一種無刷直流電機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種無刷直流電機控制方法，特別涉及一種基于無刷直流電機全速度運轉(zhuǎn)的磁場定向控制策略。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)相勵磁磁勢分布的不同，三相直流無刷電機可分為兩種類型:正弦波型和方波型電機，前者勵磁磁勢分布是正弦波狀，后者勵磁磁勢分布呈方波狀。
[0003]方波型電機亦稱為無刷直流電動機(BLDC);正弦波型電機習(xí)慣被稱為PMSM(Permanent Magnet synchronous Motor)。按照傳統(tǒng)的技術(shù)，正弦波永磁同步電機(PMSM), 一般采用正弦波矢量控制方式，用于高精度的位置伺服控制，需要比較高精度的位置檢測器，如光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等等。無刷直流電機(BLDC) —般采用方波控制方式，只用于簡單的速度控制，裝有簡易的開關(guān)型霍爾位置檢測器，其直接的位置檢測精度為60° (電角度)。無刷直流電機控制系統(tǒng)的主要特點是簡單可靠成本低，缺點是控制精度和動態(tài)性能較低且?guī)恢脗鞲衅鞯臒o刷直流電機體型較大。
[0004]在對無刷直流電機體積要求較高的領(lǐng)域，位置傳感器的存在限制其在更廣范圍的應(yīng)用，需進一步縮小電機體積。近年來無刷直流電機控制方法一直處于研究中，需要解決的最主要問題是在不采用位置傳感器的情況下，驅(qū)動無刷直流電機啟動運轉(zhuǎn)且保證電機具有良好的靜、動態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種無刷直流電機控制方法。在不適用高精度位置傳感器的大前提下，精確的檢測反饋電機轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速；減少無刷直流電機啟動及穩(wěn)定運行期間的轉(zhuǎn)矩脈動，改善其靜、動態(tài)性能。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種無刷直流電機控制方法，具體步驟包括:
步驟一、獲取電機靜止時的轉(zhuǎn)子初始位置，使電機無反轉(zhuǎn)啟動；
步驟二、根據(jù)轉(zhuǎn)子初始位置，采用對應(yīng)的反電勢積分法使轉(zhuǎn)子位置迅速與換相頻率同步，提升相應(yīng)載荷下的啟動成功率；
步驟三、采用基于PLL鎖相環(huán)的滑?？刂葡到y(tǒng)對轉(zhuǎn)子位置進行估計；
步驟四、確定切換開關(guān)的切換時機，于啟動階段后采用磁場定向控制理論驅(qū)動無刷直流電機。
[0007]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟一中，采用電感法，通過應(yīng)用鐵芯磁飽和原理確定轉(zhuǎn)子初始位置。
[0008]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟三中，所述PLL鎖相環(huán)用以去除因滑模觀測器帶入的抖振效應(yīng)，通過對滑模面的選取，使得轉(zhuǎn)子位置的估計值誤差小于設(shè)定的閾值。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟四中，控制d軸電流分量為零，使得q軸電流分量全部用來產(chǎn)生電機所需轉(zhuǎn)矩，以此抑制脈動的產(chǎn)生。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟一中，
采用二二導(dǎo)通方式向M0SFET管中注入電壓脈沖，電壓矢量產(chǎn)生對應(yīng)的母線電流； 鐵芯磁飽和程度的不同產(chǎn)生不同大小的母線電流；
不同方向的電壓矢量對應(yīng)不同大小的母線電流，通過比較母線電流的大小，依次判斷轉(zhuǎn)子所處π、JT /3、31 /6的具體位置范圍。
[0011 ] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟二中，確定轉(zhuǎn)子初始位置范圍后，根據(jù)轉(zhuǎn)矩最大化及預(yù)先確定的轉(zhuǎn)動方向?qū)D(zhuǎn)子施加電壓矢量，此時產(chǎn)生如下所述的兩種情況:
201、非導(dǎo)通相反電勢已過零點的情況:此時，在檢測到過零點后馬上啟動積分器，將積分結(jié)果實時與積分閥值作對比，若溢出，則馬上換相，使電機進入加速過程；
202、非導(dǎo)通相反電勢未過零點的情況:此時，積分器與啟動程序同時開啟，將積分結(jié)果實時與積分閥值進行對比，若溢出，則馬上換相，使電機進入加速啟動過程。
