一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，涉及一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機(jī)(BLDCM)既具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠和維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、起動轉(zhuǎn)矩較大等特點(diǎn)，在航空、航天、家電、交通等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]無刷直流電機(jī)的基本構(gòu)成包括:電機(jī)本體、電子換相電路和轉(zhuǎn)子位置傳感器三大部分。電機(jī)本體主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。電子換相電路一般由驅(qū)動部分和控制部分組成。轉(zhuǎn)子位置傳感用于檢測轉(zhuǎn)子磁極位置相對于定子電樞繞組軸線的位置，并向控制器提供位置信號的一種裝置，是無刷直流電動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。最常用的兩相導(dǎo)通、星形三相六狀態(tài)無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)電氣連接圖如圖1所示。
[0004]逆變器中的功率器件屬于電力電子器件，很容易在非常短的時間內(nèi)因過流故障而損壞，因此準(zhǔn)確迅速地檢測到過流故障并及時地采取保護(hù)措施對于系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行意義十分重大。無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的電流檢測對象分三種:母線電流檢測、相電流檢測、母線電流與相電流同時檢測。因為母線電流檢測只需要一路電流檢測電路，既可以節(jié)省控制器體積又可以節(jié)約成本，使用頻率最高，因此本文中所涉及的電流檢測與保護(hù)方法均重點(diǎn)以母線電流為研宄對象。
[0005]通常對電機(jī)電流進(jìn)行檢測的方法是通過采樣電阻或者電流傳感器將電機(jī)的母線電流或相電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，濾波之后送入DSP的AD 口進(jìn)行采樣，AD采樣中斷一般用PWM比較事件觸發(fā)。圖2所示為無刷直流電機(jī)的母線電流波形，對于不同電氣時間常數(shù)的無刷直流電機(jī)而言，其母線電流波形差別較大。大電氣時間常數(shù)的無刷直流電機(jī)電流變化較慢，而小氣電時間常數(shù)的無刷直流電機(jī)電流變化迅速。通常的電流檢測方法是:DSP在PWM比較事件發(fā)生時對電機(jī)的電流進(jìn)行采樣，考慮到AD采樣的延遲時間，程序的運(yùn)行時間等，折合為總的延遲時間t，真正的采樣點(diǎn)在圖2中的A與B處。對于母線電流而言，傳統(tǒng)的檢測方法一方面不能真實反映電機(jī)的峰值電流，另一方面過流保護(hù)滯后于電流峰值時刻，極易造成保護(hù)不及時燒毀控制器的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，能夠在無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)工作過程中預(yù)測性地獲取電機(jī)的峰值電流信息并在單控制周期內(nèi)實現(xiàn)過流保護(hù)，有效地避免了電機(jī)過流時因保護(hù)不及時而燒壞控制器的問題。
[0008]技術(shù)方案
[0009]一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，其特征在于步驟如下:
[0010]步驟1:在無刷直流電機(jī)運(yùn)行之前，設(shè)置初始占空比的值為PWM_CMPA，將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式，設(shè)置B路PWM的比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件；
[0011]步驟2:計算A路3/4的PWM占空比的值并將其賦給B路PWM的占空比；
[0012]步驟3:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值，當(dāng)AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標(biāo)志位置I且過流故障保護(hù)計數(shù)器加I;
[0013]否則過流故障標(biāo)志位置0，過流故障保護(hù)計數(shù)器置O ;
