CN104378026A - 一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法，所述装置由电压型逆变器、单片机和电流采集模块组成，其中，所述电压型逆变器的三端输出分别对应连接无刷直流电机的三相绕组；所述电流采集模块的输入端连接无刷直流电机的三相绕组，用于采集流经三相绕组的电流，并将采集的电流送入单片机；所述单片机的输入端与无刷直流电机的霍尔信号输出端相连接，所述单片机的输出端分别连接电压型逆变器功率管的控制端，通过对电压型逆变器的控制实现对无刷直流电机各相开通与关闭的控制。所述控制方法是通过维持电流不变的方式控制转矩脉动。

Description

一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于电子控制技术领域，具体涉及一种基于维持电流不变的无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法。
背景技术
无刷直流电机具有体积小、性能好、结构简单、可靠性高、输出转矩大等优点，然而无刷直流电机换相时产生的换相转矩脉动，可引起电机抖动、噪声，限制了该类电机的应用范围。以无刷直流电机二二导通、三相六状态为例，高速运转的无刷直流电机在换相的时候，不变相的电流会有所变化，这就产生了转矩脉动，归其原因是关闭相的电流变化太快，所以减缓关闭相电流变化，使不变相的电流趋于不变能起到抑制转矩脉动的作用。因此，本发明正是基于这种思路而形成。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷和发明思路，提出一种基于维持电流不变的无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法。
为了达到上述目的，本发明解决技术问题所采取的技术方案是：
一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置，包括电压型逆变器、单片机和电流采集模块，其中，所述电压型逆变器的三端输出分别对应连接无刷直流电机的三相绕组；所述电流采集模块的输入端连接无刷直流电机的三相绕组，用于采集流经三相绕组的电流，并将采集的电流送入单片机；所述单片机的输入端与无刷直流电机的霍尔信号输出端相连接，所述单片机的输出端分别连接电压型逆变器功率管的控制端，通过对电压型逆变器的控制实现对无刷直流电机各相开通与关闭的控制。
上述所述电压型逆变器包括直流电压源和三相桥式逆变器，三相桥式逆变器由6个功率管MOS1-MOS6两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，而三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端，分别对应连接无刷直流电机的三相绕组。
上述所述电压型逆变器还包括三个电容器，三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点。
本发明的一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法，包括如下步骤：
1、所述单片机采集无刷直流电机的霍尔信号，并根据采集到的霍尔信号计算得到无刷直流电机在换相时的关闭相X和不变相Y；
2、所述电流采集模块分别采集不变相Y在换相时的电流Iy和稳定时的电流Iy1；
3、所述单片机对步骤2所述电流Iy、Iy1进行判断，当换相时|Iy-Iy1|＞a，则单片机给关闭相X一个导通信号，返回步骤2；当换相时|Iy-Iy1|＜a，则单片机给关闭相X一个关断信号，进入步骤4；其中，a表示不变相Y稳定时的电流Iy1的百分之一；
4、继续判断Iy是否趋于稳定，不稳定，则返回步骤2，稳定则结束。
上述步骤4中所述的Iy的变动幅值在百分之一内，判断其趋于稳定。
本发明的优点和有益效果主要是：
本发明结构简单，通过减缓换相时关闭相的电流下降速度来使不变相电流趋于不变，从而达到控制转矩脉动的作用。
附图说明
图1为本发明控制装置构造图；
图2为无刷直流电机各相绕组的感应电势和输入电流图；
其中，(a)、(b)、(c)分别表示A、B、C三相绕组的感应电势，(d)、(e)、(f)分别表示A、B、C三相绕组的输入电流；
图3为本发明控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置及控制方法作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置，用于对图1中的无刷直流电机进行控制。所述控制装置由包括电压型逆变器、单片机和电流采集模块，其中，电压型逆变器包括直流电压源、三相桥式逆变器和三个电容器，三相桥式逆变器由6个功率管MOS1-MOS6两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，而三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点，且三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端；所述电压型逆变器的输出端分别对应连接无刷直流电机的三相绕组(也即三个电容器并联在三相绕组两端，用于吸收换流时负载电感中存储的能量)；所述电流采集模块的输入端连接无刷直流电机的三相绕组，用于采集流经三相绕组的电流，并将采集的电流送入单片机；所述单片机的输入端还连接无刷直流电机的霍尔信号输出端，且所述单片机的输出端分别连接电压型逆变器中的6个功率管的控制端，用于控制各功率管的开通与关闭。
