專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制方法，屬于電機(jī)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電機(jī)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)子位置的精確檢測(cè)成為國(guó)內(nèi)外電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前已經(jīng)有許多種控制技術(shù)，常規(guī)的電機(jī)位置檢測(cè)技術(shù)包括(I)直接位置檢測(cè)法；⑵導(dǎo)通相繞組檢測(cè)法；⑶非導(dǎo)通相繞組檢測(cè)法；⑷附加電元件檢測(cè)法；(5)基于智能技術(shù)檢測(cè)法等。這些方法中除了直接位置檢測(cè)法是通過(guò)霍爾傳感器等專(zhuān)用檢測(cè)元件來(lái)直接檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，其他方法都是尋找一個(gè)能夠獲得的參數(shù)信息來(lái)間接獲取轉(zhuǎn)子位置。直接位置檢測(cè)法因受到環(huán)境影響大，應(yīng)用場(chǎng)合受到了限制。間接檢測(cè)方法更多的用于異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和直流無(wú)刷電機(jī)中。雙凸極電機(jī)是上世紀(jì)八十年代末提出的新結(jié)構(gòu)電 機(jī)，對(duì)于雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器的研究還非常少。四相雙凸極電機(jī)是一種新型雙凸極電機(jī)，與同尺寸的三相雙凸極電機(jī)相比，它具有更高的功率密度、更小的繞組銅損、更寬的調(diào)速范圍和更小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，因此在航空航天、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域有更好的應(yīng)用前景。四相雙凸極電機(jī)(“四相雙凸極電機(jī)”，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利201110062872.7)因其結(jié)構(gòu)的原因，使得它的端電壓和繞組反電勢(shì)的THD值很大，正弦度低，常規(guī)的無(wú)位置檢測(cè)方法無(wú)法獲得準(zhǔn)確的換相點(diǎn)。同時(shí)由于轉(zhuǎn)速變化會(huì)引起電壓基波頻率的變化，傳統(tǒng)的方法是采集的電壓先進(jìn)入一個(gè)RC濾波器，然而當(dāng)濾波器截止頻率小于基波頻率時(shí)，基波直接被濾除；當(dāng)截止頻率遠(yuǎn)大于基波頻率時(shí)，很多諧波無(wú)法被濾除。而且一個(gè)RC濾波器無(wú)法保證端電壓或反電勢(shì)的THD值滿(mǎn)足檢測(cè)要求，RC濾波器還會(huì)造成電勢(shì)相位的偏移。在轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)的濾波及位置檢測(cè)技術(shù)是四相雙凸極電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在傳統(tǒng)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合雙凸極電機(jī)的特點(diǎn)，提供一種實(shí)用、簡(jiǎn)便的針對(duì)四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)四相雙凸極電機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下的寬轉(zhuǎn)速范圍控制，提高電機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率和功率密度。本發(fā)明所述的一種用于四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的主要特征包括以下步驟I、(I)根據(jù)濾波器的幅頻特性曲線(xiàn)，確保這個(gè)范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速下的反電勢(shì)經(jīng)過(guò)根據(jù)這個(gè)范圍設(shè)計(jì)的濾波器濾波后的THD值在10%以?xún)?nèi)，從200rpm開(kāi)始，在200rpm IOOOrpm間每間隔200rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，IOOOrpm 3000rpm間每間隔500rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，3000rpm 6000rpm間每間隔IOOOrpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍,6000rpm以上的轉(zhuǎn)速每間隔2000rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍,通過(guò)理論計(jì)算做出每個(gè)轉(zhuǎn)速范圍中每間隔50rpm的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償角的查找表；(2)通過(guò)電壓傳感器檢測(cè)四相雙凸極電機(jī)的任意相鄰兩相端電壓(以A相和B相為例)，為了不超過(guò)濾波器的限幅值，電壓傳感器檢測(cè)到的電壓值按照比例縮小至O
2.5V，檢測(cè)到的端電壓UA和UB首先經(jīng)過(guò)模擬減法器減去直流偏置Uin/2 (Uin是四相全橋電路直流端電壓)，然后根據(jù)此時(shí)A相電勢(shì)過(guò)零電壓點(diǎn)來(lái)計(jì)算此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速η ；(3)將步驟(2)所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速η與步驟(I)所述的預(yù)先設(shè)定的Ν(Ν是大于2的自然數(shù))個(gè)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行比較，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍1、2、……N分別進(jìn)入濾波器1、2、……N，濾波后的Α、B相反電勢(shì)通過(guò)AD采樣模塊直接送入DSP ；(4)將步驟(3)所述的經(jīng)過(guò)AD采樣進(jìn)入DSP中的Α、Β相電勢(shì)，根據(jù)步驟(I)預(yù)先設(shè)置的查找表來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)變換以實(shí)現(xiàn)精確相位補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的反電勢(shì)經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換在外部的過(guò)零比較器中與零基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出信號(hào)給CAP捕獲；(5)步驟⑷所述的CAP 口捕獲信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP輸出給FPGA，在FPGA中進(jìn)行邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生八個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)給四相主功率電路的開(kāi)關(guān)管，完成控制。2、根據(jù)權(quán)利要求I所述的四相雙凸極電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)特征，N種特征角頻率的單級(jí)低通濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下濾波器的傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.