CN102223123B - 一种无传感器电机的控制方法及*** - Google Patents

一种无传感器电机的控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了涉及一种无传感器电机的控制方法及***，其中方法包括：分别接收电机三相绕组反馈的电流信号，并控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；分别获取三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，并据此分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；分别判断三相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件，并当判断绕组反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向，相对于现有技术而言，避免了使用过零点信号调理电路，降低了电机的控制成本，且实现方式简单，可靠性高。

Description

一种无传感器电机的控制方法及***
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种无传感器电机的控制方法及***。
背景技术
现有技术提供的无传感器永磁电机的控制方法是将三相永磁同步电机当作三相无刷直流电机进行控制，参考无刷直流电机控制中的各相绕组120度电角两两导通的控制方式，同时综合考虑永磁同步电机正弦波反电势的特点合理选择换向方式。
图1示出了现有技术提供的无传感器永磁电机的控制方法的换向波形。其中，Eu、Ev、Ew为电机三相反电势波形，Iu、Iv、Iw为电机三相绕组流过的电流。三相绕组两两轮流导通，各相绕组一个控制周期内将正向持续导通约120度电角度后停止导通60度，然后再负向导通120度，接着又停止导通60。现有技术中，利用某相绕组停止导通的60度时间内测到的电机端电压信息来获取反电势过零点，在反电势过零后延时30度电角进行换向即可实现无传感器控制。具体地，在SECTOR＝1的区间内，电机U相、W相导通，电流由U相流向W相，此时V相绕组处于断开状态，在检测到V相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间2；在SECTOR＝2的区间内，电机V相、W相导通，电流由V相流向W相，此时U相绕组处于断开状态，在检测到U相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间3；在SECTOR＝3的区间内，电机V相、U相导通，电流由V相流向U相，此时W相绕组处于断开状态，在检测到W相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间4；在SECTOR＝4的区间内，电机W相、U相导通，电流由W相流向U相，此时V相绕组处于断开状态，在检测到V相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间5；在SECTOR＝5的区间内，电机W相、V相导通，电流由W相流向V相，此时U相绕组处于断开状态，在检测到U相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间6；在SECTOR＝6的区间内，电机U相、V相导通，电流由U相流向V相，此时W相绕组处于断开状态，可在检测到W相绕组的电压过零点后再延时30度电角换向进入区间1。
现有技术提供的该无传感器永磁电机的控制方法需要利用专门的过零点信号调理电路检测反电动势过零点信息后，再延时30度进行换向，设计复杂、成本高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种无传感器电机的控制方法，以解决现有技术提供的无传感器永磁电机的控制方法需要利用专门的过零点信号调理电路检测反电动势过零点信息后，再延时30度进行换向，设计复杂、成本高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种无传感器电机的控制方法，所述电机的三相绕组通电方式采用三相六拍制，所述方法包括以下步骤：
分别接收电机三相绕组反馈的电流信号，并控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；
分别获取所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，并根据所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；
分别判断所述三相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件，并当判断绕组反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向。
上述方法中，所述电机可以是方波无刷直流电机或永磁同步电机。
上述方法中，所述每相绕组的反电动势近似值分别可以为相应相绕组的相电压与相应相绕组的绕组电流和绕组阻值乘积的差。
进一步地，所述三相绕组包括U相、V相和W相，电流从所述U相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VU-IU*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述U相时的换向触发条件可以为：VU-IU*R＞-Vm；电流从所述V相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VV-IV*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述V相时的换向触发条件可以为：VV-IV*R＞-Vm；电流从所述W相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VW-IW*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述W相时的换向触发条件可以为：VW-IW*R＞-Vm；
