專利名稱：無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方法。
技術(shù)背景無刷直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性高、功率密度大、效率高等 優(yōu)點(diǎn)，已在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。通常其借助位置傳感器獲取轉(zhuǎn)子的位置信號， 但帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器的無刷直流電機(jī)有電機(jī)尺寸大，位置傳感器信號線容易弓I 入干擾，傳感器可靠性低、安裝精度要求高等一系列缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到了一定 的限制。因此，無位置傳感器無刷直流電機(jī)引起了人們的廣泛關(guān)注。普通無刷直流電機(jī)采用三相電壓型逆變器供電，其定子繞組為星型接法(見 圖l)，反電動勢為梯形波，電流為方波(見圖2)。為了使無刷直流電機(jī)在單位 電流內(nèi)能輸出最大的轉(zhuǎn)矩，每相繞組的電流必須與該相繞組的反電動勢保持相位 一致，因此逆變器的開關(guān)管每60°電角度需換相一次， 一個周期內(nèi)換相六次。 電機(jī)能夠準(zhǔn)確換相，需要準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信號。無位置傳感器無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn) 子位置檢測方法有多種，其中基于反電勢的檢測法是目前最為常用的位置檢測方 法，其位置檢測原理為用直接或間接方法檢測非導(dǎo)通相的反電動勢過零點(diǎn)信號，再將其延遲30。 + k X60° ( k = 0， 1， 2......)電角度，即可得到相應(yīng)的位置信號。在該類型方法中，低通濾波相移、延時計(jì)算誤差、電樞反應(yīng)等因 素引起所測得位置信號產(chǎn)生相位誤差，使電機(jī)的運(yùn)行性能受到影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種自動校正無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤 差的方法。一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方法，其特征在于， 該校正方法是通過控制電機(jī)相繞組負(fù)向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作 區(qū)間中續(xù)流部分的第一續(xù)流電流平均值和電機(jī)相繞組正向120°導(dǎo)通區(qū)間之后 的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第二續(xù)流電流平均值相等，實(shí)現(xiàn)無位置傳 感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差補(bǔ)償，具體方法是測得上述第一續(xù)流電流平 均值與上述第二續(xù)流電流平均值，將所述的第一續(xù)流電流平均值與第二續(xù)流電流 平均值的偏差值，作為電機(jī)位置信號相位誤差反饋量輸入到PI調(diào)節(jié)器，通過PI 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，及時調(diào)節(jié)過零點(diǎn)延時電角度，達(dá)到校正電機(jī)位置信號相位誤差的 目的，具體調(diào)節(jié)方法是，當(dāng)上述第一續(xù)流電流平均值與第二續(xù)流電流平均值的偏 差值大于零時，通過PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電角度增大，延時電角度減小，直至 調(diào)節(jié)到上述第一與第二兩個續(xù)流電流平均值的偏差值為零，達(dá)到校正電機(jī)位置信 號相位誤差的目的；當(dāng)上述第一續(xù)流電流平均值與第二續(xù)流電流平均值的偏差值 小于零時，通過PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電角度減小，延時電角度增大，直至調(diào)節(jié) 到上述第一與第二兩個續(xù)流電流平均值的偏差值為零，達(dá)到校正電機(jī)位置信號相 位誤差的目的。所述的第一續(xù)流電流平均值與第二續(xù)流電流平均值的測量方法是，在無刷直 流電機(jī)驅(qū)動主電路中的每相橋臂中各串聯(lián)一個釆樣電阻，通過每相橋臂采樣電阻 分別測量每相繞組負(fù)向120°區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第 一續(xù)流電流平均值和每相相繞組正向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作區(qū) 間中續(xù)流部分的第二續(xù)流電流平均值，每360°電角度計(jì)算一次，將三相第一續(xù) 流電流平均值求和得第一續(xù)流電流平均值L，將三相第二續(xù)流電流平均值求和 得第二續(xù)流電流平均值Ira2，第二與第一兩個續(xù)流電流平均值的偏差值A(chǔ)Z 二 7/w2 — 7附1 。本發(fā)明所提控制方法無需通過復(fù)雜的運(yùn)算獲取位置誤差，而是實(shí)時計(jì)算相電流正、負(fù)向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的6(T非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的兩個續(xù)流電 流均值差值，再通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)得到實(shí)時的位置信號誤差。因此，該控制方 法具有實(shí)現(xiàn)簡單，位置誤差補(bǔ)償實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是無刷直流電機(jī)及其驅(qū)動主電路等效2是無刷直流電機(jī)三相反電勢及電流波形圖3是Hjwra-L—on調(diào)制方式下反電勢》驅(qū)動波形圖4是H一pwm-L—on調(diào)制方式下準(zhǔn)確換相時相電流波形圖5是H—pwm-L—on調(diào)制方式下超前a角換相時相電流波形圖6是H—pwm-L_on調(diào)制方式下滯后"角換相時相電流波形圖7是帶有續(xù)流電流檢測電阻的驅(qū)動主電路等效8是位置信號相位誤差校正環(huán)節(jié)原理框9是帶有位置信號校正環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)框圖
