專利名稱：120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電機(jī)的控制，尤指一種120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器 及控制方法。
背景技術(shù)：
目前在無刷直流電機(jī)的控制中，120度方波無刷直流電機(jī)控制方式是一種非常普 通的控制方式。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置確定電機(jī)控制相序，一個(gè)電周期分為六拍控制，每一拍稱為 一個(gè)控制區(qū)間。無刷直流電機(jī)控制時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的因素主要是兩個(gè)一是控制區(qū)間更換 時(shí)造成的瞬間轉(zhuǎn)矩跌落；另一個(gè)是控制區(qū)間內(nèi)由于控制電壓不能隨著轉(zhuǎn)子位置實(shí)時(shí)調(diào)整其 數(shù)值造成轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。由于實(shí)際生產(chǎn)的電機(jī)相反電勢一般是類正弦波形或者是平頂波形， 甚至是馬鞍形的波形，很難做到標(biāo)準(zhǔn)的方波波形，其中包含豐富的諧波，在采用120度方波 控制時(shí)，任何一個(gè)控制區(qū)間內(nèi)由于控制電壓值大小不能隨著轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào) 整，來保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性，所以造成電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出 現(xiàn)明顯的運(yùn)行噪聲；且同一 120度方波控制方案通過在同一系列鐵芯、不同功率等級(jí)的電 機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，功率等級(jí)較小的電機(jī)運(yùn)行噪聲表現(xiàn)不明顯，而功率等級(jí)越高的電機(jī)運(yùn)行噪 聲表現(xiàn)則越明顯。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行完善與 改進(jìn)，提供一種120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，以達(dá)到在降低因控制區(qū)間更換產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩跌落的同時(shí)提高每一個(gè)控制區(qū)間內(nèi)轉(zhuǎn)矩輸出的平穩(wěn)性。為此，本實(shí)用新型采取以下 技術(shù)方案120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于它包括轉(zhuǎn)子位置解析模塊，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置解析；控制電壓計(jì)算模塊，其與轉(zhuǎn)子解析模塊連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算得到對(duì)應(yīng)控 制電壓值；PWM輸出模塊，其與控制電壓計(jì)算模塊連接，用于根據(jù)控制電壓值生成相應(yīng)的120 度PWM控制波形；功率驅(qū)動(dòng)單元，位于電機(jī)及PWM輸出模塊之間，用于根據(jù)PWM控制波形控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂齐妷河?jì)算模塊根據(jù)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算各區(qū)間的電壓值，有效地改善電機(jī)電流波 形，降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和換相時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實(shí)用新型還包括以下附加技術(shù)特 征控制器還包括檢測模塊，用于檢測轉(zhuǎn)子的位置，其與轉(zhuǎn)子位置解析模塊相連。所述的檢測模塊包括設(shè)于電機(jī)內(nèi)的位置磚感器，所述的位置傳感器的引出線與轉(zhuǎn)子位置解析模塊相連?？刂齐妷河?jì)算模塊與一用于存放各控制區(qū)間相應(yīng)補(bǔ)償電壓值的存儲(chǔ)單元連接，所 述的存儲(chǔ)單元與PWM輸出模塊連接?？刂破鬟€包括輸出模塊，用于顯示電機(jī)工作狀態(tài)。有益效果在控制區(qū)間內(nèi)的控制電壓根據(jù)轉(zhuǎn)子位置實(shí)時(shí)調(diào)整其數(shù)值以減少轉(zhuǎn)矩的 波動(dòng)，同時(shí)也能有效削弱控制區(qū)間更換時(shí)造成的轉(zhuǎn)矩跌落。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本實(shí)用新型工作流程圖；圖3是電壓補(bǔ)償前的電流波形圖；圖4是電壓補(bǔ)償后的電流波形圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型包括轉(zhuǎn)子位置解析模塊，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置解析； 控制電壓計(jì)算模塊，其與轉(zhuǎn)子解析模塊連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算得到對(duì)應(yīng)控制電壓值； PWM輸出模塊，其與控制電壓計(jì)算模塊連接，用于根據(jù)控制電壓值生成相應(yīng)的120度PWM控 制波形；功率驅(qū)動(dòng)單元，位于電機(jī)及PWM輸出模塊之間，用于根據(jù)PWM控制波形控制電機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)；檢測模塊，用于檢測轉(zhuǎn)子的位置，其與轉(zhuǎn)子位置解析模塊相連，檢測模塊可包括設(shè)于電 機(jī)內(nèi)的位置傳感器，位置傳感器的引出線與轉(zhuǎn)子位置解析模塊相連。