[0014]步驟4:在每個控制周期中間再次讀AD的采樣值，當(dāng)AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標(biāo)志位置I且過流故障保護(hù)計數(shù)器加I;
[0015]否則過流故障標(biāo)志位置0，過流故障保護(hù)計數(shù)器置O ;
[0016]步驟5:當(dāng)過流故障標(biāo)志位為I且過流故障保護(hù)計數(shù)器值小于10時，封鎖PWM輸出，對電機(jī)進(jìn)行限流保護(hù)；如果過流故障標(biāo)志位為0，則取消對電機(jī)的限流保護(hù)；
[0017]步驟6:如果連續(xù)多次檢測到過流故障，過流故障保護(hù)計數(shù)器大于等于設(shè)定次數(shù)，對電機(jī)進(jìn)行永久停機(jī)保護(hù)，且停機(jī)保護(hù)標(biāo)志位置I。
[0018]所述多次等于設(shè)定次數(shù)，且大于10次。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明提出的一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，在提高無刷直流電機(jī)峰值電流檢測的前瞻性與過流保護(hù)的及時性。在傳統(tǒng)母線電流采樣電路的基礎(chǔ)上，利用母線電流檢測電路與DSP的AD模塊相配合對電機(jī)的母線峰值電流進(jìn)行檢測，共分為電流檢測與過流保護(hù)兩個部分。電流檢測在每個斬波周期中，在3/4占空比處觸發(fā)AD中斷對電機(jī)電流進(jìn)行采樣。在每個控制周期中一旦檢測到過流故障立即停機(jī)保護(hù)，下一個控制周期中如果檢測到電機(jī)電流回歸正常，立即終止過流保護(hù)。此方法可以將對電機(jī)的過流故障從檢測到實施保護(hù)的時間縮短到一個控制周期之內(nèi)，實時性強(qiáng)。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)既適用于母線峰值電流的檢測又可用于相峰值電流的檢測；
[0023](2)對電機(jī)的過流故障檢測具有前瞻性，并且實現(xiàn)單控制周期內(nèi)的電流保護(hù)；
[0024](3)適用面廣，不僅適用于大電氣時間常數(shù)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，對于小電氣時間常數(shù)系統(tǒng)也適用。
【附圖說明】
[0025]圖1為無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)電氣連接圖。
[0026]圖2為無刷直流電機(jī)的母線電流波形，
[0027]a:小電氣時間常數(shù)無刷直流電機(jī)
[0028]b:大電氣時間常數(shù)無刷直流電機(jī)
[0029]圖3為電流檢測與保護(hù)算法流程圖。
[0030]圖4對無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制的電流波形，
[0031]a:大電氣時間常數(shù)無刷直流電機(jī)
[0032]b:小電氣時間常數(shù)無刷直流電機(jī)。
【具體實施方式】
[0033]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0034]三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)母線電流檢測電路中，電機(jī)的母線電流經(jīng)過功率采樣電阻將電流值轉(zhuǎn)換成電壓值(見圖1)，然后經(jīng)濾波、放大之后送入DSP的AD 口進(jìn)行檢測。特別強(qiáng)調(diào)，此處的濾波僅對斬波頻率以上的高頻雜波進(jìn)行濾除。
[0035]控制系統(tǒng)軟件的控制周期為25uS (40KHz)，PWM斬波頻率為25KHz，DSP使用的是TI 公司的 TMS320F2808。
[0036]電流采樣和保護(hù)方法的【具體實施方式】按照圖3所示的流程圖進(jìn)行。
[0037]第一步:在系統(tǒng)控制軟件的初始化中，記錄初始占空比的值:PWM_CMPA =DutyFunc ;將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式:TBCTL.bit.PHSEN = I ;設(shè)置B路PWM比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件:ADCTRL2.bit.1NT_ENA_SEQ1 = I。
[0038]第二步:計算3*PWM_CMPA>>2的值并將計算值作為B路PWM的占空比CMPB的值:CMPB = 3*PWM_CMPA》20
[0039]第三步:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值:read(&adcl);判斷是否發(fā)生過流故障:if (Ibus_A> = v->IbusRefUp);如果過流則過流故障標(biāo)志位IbusPrt = I且過流故障保護(hù)計數(shù)器 IbusPrtCnt++，否則 IbusPrt = 0，IbusPrtCnt = O。
