CN104393801B - 一种无刷直流电机调速装置及调速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机调速方法，步骤是：捕获比较模块输出PWM波形；PWM波形接中断信号，PWM波形检测出高电平就立刻进入中断，电流采样模块立刻采样流过母线电阻的电流；将所述采样得到的电流送入电流调节器，电流调节器根据给定电流和所述采样得到的电流输出占空比；用所述占空比控制三相桥式逆变器中上桥功率管开通与关断，控制施加于无刷直流电机上的有效电压以调节其转速。此种调速方法可解决现有相电流采样的高成本、低可靠性及直流母线采样的电机转矩脉动等问题。本发明还公开一种应用前述无刷直流电机调速方法的调速装置。

Description

一种无刷直流电机调速装置及调速方法
技术领域
本发明属于无刷直流电机的速度控制领域，特别涉及一种基于直流母线电流采样的无刷直流电机调速装置及调速方法。
背景技术
无刷直流电机调速***是一种新型调速***，其转速、电流双闭环数字控制***根据电流控制策略的不同，可分为滞环控制与PI控制。电流滞环控制使电机工作于导通方式，通过给定电流值与反馈电流值实时比较，控制一个周期内功率管开通或关断，实现对电流的调节。电流PI控制使电机工作于120°导通方式，由电流调节器产生适当的占空比，并根据永磁转子位置给出一个控制周期内6个功率管的驱动信号，控制施加于电机上的有效电压以调节其转速。无刷直流电机控制***有2种常用的采样反馈方式：相电流采样和直流母线采样，然而相电流采样方式需要2个电流霍尔传感器，提高了成本且使***可靠性明显降低；直流母线采样方式通过母线电阻RS检测流经其的电流idc,结构简单、成本低廉，但在功率管PWM调制的关断期间idc＝0，不能反映电机力矩电流，若不加处理地将idc反馈至电流调节器，会引起电机转矩脉动。
基于前述，现有的电机速度控制技术有待改进，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无刷直流电机调速装置及调速方法，其可解决现有相电流采样的高成本、低可靠性及直流母线采样的电机转矩脉动等问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种无刷直流电机调速装置，其应用的无刷直流电机电路包括直流电源、母线电阻、三相桥式逆变器和直流电机，其中，直流电源的正极连接三相桥式逆变器的一个输入端，直流电源的负极经由母线电阻连接三相桥式逆变器的另一个输入端，而三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接；所述调速装置包括PWM控制器、电流采样模块和电流调节器，所述电流采样模块在PWM控制器的控制下，采样流经母线电阻的电流，并送入电流调节器，所述电流调节器输出占空比，调节三相桥式逆变器中上桥功率管的占空比，从而通过控制施加于无刷直流电机上的电压来调节转速。
上述PWM控制器包括PWM定时器、捕获比较模块和中断模块，所述PWM定时器连接捕获比较模块的正向输入端，而捕获比较模块的反向输入端用于输入内部参考信号，捕获比较模块的输出端连接中断模块，而中断模块的输出端连接电流采样模块，捕获比较模块通过输出PWM波形控制中断模块产生中断信号，从而控制电流采样模块的动作。
一种基于如前所述的无刷直流电机调速装置的调速方法，包括如下步骤：
(1)捕获比较模块输出PWM波形；
(2)PWM波形接中断信号，PWM波形检测出高电平就立刻进入中断；
(3)进入中断后，电流采样模块立刻采样流过母线电阻的电流；
(4)将所述采样得到的电流送入电流调节器；
(5)电流调节器根据给定电流和所述采样得到的电流输出占空比；
(6)用所述占空比控制三相桥式逆变器中上桥功率管开通与关断；
(7)控制施加于无刷直流电机上的有效电压以调节其转速。
上述步骤(1)中，捕获比较模块的正向输入端连接PWM定时器产生的数值，反向输入端连接内部参考信号，将二者比较后输出PWM波形。
上述步骤(5)中，电流调节器将给定电流和所述采样得到的电流相减，然后进行PID运算得到占空比。
上述捕获比较模块输出对称的等边三角形PWM载波信号，且PWM定时器工作于增减模式。
采用上述方案后，本发明通过采用H_PWM_L_ON调制方式，使采样值更接近于力矩电流平均值，很好地解决了相电流采样的高成本、低可靠性及直流母线采样的电机转矩脉动等问题。
附图说明
图1是本发明调速装置的应用电路连接图；
图2是本发明调速装置的结构框图；
图3是本发明调速方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种无刷直流电机调速装置，用于对无刷直流电机进行调速控制，配合图1所示，所述无刷直流电机电路包括有直流电源、母线电阻RS、三相桥式逆变器和直流电机，其中，直流电源的正极连接三相桥式逆变器的一个输入端，直流电源的负极经由母线电阻连接三相桥式逆变器的另一个输入端，而三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接，此为现有无刷直流电机电路的常见连接方式，不再赘述。
