本發(fā)明涉及一種換相偏差實時校正方法，特別是一種無刷直流電機換相偏差實時校正方法。

背景技術(shù)：

無刷直流電機具有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小、功率密度高、效率高、體積小、無電刷等優(yōu)點，具有比直流電機更優(yōu)越的性能，廣泛應(yīng)用在機器人、數(shù)控機床等高性能運動控制領(lǐng)域。隨著控制理論和電力電子器件的快速發(fā)展，無刷直流電機的應(yīng)用愈加廣泛，而無刷直流電機控制性能的好壞，關(guān)鍵取決于電機換相的準確性和可靠性。

現(xiàn)有的無刷直流電機換相偏差實時校正方法，需要通過測量電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速等電參量，并且結(jié)合電機的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型進行一系列復(fù)雜的方法來實現(xiàn)，但是由于電壓、電流、轉(zhuǎn)速等電參量的采樣精度不夠高、電機的參數(shù)隨負載不斷變化以及電機數(shù)學(xué)模型的不確定性，導(dǎo)致電機換相點計算準確性降低，而且方法比較復(fù)雜，實時性差，不易實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無刷直流電機換相偏差實時校正方法，解決無刷直流電機控制中的換相偏差校正，以往方法比較復(fù)雜，實時性差，不易實現(xiàn)的問題。

一種無刷直流電機換相偏差實時校正方法的具體步驟為：

第一步 搭建無刷直流電機換相偏差實時校正系統(tǒng)

無刷直流電機換相偏差實時校正系統(tǒng)，包括：反電勢檢測與濾波電路、隔離放大電路、零點捕捉電路、位置檢測電路、功率主電路和DSP控制器。反電勢檢測與濾波電路包括：電阻R₁、電阻R₂、電容C₁。功率主電路包括：一個驅(qū)動芯片、六個功率組件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，每個功率組件均有D、G、S三個接線端。

反電勢檢測與濾波電路的輸入端與電機端子A和電機中線N相連，電機端子A與電阻R₁的一端連接，電阻R₁的另一端分別與電阻R₂的一端、電容C₁的一端連接，電阻R₂的另一端和電容C₁的另一端分別與電機中性點N連接，反電勢檢測與濾波電路的輸出端與隔離放大電路的輸入端連接。隔離放大電路的輸出端與零點捕捉電路的輸入端連接，零點捕捉電路的輸出端與位置檢測電路的一個輸入端連接，位置檢測電路的另外四個輸入端分別于DSP控制器的四個輸出端連接，位置檢測電路的輸出端與DSP控制器的一個輸入端連接，DSP控制器的六個輸出端與驅(qū)動芯片的輸入端連接，驅(qū)動芯片的輸出端分別與功率主電路的六個功率組件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的連接；功率組件VT1的S端和VT4的D端、VT3的S端和VT6的D端、VT5的S端和VT2的D端分別串聯(lián)之后形成三個支路，S1的D端、VT3的D端、VT5的D端分別與供電直流母線的正極連接，VT4的S端、VT6的S端、VT2的S端分別與供電直流母線的負極連接，從VT1的S端、VT3的S端、VT5的S端引出三個接線點分別接到無刷直流電機的A、B、C三個輸入端子。

第二步 確定高頻脈沖位置信號θ_A”S

DSP控制器輸出四位對應(yīng)的二進制開關(guān)信號到位置檢測電路，將零點捕捉電路輸出的方波位置信號θ_A’S進行P倍頻，得到頻率等于方波位置信號θ_A’S的頻率P倍的高頻脈沖位置信號θ_A”S，其中，P為2的M次方，且M為正整數(shù)，DSP控制器輸出到位置檢測電路的四位二進制開關(guān)信號是M值對應(yīng)的四位二進制開關(guān)信號D3D2D1D0，D3對應(yīng)四位二進制的最高位，D0對應(yīng)四位二進制的最低位。

第三步 DSP控制器判斷電機轉(zhuǎn)子磁極零位置

DSP控制器利用零點捕捉電路輸出的方波位置信號θ_A’S的上升沿來判斷電機一個電周期的絕對零位置，當θ_A’S的上升沿到來時，電機已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周，DSP控制器將捕捉的高頻脈沖位置信號θ_A”S的計數(shù)值清零。

