本發(fā)明涉及電機啟動技術領域，特別是涉及一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法。

背景技術：

隨著現代工業(yè)自動化技術的飛速發(fā)展，無刷直流電機以其寬調速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉速誤差小等特點在調速領域顯現優(yōu)勢。直流無刷電機已在航模、醫(yī)療器械、家用電器、電動車等多個領域得到廣泛應用。在過去，因為產量和價格的原因，直流無刷電機只在一些中高檔產品中出現。但隨著近幾年技術的成熟和生產成本的下降，直流無刷電機的應用范圍越來越廣。

電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。而隨著技術的不斷發(fā)展進步，現在已經有很成熟的無位置傳感器控制方案，但每種控制方法都有其優(yōu)劣。按照適用范圍不同可以分為適用于高速的控制方法和適用于零速或低速的控制方法。而目前市面上的控制方案一般是用零速或低速的控制方法將電機的轉速提高到能切換到高速的控制方案從而達到寬范圍的調速。

一般來說，三段式啟動是使用率最高的無傳感器無刷直流電機啟動方法，其優(yōu)點在于實現簡單。但傳統(tǒng)的三段式啟動中，轉自預定位階段通常只進行單一角度的預定位。而在帶大慣性負載，例如扇葉很重的風機啟動時，單一角度的預定位存在定位成功率低的問題。

因此，如何對無傳感器直流無刷電機的啟動進行優(yōu)化，使其能帶大慣性負載啟動，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法，可以對無傳感器直流無刷電機的啟動進行優(yōu)化，使其能帶大慣性負載啟動。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法，包括：

確定一個初始啟動定位角使電機轉子預定位，并設定一個預定位總時間t；

通入定子磁通電流使所述電機轉子轉至所述初始啟動定位角

計算所述電機轉子在每經過時間t/n后所在的位置，得到對應時間相應的定位角度，并在相應的時間段內注入對應的定子磁通電流使所述電機轉子轉至相應定位角，n為大于1的整數；

確定所述電機轉子定位至最終定位角度后，進行電機拖動啟動。

優(yōu)選地，所述計算所述電機轉子在每經過時間t/n后所在的位置，得到對應時間相應的定位角度，并在相應的時間段內注入對應的定子磁通電流使所述電機轉子轉至相應定位角，n為大于1的整數，包括：

計算所述電機轉子在經過時間t/4后的瞬時電角度，并獲得對應的定位角

給定所述定子磁通電流一個定值，在經過時間t/2后，將定位角更改為

提升所述定子磁通電流的給定值，在經過時間3t/4后，將定位角更改為

提升所述定子磁通電流的給定值，將所述電機轉子定位至定位角

優(yōu)選地，定位角定位角定位角

優(yōu)選地，所述確定一個初始啟動定位角使電機轉子預定位，并設定一個預定位總時間t，包括：

隨機確定一個初始啟動定位角

計算所述電機轉子的轉子磁勢與所述初始啟動定位角重合所需要的時間t₁；

計算預定位總時間t。

優(yōu)選地，所述隨機確定一個初始啟動定位角包括：

確定所述初始啟動定位角

優(yōu)選地，所述計算所述電機轉子的轉子磁勢與所述初始啟動定位角重合所需要的時間t₁，包括：

計算所述電機轉子的角速度ω_s＝(T_em-T_f)·P；

根據所述電機轉子的角速度計算所述時間

優(yōu)選地，所述計算預定位總時間t，包括：

根據所述時間t₁獲得所述預定位總時間的取值范圍為

優(yōu)選地，所述通入定子磁通電流使所述電機轉子轉至所述初始啟動定位角包括：

計算所述電機轉子的相電流；

對所述相電流進行Park變換和Clarke變換計算對應的定子磁通電流i_ds；

在時間為零開始線性增加注入的定子磁通電流，至預設時間點使得所述定子磁通電流為i_ds。

與現有技術相比，上述技術方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例所提供的一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法，包括：確定一個初始啟動定位角使電機轉子預定位，并設定一個預定位總時間t；通入定子磁通電流使電機轉子轉至初始啟動定位角計算電機轉子在每經過時間t/n后所在的位置，得到對應時間相應的定位角度，并在相應的時間段內注入對應的定子磁通電流使電機轉子轉至相應定位角，n為大于1的整數；確定電機轉子定位至最終定位角度后，進行電機拖動啟動。本技術方案對帶大慣性負載下直流無刷電機的啟動進行優(yōu)化，采用了多段定位的方法，讓電機轉子轉動后，能夠在較短的定位時間內停在預設的定位角度，提高了定位的準確性，從而提高了啟動的成功率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種具體實施方式所提供的直流無刷電機無傳感器啟動的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一種具體實施方式所提供的直流無刷電機無傳感器啟動的方法中直軸電流注入與定位時間的關系圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法，可以對無傳感器直流無刷電機的啟動進行優(yōu)化，使其能帶大慣性負載啟動。

為了使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式的限制。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明一種具體實施方式所提供的直流無刷電機無傳感器啟動的方法流程圖。

本發(fā)明的一種具體實施方式提供了一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法，包括：

S11：確定一個初始啟動定位角使電機轉子預定位，并設定一個預定位總時間t。

在本發(fā)明的一種實施方式中，確定一個初始啟動定位角使電機轉子預定位，并設定一個預定位總時間t，包括：隨機確定一個初始啟動定位角計算電機轉子的轉子磁勢與初始啟動定位角重合所需要的時間t₁；計算預定位總時間t。

