驟1)將永磁無刷直流電機的三相輸入端電壓分別經過一階RC低通濾波器得到三相反電勢波形，其中三相端電壓分別為a相端電壓Va、b相端電壓Vb、c相端電壓Vc，三相反電勢分別為a相反電勢Ea、b相反電勢Eb、c相反電勢Ec；2)將步驟1所述的三相反電勢依次經過調理電路、AD採樣電路得到數位訊號並輸出至微處理器；3)將步驟2所述的數位訊號經過微處理器得到三相全橋逆變器的PWM開關信號；4)將步驟3所述的三相全橋逆變器的PWM開關信號經過三相全橋逆變器得到永磁無刷直流電機的三相輸入端電壓。
2、 根據權利要求1所述的反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差的控制方法，其特徵在於所述一階RC低通濾波器的截止頻率選取如下A(coh)= , Rl 其中％為步驟3所述的三相全橋逆變器的V(W+(RoR,C①h)，P麗開關信號的開關頻率，i 。為一階RC低通濾波器的輸入電阻，《為一階RC低通濾波器的並聯輸出電阻，C為一階RC低通濾波器的並聯輸出電容。
3、 根據權利要求1或2所述的反電勢過零點重構的BLDC位置信號相 位誤差補償的控制方法，其特徵在於步驟3所述的三相全橋逆變器的P麗 開關信號的獲取包括如下步驟①採用三相反電勢相鄰的兩個過零點的時間差t得到7JC磁無刷直流電機的電角速度w =〖； t② 採用步驟①所述的永磁無刷直流電機的電角速度w得到永磁無刷直 流電^/L的移相角《(w) = tan-進而belta坐標系滯後alfa坐標系的角度々為:〃 =f-";③ 採用步驟②所述的belta坐標系滯後alfa坐標系的角度"得到alfa 坐標系下的三相反電勢分別在belta坐標系下的投影, 2冗 2tiEa = Ea cos p + Eb cos[丁 -卩]+ Ec cos[丁 + p]， ，'Eb =Ebcos(3 + Eccos[2 —p] + Eacos[f+ 其中《為重構後的A相矢量，《 Ec = Ec cos p + Ea cos[丁 -卩]+ Eb cos[丁 +13]為重構後的B相矢量，《為重構後的C相矢量；④ 獲取換相邏輯步驟③所述的三相反電勢重構後的三個矢量《、《和《的過零點時刻 即為換相時刻，將所述換相時刻組成三相換相邏輯；⑤ 將步驟④所述的換相邏輯經過微處理器中的P麗模塊得到三相全橋逆 變器的P麗開關信號，其中i 。為一階RC低通濾波器的輸入電阻，《為一階RC低通濾波器的並聯輸出電阻，C為一階RC低通濾波器的並聯輸出電容。
全文摘要
本發明公布了一種反電勢過零點重構的BLDC位置信號相位誤差的控制方法，屬於bldc無位置傳感器技術的控制方法的技術領域。本發明所述方法是分別採集到三相經濾波的端電壓波形，其所在坐標係為alfa坐標系，alfa坐標系的三個軸上的矢量分別表示三個經濾波後的端電壓，計算出alfa坐標系中三個矢量在belta坐標系下的投影。控制belta坐標系滯後於alfa坐標系的角度β，達到實時補償RC一階低通濾波帶來的位置信號相位上的誤差。則在belta坐標系下的三個矢量的過零點即為換相點，實現準確換相。本發明在寬轉速工況下不受RC濾波影響。
文檔編號H02P6/16GK101599732SQ20091003294
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月1日 優先權日2009年6月1日
發明者星 凌, 吳元元, 寅 王, 王曉琳, 鄧智泉 申請人:南京航空航天大學