用于四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器技術(shù)，其特征包括以下步驟 (1)根據(jù)濾波器的幅頻特性曲線(xiàn)，確保這個(gè)范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速下的反電勢(shì)經(jīng)過(guò)根據(jù)這個(gè)范圍設(shè)計(jì)的濾波器濾波后的THD值在10%以?xún)?nèi)，從200rpm開(kāi)始，在200rpm IOOOrpm間每間隔200rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，IOOOrpm 3000rpm間每間隔500rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，3000rpm 6000rpm間每間隔IOOOrpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，6000rpm以上的轉(zhuǎn)速每間隔2000rpm劃分一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，通過(guò)理論計(jì)算做出每個(gè)轉(zhuǎn)速范圍中每間隔50rpm的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償角的查找表； (2)通過(guò)電壓傳感器檢測(cè)四相雙凸極電機(jī)的任意相鄰兩相端電壓(以A相和B相為例)，檢測(cè)到的端電壓UA和UB首先經(jīng)過(guò)模擬減法器去除直流偏置Uin/2 (Uin是四相全橋電路直流端電壓)，然后根據(jù)此時(shí)A相電勢(shì)過(guò)零電壓點(diǎn)來(lái)計(jì)算此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速η ； (3)將步驟(2)所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速η與步驟(I)所述的預(yù)先設(shè)定的Ν(Ν是大于2的自然數(shù))個(gè)轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行比較，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍1、2、……N分別進(jìn)入濾波器1、2、……N，濾波后的Α、B相反電勢(shì)通過(guò)AD采樣模塊直接送入DSP ； (4)將步驟(3)所述的經(jīng)過(guò)AD采樣進(jìn)入DSP中的Α、Β相電勢(shì)，根據(jù)步驟⑴預(yù)先設(shè)置的查找表來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)變換以實(shí)現(xiàn)精確相位補(bǔ)償，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的反電勢(shì)經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換在外部的過(guò)零比較器中與零基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出信號(hào)給CAP捕獲； (5)步驟(4)所述的CAP口捕獲信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP輸出給FPGA，在FPGA中進(jìn)行邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生八個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)給四相主功率電路的開(kāi)關(guān)管，完成控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四相雙凸極電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)特征，N種特征角頻率的單級(jí)低通濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下 濾波器的傳遞函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四相雙凸極電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)特征和權(quán)利要求2所述的濾波器特征角頻率的設(shè)計(jì)，位置信號(hào)的獲取包括以下步驟 (1)根據(jù)權(quán)利要求I的步驟⑵中的A相電勢(shì)的兩個(gè)最近的過(guò)零電壓點(diǎn)的時(shí)間差t來(lái)計(jì)算雙凸極電機(jī)轉(zhuǎn)速n = 30/pt,其中P為轉(zhuǎn)子極數(shù)； (2)根據(jù)步驟(I)所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)選擇濾波器，反電勢(shì)經(jīng)過(guò)濾波器后的滯后角α隨著轉(zhuǎn)速的不同而不同，換相位置需要補(bǔ)償?shù)慕嵌圈?= α-90° ； (3)根據(jù)步驟(2)所述的β角可以由兩相坐標(biāo)變換得到Eas = Ea cos β +Eb sin^Ebs = Eb cos β -Ea sin β F=-F F=-Fj^csj^as j^dsj^bs 其中Ea，Eb分別為坐標(biāo)變換前A，B相的反電勢(shì)矢量，Eas, Ebs, Ecs, Eds分別為坐標(biāo)變換后的A，B, C，D相反電勢(shì)矢量； (4)根據(jù)步驟(3)所述的坐標(biāo)變換后得到的四個(gè)反電勢(shì)矢量的過(guò)零電壓點(diǎn)就與實(shí)際換相點(diǎn)一致，通過(guò)DSP中的DA轉(zhuǎn)換將坐標(biāo)變換后的A、B相反電勢(shì)輸出給比較器，比較后的值由DSP的CAP捕獲后即為換相參考； (5)步驟(4)所述的捕獲信號(hào)由DSP進(jìn)入FPGA進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出給八個(gè)開(kāi)關(guān)管，完成控制；
4.一次坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 對(duì)權(quán)利要求3中的步驟(3)所述的變換后A相電勢(shì)矢量積分得
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于四相雙凸極電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制方法。四相雙凸極電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)反電勢(shì)矢量在d-q坐標(biāo)系中依次相差90°。該控制方法首先劃分N(N是大于2的自然數(shù))個(gè)轉(zhuǎn)速范圍來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)截止頻率的濾波器，其次僅采集任意相鄰兩相的端電壓，進(jìn)入減法器去除直流偏置，根據(jù)此時(shí)電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)速范圍來(lái)決定進(jìn)入哪一個(gè)截止頻率的濾波器，DSP采集經(jīng)過(guò)濾波器后的電勢(shì)波形。對(duì)于一個(gè)范圍的不同轉(zhuǎn)速建立與此范圍對(duì)應(yīng)濾波器的相移角對(duì)照表供DSP查詢(xún)進(jìn)行準(zhǔn)確的相移。最后通過(guò)過(guò)零比較器獲得實(shí)際的換相位置，經(jīng)DSP運(yùn)算后，由FPGA輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)給開(kāi)關(guān)管，完成換相。本發(fā)明可以在寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。
文檔編號(hào)H02P6/18GK102904502SQ20121039255
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者趙耀, 王慧貞, 陳晨, 陳偉鵬, 張海波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)