本發(fā)明涉及一種無傳感永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種基于電壓脈沖矢量控制策略的無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

常見的無傳感永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器大多基于電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，該方法對(duì)于參數(shù)變化較為敏感，此外還有一個(gè)比較重要的缺陷是低速和零速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)很容易淹沒在噪聲信號(hào)中或是根本沒有反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)造成了一定的影響，當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，很容易由于失步造成啟動(dòng)失敗等現(xiàn)象。所以，如何能較好的辨識(shí)出轉(zhuǎn)子的初始位置，對(duì)于無傳感永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的性能與應(yīng)用范圍至關(guān)重要。在獲取永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置方面，比較傳統(tǒng)的方法有轉(zhuǎn)子預(yù)定位法和旋轉(zhuǎn)高頻信號(hào)注入法，但由于存在著電機(jī)會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的正反轉(zhuǎn)以及實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜等缺點(diǎn)，極大地限制了它們的應(yīng)用范圍。這是本申請(qǐng)需要著重改善的地方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種可靠性高，快速準(zhǔn)確獲取電機(jī)初始位置的基于電壓脈沖矢量控制策略的無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于電壓脈沖矢量控制策略的無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括SOC片上控制芯片、電流采樣調(diào)理模塊、電流采樣模塊、三相橋模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，SOC片上控制芯片發(fā)出控制指令通過三相橋模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生相應(yīng)的電壓脈沖矢量，向電機(jī)三相繞組中多次連續(xù)注入六路高頻電壓脈沖矢量，電流采樣調(diào)理模塊和電流采樣模塊將采集到了三相電流信號(hào)發(fā)送給SOC片上控制芯片，利用電機(jī)的飽和性凸極效應(yīng)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置。

所述SOC片上控制芯片包括FPGA單元和ARM核，所述FPGA單元是集成了故障處理功能的PWM模塊，電機(jī)的故障信號(hào)直接反饋到PWM的輸出上，在最短時(shí)間內(nèi)關(guān)斷PWM的輸出。即關(guān)斷了電機(jī)的供電，從而保護(hù)了電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，大幅度提高了整個(gè)設(shè)備的可靠性。

所述利用電機(jī)的飽和性凸極效應(yīng)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置，是指向電機(jī)三相繞組中注入六路高頻電壓脈沖矢量并采樣得到相電流峰值，將正向脈沖矢量對(duì)應(yīng)的電流峰值的絕對(duì)值減去負(fù)向脈沖矢量對(duì)應(yīng)的電流峰值的絕對(duì)值，得到該相電流峰值的變化量；其中電流峰值變化量絕對(duì)值最大的一相是電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極最靠近的那相繞組，剩余兩相電流峰值的變化量運(yùn)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置。

本發(fā)明的優(yōu)越功效在于：

1)本申請(qǐng)采用的獲取永磁同步電機(jī)的初始角度，具有速度快、精度高，獲取過程電機(jī)抖動(dòng)較小，算法易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)；

2)本申請(qǐng)的SOC片上控制芯片中包含SVPWM模塊，利用該模塊來生成電壓脈沖矢量，比直接向繞組中注入電流更加簡(jiǎn)便易行；

3)本申請(qǐng)采用多次注入同一個(gè)電壓脈沖矢量對(duì)的方式使得角度獲取結(jié)果更加穩(wěn)定；

4)本申請(qǐng)SOC片上控制芯片的FPGA單元，集成了故障處理功能，提高了可靠性；

5)本申請(qǐng)不依賴于電機(jī)參數(shù)，因此魯棒性較強(qiáng)，極大地提高了無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明的基本功能模塊的原理框圖；

圖2為本發(fā)明電壓脈沖矢量控制策略的原理框圖；

圖3為本發(fā)明電壓脈沖矢量控制策略的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于電壓脈沖矢量控制策略的無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該無傳感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括SOC片上控制芯片1、I/O模塊2、通信模塊3、數(shù)碼管顯示模塊4、按鍵檢測(cè)模塊5、電流采樣調(diào)理模塊6、電流采樣模塊7、三相橋模塊8、電源模塊9、驅(qū)動(dòng)模塊10和故障檢測(cè)模塊11。本發(fā)明的信號(hào)走向?yàn)椋篠OC片上控制芯片1通過I/O模塊2或通信模塊3或按鍵檢測(cè)模塊5獲得驅(qū)動(dòng)器使能信號(hào)，依照SOC片上控制芯片中的控制指令通過三相橋模塊8、電源模塊9和驅(qū)動(dòng)模塊10產(chǎn)生相應(yīng)的電壓脈沖矢量；與此同時(shí)，電流采樣調(diào)理模塊6和電流采樣模塊7將采集到了三相電流信號(hào)發(fā)送給SOC片上控制芯片1，經(jīng)過運(yùn)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置，該初始位置通過數(shù)碼管顯示模塊4或通信模塊3進(jìn)行查詢；故障檢測(cè)模塊11一直保持接收來自三相橋模塊8、電源模塊9以及電流采樣模塊7的信號(hào)，在檢測(cè)發(fā)現(xiàn)故障后及時(shí)將故障信號(hào)發(fā)送給SOC片上控制芯片1，采取相應(yīng)的處理動(dòng)作，關(guān)斷電機(jī)的供電。