[0012]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述步驟四中:
電機啟動后，將滑模觀測得到的轉(zhuǎn)子位置信號與鎖相環(huán)反饋信號差值經(jīng)過ΡΙ模塊進行調(diào)節(jié)，將調(diào)節(jié)后的誤差信號利用RC模塊進行濾波，濾波后的信號經(jīng)過均值模塊得到電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號；
當(dāng)電機運轉(zhuǎn)速度達到設(shè)定的閾值后，控制切換點進行切換進入磁場定向控制階段。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述磁場定向控制具體方法如下所述:
無刷電機的Α、Β相電流依次經(jīng)過Clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和Park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，變?yōu)榭瑟毩⒖刂频膁-q軸電流分量，控制無刷電機時，將d軸的電流參考值設(shè)為零；
將反饋量生成的電流分量與給定轉(zhuǎn)矩下的d_q軸電流分量作對比產(chǎn)生控制誤差，應(yīng)用PI調(diào)節(jié)器進行數(shù)學(xué)運算；
平行相電流的參考值被設(shè)為零，電機的電流矢量全部轉(zhuǎn)化為垂直向的電流，PI調(diào)節(jié)器控制與轉(zhuǎn)子所在軸線垂直的電流分量，使輸出的轉(zhuǎn)矩得到控制；
PI調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的d-q軸的參考電壓分量經(jīng)反Park變換轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)下的電流分量;
向SVPWM模塊送入?yún)⒖茧妷盒盘枺琒VPWM模塊輸出信號驅(qū)動逆變器，完成磁場定向控制。
[0014]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:給出了一種無刷直流電動機控制策略，不再使用位置傳感器，一定程度上減小了電機體積；結(jié)合電感法、反電勢積分法以及磁場定向控制理論使得電機無反轉(zhuǎn)啟動、啟動成功率高且電機啟動及穩(wěn)定運行期間的轉(zhuǎn)矩脈動小，靜、動態(tài)性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0015]圖1是無刷直流電機定子磁勢及轉(zhuǎn)子位置示意圖；
圖2是無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置示意圖；
圖3是無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置示意圖；
圖4是無刷直流電機磁場定向控制原理圖。
【具體實施方式】
[0016]下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
當(dāng)電機處于靜止時，采用二二導(dǎo)通方式向M0SFET管中注入電壓脈沖。假設(shè)轉(zhuǎn)子位置如圖1所示，首先分別注入兩個方向相反的電壓矢量VAB (C方向)與VBA (Z方向)，持續(xù)一段時間，采集母線電流分別存儲為12與I 5，由于鐵芯磁飽和程度的不同，12與15的大小也不同。若此時12>15，則由上述分析可知此時轉(zhuǎn)子的N極在線段1-1I的左側(cè)。首次定位將轉(zhuǎn)子定位在了 η的區(qū)域中。接下來，分別注入VeB (X方向)與VAe (Y方向)，先后持續(xù)一段時間，采集母線電流并存儲為13與I卩
[0018]不同情況下判斷轉(zhuǎn)子所在區(qū)域的仲裁規(guī)則如下:
若0則記a=l，否則為0 ;若I 2-13> 0則記b=l，否則為0。將上述結(jié)果帶入仲裁公式y(tǒng)=2a+b，若y=l,說明此時轉(zhuǎn)子處于1區(qū)域；若y=3，轉(zhuǎn)子處于2區(qū)域；若y=2，轉(zhuǎn)子處于3區(qū)域。同理可判斷1-1I右側(cè)區(qū)域的轉(zhuǎn)子位置，這樣就把轉(zhuǎn)子的位置確定在了 JT/3的范圍。
[0019]依據(jù)定位結(jié)果，再次注入VBe，采集母線電流并存儲為16。此時轉(zhuǎn)子可能處于三個位置，Υ軸或Υ軸上下各31/6的范圍內(nèi)。本文方法中，將轉(zhuǎn)子處在Υ軸與Υ軸上方31/6區(qū)域視為同種情況。通過比較16與12的大小，可將轉(zhuǎn)子位置確定在η/6的范圍。由前面假設(shè)得知，此時的結(jié)果應(yīng)是12< 16，轉(zhuǎn)子