當(dāng)然控制器還可增設(shè) 一用于存放各控制區(qū)間相應(yīng)補(bǔ)償電壓值的存儲(chǔ)單元，其與控制電壓計(jì)算模塊及PWM輸出模 塊連接，及增設(shè)用于顯示電機(jī)工作狀態(tài)的輸出模塊。轉(zhuǎn)子位置解析模塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置 解析，得到準(zhǔn)確的電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，并將該角度值送達(dá)控制電壓計(jì)算模塊，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)該轉(zhuǎn) 子角度時(shí)所需的控制電壓值，通過PWM輸出模塊產(chǎn)生相應(yīng)的120度PWM控制波形，控制功率 驅(qū)動(dòng)單元的輸出，達(dá)到控制電機(jī)的目的。如圖2所示，120度非方波型無刷直流電機(jī)控制方法包括以下步驟1)位置檢測步驟，用于檢測轉(zhuǎn)子位置；2)解析步驟，對(duì)檢測得到的轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行解析；3)計(jì)算控制電壓模塊，根據(jù)解析的轉(zhuǎn)子位置信息計(jì)算控制電壓，控制電壓模塊以 正弦波形電勢計(jì)算控制電壓，以公式 或以擬合公式 來計(jì)算；4)計(jì)算占空比，根據(jù)控制電壓計(jì)算所需的PWM占空比大小，生成相應(yīng)的120度PWM控制波形；5)驅(qū)動(dòng)步驟，根據(jù)PWM控制波形通過功率單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在計(jì)算控制電壓前，對(duì)任意相反電勢波形進(jìn)行傅立葉分解，獲取不同諧波分量比 例，控制電壓模塊根據(jù)不同的諧波及比例計(jì)算控制電壓。如圖3所示，采用本實(shí)用新型前實(shí)測電機(jī)相電流波形及直流母線電流波形圖，第 二通道為相電流波形，可見電流有明顯的尖峰，這是造成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的根源。第一通道為母線 電流波形，可見控制區(qū)間更換時(shí)電流跌落時(shí)間較長，對(duì)轉(zhuǎn)矩影響較大。如圖4所示，實(shí)施本 實(shí)用新型后，第一通道的相電流波形的電流波峰大大降低，而且，電流波形隨著角度變化做 波浪形調(diào)整，符合轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償要求。第二通道的母線電流波形在換相時(shí)電流跌落部分明顯減 少。
權(quán)利要求120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于它包括轉(zhuǎn)子位置解析模塊，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置解析；控制電壓計(jì)算模塊，其與轉(zhuǎn)子解析模塊連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算得到對(duì)應(yīng)控制電壓值；PWM輸出模塊，其與控制電壓計(jì)算模塊連接，用于根據(jù)控制電壓值生成相應(yīng)的120度PWM控制波形；功率驅(qū)動(dòng)單元，位于電機(jī)及PWM輸出模塊之間，用于根據(jù)PWM控制波形控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于控制器 還包括檢測模塊，用于檢測轉(zhuǎn)子的位置，其與轉(zhuǎn)子位置解析模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于所述的 檢測模塊包括設(shè)于電機(jī)內(nèi)的位置傳感器，所述的位置傳感器的引出線與轉(zhuǎn)子位置解析模塊 相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特 征在于控制電壓計(jì)算模塊與一用于存放各控制區(qū)間相應(yīng)補(bǔ)償電壓值的存儲(chǔ)單元連接，所 述的存儲(chǔ)單元與PWM輸出模塊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于控制器 還包括輸出模塊，用于顯示電機(jī)工作狀態(tài)。
專利摘要120度非方波型無刷直流電機(jī)控制器，涉及對(duì)直流電機(jī)的控制器。目前控制器在控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電機(jī)易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的運(yùn)行噪聲。本實(shí)用新型包括轉(zhuǎn)子位置解析模塊，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置解析；控制電壓計(jì)算模塊，其與轉(zhuǎn)子解析模塊連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算得到對(duì)應(yīng)控制電壓值；PWM輸出模塊，其與控制電壓計(jì)算模塊連接，用于根據(jù)控制電壓值生成相應(yīng)的120度PWM控制波形；功率驅(qū)動(dòng)單元，位于電機(jī)及PWM輸出模塊之間，用于根據(jù)PWM控制波形控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在控制區(qū)間內(nèi)的控制電壓根據(jù)轉(zhuǎn)子位置實(shí)時(shí)調(diào)整其數(shù)值以減少轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，同時(shí)也能有效削弱控制區(qū)間更換時(shí)造成的轉(zhuǎn)矩跌落。
文檔編號(hào)H02P6/16GK201601643SQ20092029530
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者嚴(yán)偉燦, 廉晨龍, 朱亞娟, 杜榮法, 翟德虎, 郝兆禮 申請(qǐng)人:臥龍電氣集團(tuán)股份有限公司