所述SOC片上控制芯片1選用的是Microsemi公司的A2F200M3F，包括FPGA單元和ARM核，所述FPGA單元具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)邏輯處理能力，是集成了故障處理功能的PWM模塊。該部分實(shí)現(xiàn)的主要功能是PWM斬波與故障保護(hù)單元。PWM是電機(jī)控制的最底層功能模塊，對(duì)于電機(jī)控制的精度和可靠性具有決定性的應(yīng)用。當(dāng)故障檢測(cè)模塊11檢測(cè)到故障后，故障保護(hù)單元以最快的速度關(guān)閉PWM以保證安全。所述ARM核長處理算法級(jí)的代碼，該部分實(shí)現(xiàn)的主要功能是電機(jī)初始角度的獲取，無傳感FOC的運(yùn)算以及通信處理等輔助功能。

所述I/O模塊2完成一般的輸入輸出功能，便于提高裝置的可擴(kuò)展性與應(yīng)用范圍。通信模塊3與上位PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)碼管顯示模塊4與按鍵檢測(cè)模塊5提供了人機(jī)接口，便于用戶進(jìn)行某些特定操作。電流采樣調(diào)理模塊6是將電流采樣模塊7采集到的代表電流的電壓量進(jìn)行進(jìn)一步的縮放處理，使模數(shù)轉(zhuǎn)換器正常獲得當(dāng)前電流的數(shù)字量值。三相橋模塊8模塊給電機(jī)提供三相驅(qū)動(dòng)電源。電源模塊9為整個(gè)裝置提供穩(wěn)定的電源。驅(qū)動(dòng)模塊10用于將SOC片上控制芯片1發(fā)送過來的PWM邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢则?qū)動(dòng)三相橋模塊8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

如圖2所示，在不打亂原有控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過引入開關(guān)變量的方式完成了電機(jī)轉(zhuǎn)子初始角度獲取功能模塊的融入。當(dāng)開關(guān)變量如圖2中所示狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器正在進(jìn)行轉(zhuǎn)子初始角度獲取。此狀態(tài)下，電壓給定，角度反饋和電流反饋均從正?？刂骗h(huán)路中斷開。通過選取特定的V_d^*值作為矢量的模值，分別令θ^*等于0°，60°，120°，180°，240°，300°來生成六路電壓矢量，最后通過對(duì)電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理運(yùn)算得到轉(zhuǎn)子的初始位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子初始角度獲取完畢后，通過開關(guān)變量重新將控制環(huán)路閉合，使控制器切換到正常工作模式?？梢姡陔妷好}沖矢量控制策略在便于實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，保留了原有控制模塊的完整性，具有極高的工程應(yīng)用價(jià)值。

如圖3所示，首先是向電機(jī)三相繞組中注入六路高頻電壓脈沖矢量并采樣得到相電流峰值。測(cè)量最大峰值時(shí)，在施加相應(yīng)繞組的正向脈沖矢量后，需要緊接著施加該繞組的負(fù)向脈沖，以使繞組中的電流恢復(fù)為零，并且電流波形較為對(duì)稱，同理測(cè)量最小峰值時(shí)也需要進(jìn)行該處理?？紤]到電機(jī)的剩磁和磁滯效應(yīng)可能會(huì)對(duì)電機(jī)的飽和特性造成影響，可以采用多次注入同一個(gè)電壓脈沖矢量對(duì)的方式來削弱這一影響，并且為了獲得正確的采樣結(jié)果還應(yīng)該保持這些脈沖矢量對(duì)的連續(xù)性。采樣得到電流峰值后，通過將正向脈沖矢量對(duì)應(yīng)的電流峰值的絕對(duì)值減去負(fù)向脈沖矢量對(duì)應(yīng)的電流峰值的絕對(duì)值得到該相電流峰值的變化量。其中，電流峰值變化量的絕對(duì)值最大的一相就是電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極最靠近的那相繞組。剩余兩相的電流峰值的變化量Δi₁和Δi₂，結(jié)合算式和估算角度偏置角θ_section，通過求反正切的方式便可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置θ_r。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。