專利名稱：無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明為一種無位置傳感器無刷直流電機低速運行狀態(tài)下轉子位置檢測方 法，尤其適用于電動車用無位置傳感器無刷直流電機在低速運行狀態(tài)下轉子位 置的檢測。
背景技術：
無刷直流電機(BrushlessDCMotor， BLDCM)具有無換向火花、運行可靠、 維護方便、結構簡單等優(yōu)點，因而在很多場合得到了廣泛應用。但是傳統(tǒng)的 BLDCM需要一個附加的位置傳感器來檢測轉子位置，這給其應用帶來了很多不 利的影響。因而，BLDCM的無位置傳感器控制技術在近幾十年中成為國內外較 為熱門的研究課題。BLDCM無位置傳感器控制研究的核心是構架轉子位置信號 檢測電路，從軟硬件兩方面間接獲得可靠的轉子位置信號，從而觸發(fā)導通相應 的功率器件，驅動電機運轉。當前，應用和研究較多的轉子位置信號檢測方法 主要有定子電感法、速度無關位置函數法、基波電勢換向法、狀態(tài)觀測器法和 反電動勢檢測法等。其中，反電動勢法是迄今為止最成熟、最有效，也是最常 見和應用最為廣泛的一種轉子位置信號檢測方法。
在電機靜止及低速運行時，電樞相應端電壓及反電勢為零或極低，難以利 用反電動勢檢測出用以確定轉子磁極的空間位置，更難以控制三相逆變橋實現 正確換相。針對這一無位置傳感器無刷直流電機在起動的低速階段遇到的問題， 當前存在的主要解決方案有預定位起動法、升頻升壓同步起動法、短時檢測脈 沖轉子定位起動法、"三段式"開環(huán)起動法等。這些起動方法解決了電機在靜止和 低速運行狀態(tài)下的換相問題，但是其弊端也很明顯，那就是起動時適應帶載變 化范圍小，電機運行的穩(wěn)定性和靈活性也難以得到有效保證。

發(fā)明內容
鑒于上述，本發(fā)明的目的是提出一種無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài) 轉子位置的檢測方法，這種方法能夠在電機處于低轉速運行狀態(tài)時準確的判斷 出轉子當前位置，進而使正常帶載情況下的無位置傳感器無刷直流電機穩(wěn)定啟 動。
無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的檢測方法，包括以下步驟: l)采用脈沖定位方法檢測出無位置傳感器無刷直流電機靜止狀態(tài)下轉子的 初始位置；2) 處理器根據得到的轉子初始位置，控制驅動模塊導通下一電壓矢量所對應 的逆變橋電路相應的開關管，起動電機旋轉；
3) 設定電機轉速閾值^，當電機實際轉速v〈R時，為低轉速運行狀態(tài)區(qū)間， 利用反電動勢檢測模塊持續(xù)檢測低轉速區(qū)間內電機產生的反電動勢矢量；
4) 處理器在設定的周期7;時間內，對檢測到的有效反電動勢矢量計數，比較 《時間內的計數值，以最大計數值對應的反電動勢矢量為當前轉子位置；
5) 處理器根據步驟4)得到的轉子當前位置，控制驅動模塊導通下一電壓矢 量所對應的逆變橋電路相應的開關管，能夠使電機在低速運行狀態(tài)下正常運轉， 表明轉子當前位置正確。
上述設定的周期7;時間一般為30 80毫秒。
本發(fā)明中所述的反電動勢檢測模塊包括三個低通濾波器，三個電阻和三個 比較器。第一低通濾波器的輸入端接電機A相繞組，輸出端與第一電阻一端及 第一比較器的負端相連，第二低通濾波器的輸入端接電機B相繞組，輸出端與 第二電阻一端及第二比較器的負端相連，第三低通濾波器的輸入端接電機C相 繞組，輸出端與第三電阻一端及第三比較器的負端相連，三個電阻的另一端共 同與三個比較器的正端相連，三個比較器的輸出端與處理器的輸入端相連。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明利用最大概率在電機低速運行狀態(tài)下判定轉子當前位置，即比較7;時 間內的計數值，以最大計數值對應的反電動勢矢量確定為當前轉子位置，可以 在正常帶載范圍內實現無位置傳感器無刷直流電機穩(wěn)定可靠的起動，控制簡單， 易于實現。


圖l是本發(fā)明檢測方法示意圖2是反電動勢檢測模塊構成原理圖3是利用最大概率法確定轉子位置示意圖4是處理器控制流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
參照圖1，無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的檢測方法，包括 以下步驟
1)用脈沖定位方法(見碩士學位論文"無刷直流電機無位置傳感器控制的 研究"，作者浙江大學，李和明)檢測出無位置傳感器無刷直流電機靜止狀態(tài)下轉子的初始位置。
2) 處理器1根據得到的轉子初始位置，控制驅動模塊2導通下一電壓矢量 所對應的逆變橋電路3相應的開關管，起動電機4旋轉。
3) 設定電機轉速閾值K，當電機實際轉速ZR時，為低轉速運行狀態(tài)區(qū)間， 利用反電動勢檢測模塊5持續(xù)檢測低轉速區(qū)間內電機產生的反電動勢矢量。
4) 處理器1在設定的周期z;時間內，對檢測到的有效反電動勢矢量計數， 比較z;時間內的計數值，以最大計數值對應的反電動勢矢量為當前轉子位置。即 利用最大概率在電機低速運行狀態(tài)下判定轉子當前位置。
5) 處理器1根據步驟4)得到的轉子當前位置，控制驅動模塊2導通下一 電壓矢量所對應的逆變橋電路3相應的開關管，能夠使電機在低速運行狀態(tài)下 正常運轉，表明轉子當前位置正確。
上述的處理器可采用艾特梅爾(ATMEL)公司的atmega48單片機，按照圖 4給出的控制流程圖進行工作。