第四步 DSP控制器確定電機轉(zhuǎn)速和換相延時角度

DSP控制器利用預(yù)定時間段內(nèi)捕捉的高頻脈沖位置信號θ_AS”的計數(shù)值X，得到電機的轉(zhuǎn)速ω=，其中，P為高頻脈沖位置信號θ_A”S對方波位置信號θ_A’S的倍頻數(shù)。

DSP控制器根據(jù)得到的電機轉(zhuǎn)速ω獲取換相延時角度的數(shù)值為：，其中，R₁、R₂分別為反電勢檢測與濾波電路中R₁、R₂的電阻值，C₁為反電勢檢測與濾波電路中的電容值，ω為電機的轉(zhuǎn)速。

第五步 DSP控制器根據(jù)電機轉(zhuǎn)向確定轉(zhuǎn)子實時位置θ_r并輸出電機換相信號

當電機正轉(zhuǎn)時：轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的數(shù)值為：；當電機反轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的數(shù)值為：。

電機正轉(zhuǎn)時，當θ_r=30°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=90°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=150°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=210°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=270°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=330°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT4關(guān)斷；當電機反轉(zhuǎn)時，當θ_r=30°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=90°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=150°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT4關(guān)斷，當θ_r=210°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=270°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=330°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷。

當需要電機超前或者滯后預(yù)定角度，實現(xiàn)降低電機轉(zhuǎn)矩脈動，在轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的基礎(chǔ)上疊加一個α角度，當α<0時，實現(xiàn)超前換相，當α>0時，實現(xiàn)滯后換相，當α=0時，實現(xiàn)正常換相。當電機正轉(zhuǎn)時，當θ_r=(30+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=(90+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(150+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(210+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(270+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=(330+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT 3、VT4關(guān)斷；當電機反轉(zhuǎn)時，當θ_r=(30+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(90+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=(150+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT 3、VT4關(guān)斷，當θ_r=(210+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=(270+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(330+α)°時，DSP控制器輸出信號至驅(qū)動芯片，驅(qū)動功率主電路中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷。

至此，實現(xiàn)無刷直流電機的換相校正。

本發(fā)明對電機數(shù)學(xué)模型和電參數(shù)依賴程度低，檢測精度高，可根據(jù)精度要求在線改變高頻脈沖位置信號θ_A”S的頻率，簡單易實現(xiàn)，可根據(jù)要求，隨意設(shè)定換相角度，無需改變硬件連接。

附圖說明

圖1 一種無刷直流電機換相偏差實時校正方法所述的無刷直流電機換相偏差實時校正系統(tǒng)示意圖。

1.反電勢檢測與濾波電路 2.隔離放大電路 3.零點捕捉電路 4.位置檢測電路 5.功率主電路 6.DSP控制器 7.驅(qū)動芯片。

具體實施方式

一種無刷直流電機換相偏差實時校正方法的具體步驟為：

第一步 搭建無刷直流電機換相偏差實時校正系統(tǒng)

無刷直流電機換相偏差實時校正系統(tǒng)，包括：反電勢檢測與濾波電路1、隔離放大電路2、零點捕捉電路3、位置檢測電路4、功率主電路5和DSP控制器6。反電勢檢測與濾波電路1包括：電阻R₁、電阻R₂、電容C₁。功率主電路5包括：一個驅(qū)動芯片7、六個功率組件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，每個功率組件均有D、G、S三個接線端。

反電勢檢測與濾波電路1的輸入端與電機端子A和電機中線N相連，電機端子A與電阻R₁的一端連接，電阻R₁的另一端分別與電阻R₂的一端、電容C₁的一端連接，電阻R₂的另一端和電容C₁的另一端分別與電機中性點N連接，反電勢檢測與濾波電路1的輸出端與隔離放大電路2的輸入端連接。隔離放大電路2的輸出端與零點捕捉電路3的輸入端連接，零點捕捉電路3的輸出端與位置檢測電路4的一個輸入端連接，位置檢測電路4的另外四個輸入端分別于DSP控制器6的四個輸出端連接，位置檢測電路4的輸出端與DSP控制器6的一個輸入端連接，DSP控制器6的六個輸出端與驅(qū)動芯片7的輸入端連接，驅(qū)動芯片7的輸出端分別與功率主電路5的六個功率組件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的連接；功率組件VT1的S端和VT4的D端、VT3的S端和VT6的D端、VT5的S端和VT2的D端分別串聯(lián)之后形成三個支路，S1的D端、VT3的D端、VT5的D端分別與供電直流母線的正極連接，VT4的S端、VT6的S端、VT2的S端分別與供電直流母線的負極連接，從VT1的S端、VT3的S端、VT5的S端引出三個接線點分別接到無刷直流電機的A、B、C三個輸入端子。