如图2所示，是无刷直流电机各相绕组的感应电势和输入电流图，三相反电动势为梯形波，梯形波平顶宽度为120°电角，三相对称，控制电流为理想方波，与梯形波反电动势平顶等宽，电流与反电动势同正负，在某一运行状态里，电磁转矩正比于各相感应电动势和输入电流乘积之和。
如图3所示，本发明的一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法，包括如下步骤：
1、所述单片机采集无刷直流电机的霍尔信号，并根据采集到的霍尔信号计算得到无刷直流电机在换相时的关闭相X和不变相Y；其中，X、Y均指代三相绕组A、B、C，且存在如表1所示的对应状态；
表1
状态 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-1
霍尔器状态 110-100 100-101 101-001 001-011 011-010 010-110
关闭相X C B A C B A
不变相Y B A C B A C
2、所述电流采集模块分别采集不变相Y在换相时的电流Iy和稳定时的电流Iy1；
3、所述单片机对步骤2所述电流Iy、Iy1进行判断，当换相时|Iy-Iy1|＞a，则单片机给关闭相X一个导通信号，返回步骤2；当换相时|Iy-Iy1|＜a，则单片机给关闭相X一个关断信号，进入步骤4；其中，a表示不变相Y稳定时的电流Iy1的百分之一；
4、继续判断Iy是否趋于稳定，不稳定，则返回步骤2，稳定则结束。
综上，本发明一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置及抑制方法，根据无刷直流电机换相时不变相电流的变化，调节导通相的导通或者关断状态，来使换相转矩脉动减小，达到无刷直流电机高速运行时转矩脉动小的要求。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无刷直流电机高速转矩脉动控制装置，其特征在于，该装置包括电压型逆变器、单片机和电流采集模块，其中，所述电压型逆变器的三端输出分别对应连接无刷直流电机的三相绕组；所述电流采集模块的输入端连接无刷直流电机的三相绕组，用于采集流经三相绕组的电流，并将采集的电流送入单片机；所述单片机的输入端与无刷直流电机的霍尔信号输出端相连接，所述单片机的输出端分别连接电压型逆变器功率管的控制端，通过对电压型逆变器的控制实现对无刷直流电机各相开通与关闭的控制。
2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，其特征在于：所述电压型逆变器包括直流电压源和三相桥式逆变器，三相桥式逆变器由6个功率管MOS1-MOS6两两一组先串联再并联形成，所述直流电压源连接三相桥式逆变器的输入端，而三相桥式逆变器的三个输出端作为电压型逆变器的输出端，分别对应连接无刷直流电机的三相绕组。
3.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置，其特征在于：所述电压型逆变器还包括三个电容器，三个电容器的一端分别与三相桥式逆变器的三个输出端对应连接，三个电容器的另一端连接于一点。
4.一种基于权利要求1所述的一种无刷直流电机高速转矩脉动的控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)所述单片机采集无刷直流电机的霍尔信号，并根据采集到的霍尔信号计算得到无刷直流电机在换相时的关闭相X和不变相Y；
(2)所述电流采集模块分别采集不变相Y在换相时的电流Iy和稳定时的电流Iy1；
(3)所述单片机对步骤(2)所述电流Iy、Iy1进行判断，当换相时|Iy-Iy1|＞a，则单片机给关闭相X一个导通信号，返回步骤(2)；当换相时|Iy-Iy1|＜a，则单片机给关闭相X一个关断信号，进入步骤(4)；其中，a表示不变相Y稳定时的电流Iy1的百分之一；
(4)继续判断Iy是否趋于稳定，不稳定，则返回步骤(2)，稳定则结束。
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机高速转矩脉动的控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述的Iy的变动幅值在百分之一内，判断其趋于稳定。
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