其中，VU为U相绕组的相电压，VV为V相绕组的相电压，VW为W相绕组的相电压；IU为U相绕组的绕组电流，IV为V相绕组的绕组电流，IW为W相绕组的绕组电流；R为相电阻，Vm为控制变量，且满足Vm＝Em/2，Em为电机相反电动势基波的幅值。
本发明还提供了一种无传感器电机的控制***，所述***包括：
采样模块，用于分别接收电机三相绕组反馈的电流信号；
电流控制模块，用于根据所述采样模块采样得到的电流信号，控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；
获取模块，用于分别获取所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值；
计算模块，用于根据所述获取模块获取的三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；
判断模块，用于分别判断所述计算模块计算得到的每相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件；
换向控制模块，用于当所述判断模块判断所述绕组的反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向。
上述***中，所述电机可以是方波无刷直流电机或永磁同步电机。
上述***中，所述每相绕组的反电动势近似值分别可以为相应相绕组的相电压与相应相绕组的绕组电流和绕组阻值乘积的差。
进一步地，所述三相绕组包括U相、V相和W相，电流从所述U相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VU-IU*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述U相时的换向触发条件可以为：VU-IU*R＞-Vm；电流从所述V相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VV-IV*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述V相时的换向触发条件可以为：VV-IV*R＞-Vm；电流从所述W相流入另一相绕组时的换向触发条件可以为：VW-IW*R＜Vm；电流从另一相绕组流入所述W相时的换向触发条件可以为：VW-IW*R＞-Vm；
其中，VU为U相绕组的相电压，VV为V相绕组的相电压，VW为W相绕组的相电压；IU为U相绕组的绕组电流，IV为V相绕组的绕组电流，IW为W相绕组的绕组电流；R为相电阻，Vm为控制变量，且满足Vm＝Em/2，Em为电机相反电动势基波的幅值。
本发明提供的无传感器电机的控制方法通过对当前工作的两相绕组进行闭环控制以保证该两相绕组的电流大小相等，之后通过分析电机相电压和绕组电流，即可实现电机的换向控制，相对于现有技术而言，避免了使用过零点信号调理电路，降低了电机的控制成本，且实现方式简单，可靠性高。
附图说明
图1是现有技术提供的无传感器永磁电机的控制方法的换向波形图；
图2是本发明提供的无传感器电机的控制方法的流程图；
图3是本发明提供的无传感器电机的控制***的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明提供的无传感器电机的控制方法的流程，本发明所指的电机为方波无刷直流电机或永磁同步电机。
在步骤S101中，分别接收电机三相绕组反馈的电流信号，并控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等。
本发明中，电机绕组的通电方式采用三相六拍制，即各相绕组每导通120度电角后关断60度电角，每一刻保证两相绕组处于导通状态，而另一相绕组处于关断状态。
在步骤S102中，分别获取三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，并据此分别计算得到每相绕组的反电动势近似值。
本发明中，获取的三相绕组的相电压、绕组电流既可以是控制器给出的相电压及相电流指令，也可以全部或部分采样得到。
本发明中，每相绕组的反电动势近似值分别为该相绕组的相电压与该相绕组的绕组电流和绕组阻值乘积的差。
举例来说，假设电机三相绕组分别为U相、V相和W相；U相绕组的相电压为VU，V相绕组的相电压为VV，W相绕组的相电压为VW；U相绕组的绕组电流为IU，V相绕组的绕组电流为IV，W相绕组的绕组电流为IW；U相绕组的反电动势为EU、V相绕组的反电动势为EV、W相绕组的反电动势为EW；L为相电感，R为相电阻，则有：
VU＝IU*R+L*d(IU)/dt+EU               (1)
VV＝IV*R+L*d(IV)/dt+EV               (2)
VW＝IW*R+L*d(IW)/dt+EW               (3)
由于控制使得分别流过当前导通的两相绕组的电流相等，则d(IU)/dt、d(IV)/dt以及d(IW)/dt为零，则U相绕组的反电动势近似值VU-IU*R，V相绕组的反电动势近似值VV-Iv*R，W相绕组的反电动势近似值VW-IW*R。
在步骤S103中，分别判断三相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件，并当判断绕组反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向。
本发明中，引入一控制变量Vm，且满足Vm＝Em/2，其中，Em为电机相反电动势基波的幅值。对于方波无刷直流电机而言，Em为电机梯形反电动势幅值的两倍，而对于正弦波永磁同步电机而言，Em为正弦波反电动势的基波幅值，实际控制中，Vm略小于Em/2，且由于Vm是一个与反电动势大小有关的量，因此是一个随电机旋转速度变化的量，相对于电流及控制周期来说，Vm是一个缓慢变化的量，可通过计算出来的速度信息缓慢更新。此时，当电流从U相流入另一相绕组时的换向触发条件为：
VU-IU*R＜Vm         (4)
当电流从另一相绕组流入U相时的换向触发条件为：
VU-IU*R＞-Vm        (5)
当电流从V相流入另一相绕组时的换向触发条件为：
VV-IV*R＜Vm         (6)
当电流从另一相绕组流入V相时的换向触发条件为：
VV-IV*R＞-Vm        (7)
当电流从W相流入另一相绕组时的换向触发条件为：
VW-IW*R＜Vm         (8)