在本實施方式中，設有一表貼式永磁直流無刷電機，已知參數為Ls＝0.00044H，Rs＝0.4516Ω，p＝2。根據電機模型推導出在轉子參考坐標系下的q軸和d軸定子電流變換矩陣，得:

式中i_qs——交軸電流

i_ds——直軸電流

ω_r——轉子旋轉的電角速度

i_as——a相相電流

i_bs——b相相電流

i_cs——c相相電流；

根據轉子預定位法，向直流無刷電機的定子施加一個固定方向的電壓矢量，將轉子拖動到電壓矢量的方向來實現轉子初始位置的估計。當向直流無刷電機定子繞組施加一個電壓矢量時，會在該電壓矢量方向上產生一個定子磁勢F_s。直流無刷電機的永磁體會產生一個轉子磁勢F_r，方向即為直軸方向。

T_em＝KF_sF_r·sinθ_sr (2)

θ_sr＝|θ_s-θ_r| (3)

式中：

F_s——定子磁勢；

F_r——轉子磁勢；

K——常數，由電機參數決定；

θ_sr——定子磁勢與轉子磁勢的夾角；

θ_r——轉子磁勢的角度；

θ_s——定子磁勢的角度；

由電壓矢量產生的定子磁勢F_s與轉子磁勢F_r之間存在一個夾角θ_sr。根據式(2)，電磁轉矩T_em將使轉子向減小的方向旋轉，T_em隨著θ_sr的減小而減小。

而每個電機的轉子磁勢只和永磁體材料有關，所以為定值。定子磁勢公式如下所示。

F_r＝BSL (5)

T_ph——每相有效匝數；

I_m——相電流；

B——磁感應強度；

S——導磁體橫截面積；

L——磁源長度；

P——電機功率；

ω_s——轉子電角速度；

轉子旋轉的角度為Δθ，根據角速度與時間求得：

Δθ＝ω_s·t (6)

則轉子的瞬時角度為

θ＝θ_r+Δθ (7)

由于電機停機時具有隨機性，因此初始啟動預定位角度亦可隨機選取。

在本實施方式中，隨機確定一個初始啟動定位角包括：確定初始啟動定位角而兩對極電機擁有720°電角度，因此停機轉子磁勢距離最遠為180°電角度，即90°機械角度。則有θ_sr＝90°。

因為負載為大慣性負載，亦即所受阻力(摩擦力，負載轉矩等)很小，因此預定位時不可給定一個階躍電流，以免轉子由慣性過大停不下來導致定位失敗。

計算電機轉子的轉子磁勢與初始啟動定位角重合所需要的時間t₁，包括：

計算電機轉子的角速度ω_s＝(T_em-T_f)·P (8)；

根據電機轉子的角速度計算時間

T_f——定值，摩擦轉矩；

計算預定位總時間t，包括：根據時間t₁獲得預定位總時間的取值范圍為

其中，當轉子磁勢與重合所需時間為t₁,則

則總定位時間按工程經驗取同時亦應該按照工程具體要求選擇總定位時間t。

S12：通入定子磁通電流使電機轉子轉至初始啟動定位角

通入定子磁通電流使電機轉子轉至初始啟動定位角包括：計算電機轉子的相電流；對相電流進行Park變換和Clarke變換計算對應的定子磁通電流i_ds；在時間為零開始線性增加注入的定子磁通電流，至預設時間點使得定子磁通電流為i_ds。在本實施方式中，根據上式(2)(3)(4)(5)(6)可求出相電流。

S13：計算電機轉子在每經過時間t/n后所在的位置，得到對應時間相應的定位角度，并在相應的時間段內注入對應的定子磁通電流使電機轉子轉至相應定位角，n為大于1的整數。

進一步地，計算電機轉子在每經過時間t/n后所在的位置，得到對應時間相應的定位角度，并在相應的時間段內注入對應的定子磁通電流使電機轉子轉至相應定位角，n為大于1的整數，包括：計算電機轉子在經過時間t/4后的瞬時電角度，并獲得對應的定位角給定定子磁通電流一個定值，在經過時間t/2后，將定位角更改為提升定子磁通電流的給定值，在經過時間3t/4后，將定位角更改為提升定子磁通電流的給定值，將電機轉子定位至定位角

在本實施方式中，給定預定位定子磁通電流，也即直軸電流i_ds注入與定位時間的關系圖如圖2所示。其中，在時間T＝0開始線性增加直軸電流i_ds直至時間T＝t/4，此時計算瞬時轉子磁勢角度求得即在t/4時間后，轉子所在位置。在本實施方式中，取定位角注入直軸電流i_ds給定一個定值；經過t/2時間后，將定位角更改為增大直軸電流i_ds的值。最后經過時間3t/4，將定位角最終改為再次增大直軸電流i_ds的給定值，使得轉子基本定在該角度。

S14：確定電機轉子定位至最終定位角度后，進行電機拖動啟動。

在定位完畢后，轉子磁勢與預定位最后給定的定子磁勢重合。磁勢利用i_q＝0的控制策略可獲得最大轉矩，根據定位角保持外施加的電壓不變，逐漸增高變換相信號的頻率，使電機逐步加速。

對帶大慣性負載下直流無刷電機的啟動進行優(yōu)化，采用了多段多角度定位的方法，讓電機轉子轉動后，能夠在定位時間內停在預設的定位角度，提高了定位的準確性，從而提高了啟動的成功率。。

以上對本發(fā)明所提供一種直流無刷電機無傳感器啟動的方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。