具體實(shí)施例方式
當(dāng)采用H—pwm-L_on調(diào)制方式(見圖3)時，無刷直流電機(jī)非導(dǎo)通相對應(yīng)反電 勢小于零的部分存在續(xù)流電流。設(shè)電機(jī)相繞組負(fù)向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非 導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分為M,工作區(qū)間，相繞組正向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60。 非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分為M2工作區(qū)間。設(shè)M,區(qū)間續(xù)流電流平均值為L，M2區(qū)間續(xù)流電流平均值為1 2， Az、/^ -/ml。 L、 U具有如下關(guān)系當(dāng)電機(jī)準(zhǔn)確換相時，Iml= L" A/ = 0 (見圖4);超前換 相時，iml〉:u， A/'<0， Ai隨著提前換相角度的增大而減小(見圖5);滯后換 相時，L<Im2， A/>0， A/隨著滯后換相角度的增大而增大(見圖6)。根據(jù)非導(dǎo) 通相續(xù)流電流的這一特性，提出了一種自動校正無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置 信號相位誤差的方法。該方法通過控制相電流M,區(qū)間續(xù)流電流平均值L和M2區(qū)間續(xù)流電流平均值 L相等，實(shí)現(xiàn)位置誤差補(bǔ)償。位置信號是通過檢測端電壓，得到反電勢過零點(diǎn) 信號，再將過零點(diǎn)信號延時90°電角度獲得，但由于各種原因，測得位置信號 與實(shí)際位置信號存在相位誤差。該誤差通過M,、M2區(qū)間續(xù)流電流L、 L表現(xiàn)為A/ 。 以Az'為位置信號相位誤差反饋量，通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，及時調(diào)整過零點(diǎn)信號延 時電角度，可達(dá)到校正相位誤差的目的(見圖8)。帶有位置校正環(huán)節(jié)的整個調(diào) 速系統(tǒng)如圖9所示，設(shè)位置誤差補(bǔ)償電角度p， A/和伊的關(guān)系為<formula>formula see original document page 5</formula>(1)式中，Kp為比例系數(shù)，Id為積分系數(shù)，p。為補(bǔ)償電角度初始值。 補(bǔ)償后過零點(diǎn)信號延時電角度e表示為<formula>formula see original document page 5</formula>(2)根據(jù)式(1)、 (2)，當(dāng)A/〉0，即位置信號相位滯后時，延時電角度0偏大， 通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，補(bǔ)償電角度^增大，延時電角度0減小，則相位誤差減小； 當(dāng)AKO，即位置信號相位超前時，延時電角度0偏小，通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，補(bǔ) 償電角度p減小i延時電角度0增大，則相位誤差減?。籄/=0，位置信號無偏 差，補(bǔ)償電角度^維持不變，延時電角度亦不變。根據(jù)前述分析，位置信號相位誤差校正過程可歸結(jié)為當(dāng)AOO時，補(bǔ)償電 角度p個，延時電角度0丄，A/丄，直到厶/=0，補(bǔ)償電角度p停止增加，延時電 角度0維持不變，位置信號誤差得到補(bǔ)償；當(dāng)AKO時，補(bǔ)償電角度p"延時電
角度^個，A'個，直到厶/=0，補(bǔ)償電角度伊停止減小，延時電角度0維持不變，位置信號誤差得到補(bǔ)償。通過這樣的位置誤差閉環(huán)調(diào)節(jié)，能夠?qū)崟r地補(bǔ)償位置信 號相位誤差，獲得準(zhǔn)確的位置信號。1. 非導(dǎo)通相續(xù)流電流釆樣及續(xù)流電流偏差A(yù)/求取 為了較為準(zhǔn)確的測量非導(dǎo)通相續(xù)流電流，在PWM關(guān)斷時通過圖7所示檢測電阻Ri、 R2、 R3采樣續(xù)流電流，采得電流通過調(diào)理電路后接入DSP的AD采樣口。 同時為了減小A/的計(jì)算誤差，每360°電角度計(jì)算一次。計(jì)算方法如下分別求 取每相相電流M1區(qū)、M2區(qū)續(xù)流電流平均值，將三相M,區(qū)續(xù)流電流均值求和得乙， M2區(qū)續(xù)流電流均值求和得L，可求得續(xù)流電流偏差A(yù)/ = /m2 。相位誤差補(bǔ)償角度求取將所求的A;作為PI調(diào)節(jié)器輸入量，通過PI調(diào)節(jié)，可 求得相位誤差補(bǔ)償電角度。