当电流从另一相绕组流入W相时的换向触发条件为：
VW-IW*R＞-Vm        (9)
如下表一示出了各区间换向触发的关系：
表一
Figure BDA0000069152680000061
本发明还提供了一种无传感器电机的控制***，如图3示出了本发明提供的无传感器电机的控制***的结构。
本发明提供的无传感器电机的控制***包括：采样模块11，用于分别接收电机三相绕组反馈的电流信号；电流控制模块12，用于根据采样模块11采样得到的电流信号，控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；获取模块13，用于分别获取三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值；计算模块14，用于根据获取模块13获取的三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；判断模块15，用于分别判断计算模块14计算得到的每相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件；换向控制模块16，用于当判断模块15判断绕组的反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向。其具体实现方式如上所述，在此不再赘述。
本发明提供的无传感器电机的控制方法通过对当前工作的两相绕组进行闭环控制以保证该两相绕组的电流大小相等，之后通过分析电机相电压和绕组电流，即可实现电机的换向控制，相对于现有技术而言，避免了使用过零点信号调理电路，降低了电机的控制成本，且实现方式简单，可靠性高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无传感器电机的控制方法，其特征在于，所述电机的三相绕组通电方式采用三相六拍制，所述方法包括以下步骤：
分别接收电机三相绕组反馈的电流信号，并控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；
分别获取所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，并根据所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；
分别判断所述三相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件，并当判断绕组反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向；
所述电机是方波无刷直流电机或永磁同步电机；
所述每相绕组的反电动势近似值分别为相应相绕组的相电压与相应相绕组
的绕组电流和绕组阻值乘积的差；
所述三相绕组包括U相、V相和W相，电流从所述U相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VU-IU*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述U相时的换向触发条件为：VU-IU*R>-Vm；电流从所述V相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VV-IV*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述V相时的换向触发条件为：VV-IV*R>-Vm；电流从所述W相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VW-IW*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述W相时的换向触发条件为：VW-IW*R>-Vm；
其中，VU为U相绕组的相电压,VV为V相绕组的相电压，VW为W相绕组的相电压；IU为U相绕组的绕组电流，IV为V相绕组的绕组电流，IW为W相绕组的绕组电流；R为相电阻，Vm为控制变量，且满足Vm=Em/2，Em为电机相反电动势基波的幅值。
2.一种无传感器电机的控制***，其特征在于，所述***包括：
采样模块，用于分别接收电机三相绕组反馈的电流信号；
电流控制模块，用于根据所述采样模块采样得到的电流信号，控制分别流过当前导通的两相绕组的电流相等；
获取模块，用于分别获取所述三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值；
计算模块，用于根据所述获取模块获取的三相绕组的相电压、绕组电流和绕组阻值，分别计算得到每相绕组的反电动势近似值；
判断模块，用于分别判断所述计算模块计算得到的每相绕组的反电动势近似值是否满足换向触发条件；
换向控制模块，用于当所述判断模块判断所述绕组的反电动势近似值满足换向触发条件时，控制相应绕组进行换向；
所述电机是方波无刷直流电机或永磁同步电机；
所述每相绕组的反电动势近似值分别为相应相绕组的相电压与相应相绕组
的绕组电流和绕组阻值乘积的差；
所述三相绕组包括U相、V相和W相，电流从所述U相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VU-IU*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述U相时的换向触发条件为：VU-IU*R>-Vm；电流从所述V相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VV-IV*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述V相时的换向触发条件为：VV-IV*R>-Vm；电流从所述W相流入另一相绕组时的换向触发条件为：VW-IW*R<Vm；电流从另一相绕组流入所述W相时的换向触发条件为：VW-IW*R>-Vm；
其中，VU为U相绕组的相电压,VV为V相绕组的相电压，VW为W相绕组的相电压；IU为U相绕组的绕组电流，IV为V相绕组的绕组电流，IW为W相绕组的绕组电流；R为相电阻，Vm为控制变量，且满足Vm=Em/2，Em为电机相反电动势基波的幅值。
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