一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染和能源危機(jī)的雙重壓力加大，人們對(duì)電動(dòng)車(chē)的需求逐步提高。電動(dòng)車(chē)通常包含四大部分:控制系統(tǒng)、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池和車(chē)體。其中，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接決定了電動(dòng)車(chē)的整體特性。相比其他電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)憑借在能量密度、效率等方面的明顯優(yōu)勢(shì)，逐漸成為電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的主要選擇。而無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)，更是避免了位置傳感器的安裝，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，提高了電機(jī)的可靠性。所以，無(wú)位置傳感器技術(shù)逐漸成為電動(dòng)車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。
[0003]無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器的電機(jī)，又稱無(wú)換向器電機(jī)。早在上世紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。
[0004]反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法是當(dāng)前最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法。但其有一些不可避免的缺點(diǎn)，如低速換相不準(zhǔn)確、無(wú)法自啟動(dòng)等。為了克服這些缺點(diǎn)，本文提出了一種新型的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。它利用FPGA作為主控芯片，對(duì)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)算法進(jìn)行改進(jìn)，完成在全速范圍內(nèi)對(duì)逆變器換相時(shí)刻的準(zhǔn)確計(jì)算；同時(shí)還集成了電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器和PWM調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象轉(zhuǎn)速的精密調(diào)節(jié)?？傊?，系統(tǒng)具有集成度高、調(diào)速精度好的特點(diǎn)，不存在程序跑飛和死機(jī)的問(wèn)題，滿足了電動(dòng)車(chē)對(duì)電機(jī)控制器穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
[0005]例如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01320099638.6”的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，該實(shí)用新型為解決單片機(jī)附加許多種接口設(shè)備的傳統(tǒng)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)從速度環(huán)到電流環(huán)的全數(shù)字控制問(wèn)題。本實(shí)用新型包括DSP、功率驅(qū)動(dòng)電路、三相逆變器、相電流檢測(cè)電路和位置傳感器，DSP的PffM指令輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與三相逆變器的輸入端相連，三相逆變器的輸出端與無(wú)刷直流電機(jī)的控制端相連；相電流檢測(cè)電路檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的三相相電流，相電流檢測(cè)電路的相電流信號(hào)輸出端與DSP的相電流信號(hào)輸入端相連；位置傳感器檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出端與DSP的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸入端相連。
[0006]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01420545553.0”的一種無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)，包括微控制器電路、驅(qū)動(dòng)電路和面板顯示電路；微控制器電路由第一電源供電，驅(qū)動(dòng)電路由第二電源供電；微控制器電路上設(shè)有電量檢測(cè)信號(hào)輸入端口、助力信號(hào)輸入端口、轉(zhuǎn)向信號(hào)輸入端口、剎車(chē)信號(hào)輸入端口、模式轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端口 ；微控制器電路向驅(qū)動(dòng)電路傳遞PffM脈寬調(diào)制信號(hào)、頂端驅(qū)動(dòng)信號(hào)和底端驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路向微控制器電路反饋速度采集信號(hào)和電流采集信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路與電機(jī)連接；微控制器電路通過(guò)I/O接口向面板顯示電路傳遞時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，控制精度高，且易推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，包含無(wú)刷直流電機(jī)，在所述無(wú)刷直流電機(jī)上設(shè)有依次連接的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、Α/D轉(zhuǎn)換模塊、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路和PffM調(diào)節(jié)器；所述反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路包含微控制器模塊、延時(shí)電路模塊、中點(diǎn)電壓估算模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊；所述微控制器模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊依次連接，所述延時(shí)電路模塊分別與微控制器模塊和換相控制模塊連接，所述中點(diǎn)電壓估算模塊連接在微控制器模塊和過(guò)零檢測(cè)模塊之間。
[0009]作為本發(fā)明一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。
[0010]作為本發(fā)明一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述無(wú)刷直流電機(jī)采用一個(gè)額定電壓48 V、額定轉(zhuǎn)速3500 r/min的六極對(duì)數(shù)無(wú)刷直流電機(jī)。
[0011]作為本發(fā)明一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的芯片型號(hào)為A3144。
[0012]作為本發(fā)明一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述Α/D轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為T(mén)MS320LF240。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明具有集成度高、調(diào)速精度好；