第二步 確定高頻脈沖位置信號θ_A”S

DSP控制器6輸出四位對應(yīng)的二進制開關(guān)信號到位置檢測電路4，將零點捕捉電路3輸出的方波位置信號θ_A’S進行P倍頻，得到頻率等于方波位置信號θ_A’S的頻率P倍的高頻脈沖位置信號θ_A”S，其中，P為2的M次方，且M為正整數(shù)，DSP控制器6輸出到位置檢測電路4的四位二進制開關(guān)信號是M值對應(yīng)的四位二進制開關(guān)信號D3D2D1D0，D3對應(yīng)四位二進制的最高位，D0對應(yīng)四位二進制的最低位。

第三步 DSP控制器6判斷電機轉(zhuǎn)子磁極零位置

DSP控制器6利用零點捕捉電路3輸出的方波位置信號θ_A’S的上升沿來判斷電機一個電周期的絕對零位置，當θ_A’S的上升沿到來時，電機已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周，DSP控制器6將捕捉的高頻脈沖位置信號θ_A”S的計數(shù)值清零。

第四步 DSP控制器6確定電機轉(zhuǎn)速和換相延時角度

DSP控制器6利用預(yù)定時間段內(nèi)捕捉的高頻脈沖位置信號θ_AS”的計數(shù)值X，得到電機的轉(zhuǎn)速ω=，其中，P為高頻脈沖位置信號θ_A”S對方波位置信號θ_A’S的倍頻數(shù)。

DSP控制器6根據(jù)得到的電機轉(zhuǎn)速ω獲取換相延時角度的數(shù)值為：，其中，R₁、R₂分別為反電勢檢測與濾波電路1中R₁、R₂的電阻值，C₁為反電勢檢測與濾波電路1中的電容值，ω為電機的轉(zhuǎn)速。

第五步 DSP控制器6根據(jù)電機轉(zhuǎn)向確定轉(zhuǎn)子實時位置θ_r并輸出電機換相信號

當電機正轉(zhuǎn)時：轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的數(shù)值為：；當電機反轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的數(shù)值為：。

電機正轉(zhuǎn)時，當θ_r=30°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=90°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=150°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=210°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=270°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=330°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT4關(guān)斷；當電機反轉(zhuǎn)時，當θ_r=30°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=90°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=150°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT4關(guān)斷，當θ_r=210°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=270°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=330°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷。

當需要電機超前或者滯后預(yù)定角度，實現(xiàn)降低電機轉(zhuǎn)矩脈動，在轉(zhuǎn)子實時位置θ_r的基礎(chǔ)上疊加一個α角度，當α<0時，實現(xiàn)超前換相，當α>0時，實現(xiàn)滯后換相，當α=0時，實現(xiàn)正常換相。當電機正轉(zhuǎn)時，當θ_r=(30+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=(90+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(150+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(210+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(270+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=(330+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT 3、VT4關(guān)斷；當電機反轉(zhuǎn)時，當θ_r=(30+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT3和VT4導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(90+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT4和VT5導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT3、VT6關(guān)斷，當θ_r=(150+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT5和VT6導(dǎo)通，同時將VT1、VT2、VT 3、VT4關(guān)斷，當θ_r=(210+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT6和VT1導(dǎo)通，同時將VT2、VT3、VT4、VT5關(guān)斷，當θ_r=(270+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT1和VT2導(dǎo)通，同時將VT3、VT4、VT5、VT6關(guān)斷，當θ_r=(330+α)°時，DSP控制器6輸出信號至驅(qū)動芯片7，驅(qū)動功率主電路5中的VT2和VT3導(dǎo)通，同時將VT1、VT4、VT5、VT6關(guān)斷。

至此，實現(xiàn)無刷直流電機的換相校正。