這里在DSP中實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器功能，經(jīng)離散化處理后， 相位誤差補(bǔ)償電角度可表示為,=《P(A") - A") + 7^A") + ) 式中"k)一pj調(diào)節(jié)器第K次調(diào)節(jié)時刻輸出值；^k")一PI調(diào)節(jié)器第K-l次調(diào)節(jié)時刻輸出值； A^)_PI調(diào)節(jié)器第K次調(diào)節(jié)時刻的續(xù)流電流偏差值； A々k-"—PI調(diào)節(jié)器第K-l次調(diào)節(jié)時刻的續(xù)流電流偏差值； T—PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)周期。2. 位置信號相位誤差校正如圖2所示，無刷直流電機(jī)每360°電角度中有6個導(dǎo)通區(qū)間，每個導(dǎo)通區(qū) 間中非導(dǎo)通相反電勢過零點(diǎn)信號延時90。電角度，即為前一相換相信號。B相反 電勢過零點(diǎn)信號延時90。電角度，為A相換相信號；C相反電勢過零點(diǎn)信號延時 90°電角度，為B相換相信號；A相反電勢過零點(diǎn)信號延時90°電角度，為C 相換相信號。反電勢過零后，過零點(diǎn)標(biāo)志位ZFLAG置1，延時計(jì)數(shù)開始，當(dāng)延時達(dá)到90。-伊(k) 電角度后，改變換相控制字，ZFLAG清零，調(diào)用換相子程序，即可實(shí)現(xiàn)龜機(jī)的準(zhǔn) 確換相。
權(quán)利要求
1、一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方法，其特征在于，該校正方法是通過控制電機(jī)相繞組負(fù)向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第一續(xù)流電流平均值(Im1)和電機(jī)相繞組正向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第二續(xù)流電流平均值(Im2)相等，實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差補(bǔ)償，具體方法是測得上述第一續(xù)流電流平均值(Im1)與上述第二續(xù)流電流(Im2)，將所述的第一續(xù)流電流平均值(Im1)與第二續(xù)流電流平均值(Im2)的偏差值(Δi)，作為電機(jī)位置信號相位誤差反饋量輸入到PI調(diào)節(jié)器，通過PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，及時調(diào)節(jié)過零點(diǎn)延時電角度，達(dá)到校正電機(jī)位置信號相位誤差的目的，具體調(diào)節(jié)方法是，當(dāng)上述第一續(xù)流電流平均值(Im1)與第二續(xù)流電流平均值(Im2)的偏差值(Δi)大于零時，通過PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電角度增大，延時電角度減小，直至調(diào)節(jié)到上述第一與第二兩個續(xù)流電流平均值的偏值差為零，達(dá)到校正電機(jī)位置信號相位誤差的目的；當(dāng)上述第一續(xù)流電流平均值(Im1)與第二續(xù)流電流平均值(Im2)的偏差值(Δi)小于零時，通過PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電角度減小，延時電角度增大，直至調(diào)節(jié)到上述第一與第二兩個續(xù)流電流平均值的偏差值為零，達(dá)到校正電機(jī)位置信號相位誤差的目的。
2、如權(quán)利要求1所述的無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方 法，其特征在于，第一續(xù)流電流平均值(Inl)與第二續(xù)流電流平均值(Ira2)的測 量方法是，在無刷直流電機(jī)驅(qū)動主電路中的每相橋臂中各串聯(lián)一個采樣電阻，通 過每相橋臂采樣電阻分別測量每相繞組負(fù)向120°區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作 區(qū)間中續(xù)流部分的第一續(xù)流電流平均值和每相相繞組正向120°導(dǎo)通區(qū)間之后 的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第二續(xù)流電流平均值，每360。電角度計(jì)算 一次，將三相第一續(xù)流電流平均值求和得第一續(xù)流電流平均值(1》，將三相第 二續(xù)流電流平均值求和得第二續(xù)流電流平均值(L)，第二與第一兩個續(xù)流電流 平均值的偏差值A(chǔ)z、/^-/ml。
全文摘要
一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差校正方法，屬無刷直流電機(jī)位置信號相位校正方法。該校正方法，是通過控制電機(jī)相繞組負(fù)向120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通區(qū)間中續(xù)流部分的第一續(xù)流電流平均值和電機(jī)相繞組正相120°導(dǎo)通區(qū)間之后的60°非導(dǎo)通工作區(qū)間中續(xù)流部分的第二續(xù)流電流平均值相等，實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差補(bǔ)償。具體方法是分別測得第一、第二兩個續(xù)流電流平均值，將第一與第二兩個續(xù)流電流平均值的偏差值作為反饋量輸入到PI調(diào)節(jié)器，通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)第一與第二兩個電流續(xù)流電流平均值相等。該校正方法，能自動校正無位置傳感器無刷直流電機(jī)位置信號相位誤差，實(shí)現(xiàn)容易，且對位置信號相位誤差補(bǔ)償實(shí)時性好。
文檔編號H02P6/14GK101154907SQ200710130860
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者吳小婧, 波 周, 飛 宋 申請人:南京航空航天大學(xué)