2、本發(fā)明利用AVR系列單片機(jī)作為主控芯片，對(duì)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)算法進(jìn)行改進(jìn)，完成在全速范圍內(nèi)對(duì)逆變器換相時(shí)刻的準(zhǔn)確計(jì)算；同時(shí)還集成了電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器和PWM調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象轉(zhuǎn)速的精密調(diào)節(jié)，不存在死機(jī)的問(wèn)題，滿足了電動(dòng)車(chē)對(duì)電機(jī)控制器穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，包含無(wú)刷直流電機(jī)，在所述無(wú)刷直流電機(jī)上設(shè)有依次連接的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、Α/D轉(zhuǎn)換模塊、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路和PffM調(diào)節(jié)器；所述反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路包含微控制器模塊、延時(shí)電路模塊、中點(diǎn)電壓估算模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊；所述微控制器模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊依次連接，所述延時(shí)電路模塊分別與微控制器模塊和換相控制模塊連接，所述中點(diǎn)電壓估算模塊連接在微控制器模塊和過(guò)零檢測(cè)模塊之間。
[0016]其中，所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)，所述無(wú)刷直流電機(jī)采用一個(gè)額定電壓48 V、額定轉(zhuǎn)速3500 r/min的六極對(duì)數(shù)無(wú)刷直流電機(jī)，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的芯片型號(hào)為A3144，所述Α/D轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為T(mén)MS320LF240。
[0017]電機(jī)的非導(dǎo)通相端電壓由AVR控制電路根據(jù)當(dāng)前的換相控制信號(hào)選出，與中點(diǎn)電壓估算電路模塊計(jì)算出虛擬中點(diǎn)電壓相減，得到非導(dǎo)通相反電勢(shì)。利用過(guò)零檢測(cè)模塊計(jì)算出非導(dǎo)通相反電勢(shì)過(guò)零信號(hào)，經(jīng)過(guò)FIPS移相模塊邏輯獲得滯后過(guò)零信號(hào)相位角的換相信號(hào)，最終生成換相控制信號(hào)。為了避免換相過(guò)程中由端電壓劇烈變化所造成的過(guò)零信號(hào)誤檢測(cè)，模塊還設(shè)計(jì)了一個(gè)延遲電路模塊，使得在換相后的一段時(shí)間里停止估算反電勢(shì)。
[0018]本發(fā)明具有集成度高、調(diào)速精度好；利用AVR系列單片機(jī)作為主控芯片，對(duì)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)算法進(jìn)行改進(jìn)，完成在全速范圍內(nèi)對(duì)逆變器換相時(shí)刻的準(zhǔn)確計(jì)算；同時(shí)還集成了電壓、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器和PWM調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象轉(zhuǎn)速的精密調(diào)節(jié)，不存在死機(jī)的問(wèn)題，滿足了電動(dòng)車(chē)對(duì)電機(jī)控制器穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
[0019]反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路能夠借助反電勢(shì)計(jì)算模型，估測(cè)出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，從而控制逆變器換相，使得供電頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器組成了轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制器，調(diào)整逆變器輸出電壓的占空比，從而改變加在無(wú)刷直流電機(jī)定子上的電壓，使得電機(jī)以最優(yōu)的軌跡無(wú)靜差地跟隨轉(zhuǎn)速給定。
[0020]AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來(lái)，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快;AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為ΙΟΟηΑ，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR單片機(jī)保密性能好。
[0021]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，包含無(wú)刷直流電機(jī)，其特征在于:在所述無(wú)刷直流電機(jī)上設(shè)有依次連接的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路和PffM調(diào)節(jié)器；所述反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路包含微控制器模塊、延時(shí)電路模塊、中點(diǎn)電壓估算模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊；所述微控制器模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊依次連接，所述延時(shí)電路模塊分別與微控制器模塊和換相控制模塊連接，所述中點(diǎn)電壓估算模塊連接在微控制器模塊和過(guò)零檢測(cè)模塊之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊采用AVR系列單片機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述無(wú)刷直流電機(jī)采用一個(gè)額定電壓48 V、額定轉(zhuǎn)速3500 r/min的六極對(duì)數(shù)無(wú)刷直流電機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊的芯片型號(hào)為A3144。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的芯片型號(hào)為T(mén)MS320LF240。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電機(jī)控制系統(tǒng)，包含無(wú)刷直流電機(jī)，在所述無(wú)刷直流電機(jī)上設(shè)有依次連接的電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路和PWM調(diào)節(jié)器；所述反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路包含微控制器模塊、延時(shí)電路模塊、中點(diǎn)電壓估算模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊；所述微控制器模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、FIPS移相模塊、換相控制模塊依次連接，所述延時(shí)電路模塊分別與微控制器模塊和換相控制模塊連接，所述中點(diǎn)電壓估算模塊連接在微控制器模塊和過(guò)零檢測(cè)模塊之間實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象轉(zhuǎn)速的精密調(diào)節(jié)，不存在死機(jī)的問(wèn)題，滿足了電動(dòng)車(chē)對(duì)電機(jī)控制器穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
【IPC分類】H02P6/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105119537
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510464791
【發(fā)明人】陳國(guó)玉, 童學(xué)權(quán)
【申請(qǐng)人】蘇州南光電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日