如图2所示，所述调速装置包括PWM控制器、电流采样模块和电流调节器，所述电流采样模块在PWM控制器的控制下，采样流经母线电阻的电流，并送入电流调节器，所述电流调节器输出占空比，调节三相桥式逆变器中上桥功率管的占空比，从而通过控制施加于无刷直流电机上的电压来调节转速。
在本实施例中，所述PWM控制器包括PWM定时器、捕获比较模块和中断模块，所述PWM定时器连接捕获比较模块的正向输入端，而捕获比较模块的反向输入端用于输入三角波，作为内部参考信号，所述捕获比较模块将前述PWM定时器产生的数值与三角波比较后，输出方波信号，作为捕获值；捕获比较模块的输出端连接中断模块，而中断模块的输出端连接电流采样模块，捕获比较模块通过输出PWM波形控制中断模块产生中断信号，从而控制电流采样模块的动作。
结合图3，本发明还提供一种基于前述无刷直流电机调速装置的调速方法，包括如下步骤：
(1)捕获比较模块输出PWM波形；
(2)PWM波形接中断信号，PWM波形检测出高电平就立刻进入中断；
(3)进入中断后，电流采样模块立刻采样流过母线电阻RS的电流idc；
(4)将所述采样得到的电流idc送入电流调节器；
(5)电流调节器根据给定电流idc *和所述采样得到的电流idc输出占空比，具体是将二者相减，然后进行PID运算得到；
(6)用所述占空比控制三相桥式逆变器中上桥功率管开通与关断；
(7)控制施加于无刷直流电机上的有效电压以调节其转速。
综上，本发明采用H_PWM_L_ON调制，就是对三相桥式逆变器的上桥功率管进行PWM调制而下桥功率管保持导通，假设三相全桥逆变器功率管、反并二极管具有理想特性，RS即为采样电阻，idc为采样电流。在H_PWM_L_ON调制方式下，上、下桥换相过程中相电流的波动相等且很小，由换向造成的转矩脉动也很小。
本发明首先采用对称的等边三角形PWM载波信号，可以通过更改PWM定时器为增减模式，这样，每个中断时间都处于PWM高电平有效期间，保证了该时刻所调制功率管处于开通状态；其次，进入中断立刻采样电流，对RS的电流采样时间正好处于PWM周期高电平有效期间，此时RS上通过的电流近似为该周期力矩电流的平均值，此种方法避免了功率管关断期间对力矩电流的误采样，较精确反映了实际电磁转矩大小。
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调速装置，其应用的无刷直流电机电路包括直流电源、母线电阻、三相桥式逆变器和直流电机，其中，直流电源的正极连接三相桥式逆变器的一个输入端，直流电源的负极经由母线电阻连接三相桥式逆变器的另一个输入端，而三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接；其特征在于：
所述调速装置包括PWM控制器、电流采样模块和电流调节器，所述电流采样模块在PWM控制器的控制下，采样流经母线电阻的电流，并送入电流调节器，所述电流调节器输出占空比，调节三相桥式逆变器中上桥功率管的占空比，从而通过控制施加于无刷直流电机上的电压来调节转速；
所述PWM控制器包括PWM定时器、捕获比较模块和中断模块，所述PWM定时器连接捕获比较模块的正向输入端，而捕获比较模块的反向输入端用于输入内部参考信号，捕获比较模块的输出端连接中断模块，而中断模块的输出端连接电流采样模块，捕获比较模块通过输出PWM波形控制中断模块产生中断信号，从而控制电流采样模块的动作。
2.一种基于如权利要求1所述的无刷直流电机调速装置的调速方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)捕获比较模块输出PWM波形；
(2)PWM波形接中断信号，PWM波形检测出高电平就立刻进入中断；
(3)进入中断后，电流采样模块立刻采样流过母线电阻的电流；
(4)将所述采样得到的电流送入电流调节器；
(5)电流调节器根据给定电流和所述采样得到的电流输出占空比；
(6)用所述占空比控制三相桥式逆变器中上桥功率管开通与关断；
(7)控制施加于无刷直流电机上的有效电压以调节其转速。
3.如权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置的调速方法，其特征在于：所述步骤(1)中，捕获比较模块的正向输入端连接PWM定时器产生的数值，反向输入端连接内部参考信号，将二者比较后输出PWM波形。
4.如权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置的调速方法，其特征在于：所述步骤(5)中，电流调节器将给定电流和所述采样得到的电流相减，然后进行PID运算得到占空比。
5.如权利要求2所述的一种无刷直流电机调速装置的调速方法，其特征在于：所述捕获比较模块输出对称的等边三角形PWM载波信号，且PWM定时器工作于增减模式。
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