其中，反電動勢檢測模塊如圖2所示，包括三個低通濾波器6、 7、 8，三個 電阻R1、 R2、 R3和三個比較器9、 10、 11，第一低通濾波器6的輸入端接電機 A相繞組，輸出端與第一電阻R1—端及第一比較器9的負端相連，第二低通濾 波器7的輸入端接電機B相繞組，輸出端與第二電阻R2 —端及第二比較器10 的負端相連，第三低通濾波器8的輸入端接電機C相繞組，輸出端與第三電阻 R3 —端及第三比較器11的負端相連，三個電阻R1、 R2、 R3的另一端共同與三 個比較器9、 10、 11的正端相連，三個比較器的輸出端與處理器1的輸入端相 連。
三個電阻R1、 R2、 R3和三個低通濾波器6、 7、 8相結合模擬出電機的電 勢中性點，三個比較器9、 10、 11將各相電壓分別與模擬電機中性點電勢進行 比較后得到反電動勢矢量，反電動勢矢量用三位二進制數表示，共有OOO、 001、 010、 011、 100、 101、 110、 111這8種狀態(tài)，在三相六狀態(tài)無刷直流電機中只 取用其中的6種有效狀態(tài)001、 010、 011、 100、 101、 110。
利用最大概率法確定轉子當前位置，參見圖3，圖中VI、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6為上述6種有效狀態(tài)對應的有效反電動勢矢量，分別為V1 (001)、 V2 (101)、 V3 (100)、 V4 (110)、 V5 (010)、 V6 (011)，這6個矢量將轉子所處 的360。電角度分成了六個區(qū)域。圖中S16、 S12為以VI為中心的60。電角度區(qū) 域，S21、 S23為以V2為中心的60。電角度區(qū)域，S32、 S34為以V3為中心的 60。電角度區(qū)域，S43、 S45為以V4為中心的60。電角度區(qū)域,S54、 S56為以V2為中心的60。電角度區(qū)域,S65、 S61為以V6為中心的60。電角度區(qū)域。設定電機 轉速閾值R，當電機實際轉速T^F口即電機處于低速運行狀態(tài)時，使用定時器 在K時間(一般取值約幾十毫秒)內，對反電動勢檢測模塊檢測到的6種有效反 電動勢矢量分別計數，以最大計數值對應的反電動勢矢量為當前轉子位置。如 圖中所示，假定轉子當前處于S12區(qū)域，則z;時間內計數結果必為Vl對應矢量 所得數值最大，從而可以判定轉子處于以VI為中心的區(qū)域內(即S12和S16 共同組成的區(qū)域)，得到了轉子當前位置。其它情況時亦然。
權利要求
1. 無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的檢測方法，包括以下步驟1)采用脈沖定位方法檢測出無位置傳感器無刷直流電機靜止狀態(tài)下轉子的初始位置；2)處理器(1)根據得到的轉子初始位置，控制驅動模塊(2)導通下一電壓矢量所對應的逆變橋電路(3)相應的開關管，起動電機(4)旋轉；3)設定電機轉速閾值V1，當電機實際轉速v<V1時，為低轉速運行狀態(tài)區(qū)間，利用反電動勢檢測模塊(5)持續(xù)檢測低轉速區(qū)間內電機產生的反電動勢矢量；4)處理器(1)在設定的周期T1時間內，對檢測到的有效反電動勢矢量計數，比較T1時間內的計數值，以最大計數值對應的反電動勢矢量為當前轉子位置；5)處理器(1)根據步驟4)得到的轉子當前位置，控制驅動模塊(2)導通下一電壓矢量所對應的逆變橋電路(3)相應的開關管，能夠使電機在低速運行狀態(tài)下正常運轉，表明轉子當前位置正確。
2. 根據權利要求1所述的無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的 檢測方法，其特征是設定的周期r,時間為30 80毫秒。
3. 根據權利要求1所述的無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的 檢測方法，其特征是反電動勢檢測模塊(5)包括三個低通濾波器(6、 7、 8)， 三個電阻(Rl、 R2、 R3)和三個比較器(9、 10、 11)。第一低通濾波器(6) 的輸入端接電機A相繞組，輸出端與第一電阻(Rl) —端及第一比較器(9)的 負端相連，第二低通濾波器(7)的輸入端接電機B相繞組，輸出端與第二電阻(R2) —端及第二比較器(10)的負端相連，第三低通濾波器(8)的輸入端接 電機C相繞組，輸出端與第三電阻(R3) —端及第三比較器(11)的負端相連， 三個電阻(Rl、 R2、 R3)的另一端共同與三個比較器(9、 10、 11)的正端相 連，三個比較器的輸出端與處理器(1)的輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開的無位置傳感器無刷直流電機低速狀態(tài)轉子位置的檢測方法，首先利用脈沖定位法確定轉子初始位置，導通下一電壓矢量，使電機由靜止旋轉。然后設定電機轉速閾值V₁，當電機實際轉速v＜V₁時，為低轉速運行狀態(tài)區(qū)間。利用最大概率法在電機低速運行狀態(tài)下判定轉子當前位置，即在T₁時間內對檢測到的有效反電動勢矢量計數，以最大計數值對應的反電動勢矢量為當前轉子位置。利用本方法可以在正常帶載范圍內實現無位置傳感器無刷直流電機穩(wěn)定可靠的起動，控制簡單，易于實現。
文檔編號H02P6/14GK101534087SQ20091009763
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月13日 優(yōu)先權日2009年4月13日
發(fā)明者張思建, 陳鐵錚, 顏鋼鋒 申請人:浙江大學