[0040]第四步:在每個控制周期中間時再次讀AD的采樣值:read(&adcl);判斷是否發(fā)生過流故障:if (Ibus_A> = v->IbusRefUp);如果過流則過流故障標(biāo)志位IbusPrt = I且過流故障保護(hù)計數(shù)器 IbusPrtCnt++，否則 IbusPrt = 0，IbusPrtCnt = O。
[0041]第五步:如果過流故障標(biāo)志位IbusPrt = I且過流故障保護(hù)計數(shù)器IbusPrtCnt〈10，則封鎖PWM輸出，對電機(jī)進(jìn)行限流保護(hù):
[0042]EPwmlRegs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ；
[0043]EPwm2Regs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ；EPwm3Regs.AQCSFRC.bit.CSFA = 2 ;如果IbusPrt = 0，則取消對電機(jī)的限流保護(hù)。
[0044]第六步:如果連續(xù)100次檢測到過流故障，即IbusPrtCnt〉= 100，對電機(jī)進(jìn)行永久停機(jī)保護(hù)，且 StopMotor 標(biāo)志位置 1:StopMotor = I ；DutyFunc = O。
[0045]圖4表示該方法對不同電氣時間常數(shù)無刷直流電機(jī)進(jìn)行控制的電流波形，從圖中可以看出采用該方法的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)可以在電流到達(dá)接近于峰值之前對電流進(jìn)行采集，并在一個控制周期內(nèi)實現(xiàn)對過流故障的保護(hù)，既準(zhǔn)確又及時。
【主權(quán)項】
1.一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:在無刷直流電機(jī)運(yùn)行之前，設(shè)置初始占空比的值為PWM_CMPA，將A路PWM與B路PWM設(shè)置成同步模式，設(shè)置B路PWM的比較事件作為ADC的中斷觸發(fā)事件； 步驟2:計算A路3/4的PWM占空比的值并將其賦給B路PWM的占空比； 步驟3:在每個控制周期開始時讀AD的采樣值，當(dāng)AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標(biāo)志位置I且過流故障保護(hù)計數(shù)器加I ; 否則過流故障標(biāo)志位置O，過流故障保護(hù)計數(shù)器置O ; 步驟4:在每個控制周期中間再次讀AD的采樣值，當(dāng)AD的采樣值大于設(shè)定的電流上限值時為發(fā)生過流故障，將過流故障標(biāo)志位置I且過流故障保護(hù)計數(shù)器加I ; 否則過流故障標(biāo)志位置O，過流故障保護(hù)計數(shù)器置O ; 步驟5:當(dāng)過流故障標(biāo)志位為I且過流故障保護(hù)計數(shù)器值小于10時，封鎖PWM輸出，對電機(jī)進(jìn)行限流保護(hù)；如果過流故障標(biāo)志位為0，則取消對電機(jī)的限流保護(hù)； 步驟6:如果連續(xù)多次檢測到過流故障，過流故障保護(hù)計數(shù)器大于等于設(shè)定次數(shù)，對電機(jī)進(jìn)行永久停機(jī)保護(hù)，且停機(jī)保護(hù)標(biāo)志位置I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，其特征在于:所述多次等于設(shè)定次數(shù)，且大于10次。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無刷直流電機(jī)峰值電流的單周期檢測與保護(hù)方法，在提高無刷直流電機(jī)峰值電流檢測的前瞻性與過流保護(hù)的及時性。在傳統(tǒng)母線電流采樣電路的基礎(chǔ)上，利用母線電流檢測電路與DSP的AD模塊相配合對電機(jī)的母線峰值電流進(jìn)行檢測，共分為電流檢測與過流保護(hù)兩個部分。電流檢測在每個斬波周期中，在3/4占空比處觸發(fā)AD中斷對電機(jī)電流進(jìn)行采樣。在每個控制周期中一旦檢測到過流故障立即停機(jī)保護(hù)，下一個控制周期中如果檢測到電機(jī)電流回歸正常，立即終止過流保護(hù)。此方法可以將對電機(jī)的過流故障從檢測到實施保護(hù)的時間縮短到一個控制周期之內(nèi)，實時性強(qiáng)。
【IPC分類】H02H7-085
【公開號】CN104767176
【申請?zhí)枴緾N201510106199
【發(fā)明人】馬瑞卿, 劉青, 韓偉健, 張慶超
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月11日