北京永光高特微電機有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
新聞詳情

無刷直流電機轉子位置檢測的新方法

來源:北京永光高特微電機有限公司作者:李利網址:http://www.fupoqq9.cn瀏覽數:1302

摘  要:介紹了無刷直流電機無位置傳感器轉子位置檢測的一種新方法。該方法利用非導通相反電勢邏輯電平經邏輯處理后得到一脈沖列.采用PLL鎖相技術將脈沖列倍頻,通過倍頻電Nit數器的計數值可以精確檢測轉子位置。利用數字比較技術Nit數值與鎖存器中的預置數值比較,可以精確控制繞組電流的最佳換向時刻。通過調節鎖存器中的預置值可以方便地調節換向角.非常適用于無刷直流電機的各種控制算法。同時該方法克服了外同步起動過程中易產生的振蕩和失步現象。通過實驗證明該方法是正確的、有效的。

1  引  言

   無刷直流電機運行時需要采用位置傳感器檢測轉子磁場位置信號,以控制逆變器功率管的換流,實現電機的自同步運行。傳統的位置傳感器是采用電子式或機電式傳感器件直接測量,如霍爾效應器件(HED)、光學編碼器、旋轉變壓器等。然而,這些傳感器有以下缺點:①分辨率低或運行特性不好,有的對環境條件很敏感,如振動、潮濕和溫度變化都會使性能下降。②增加了電氣連接數目,給抗干擾設計帶來一定困難。⑧占用電機結構空間,限制了電機的小型

化。因此,無刷直流電機的無位置傳感器化技術近年來日益受到人們的關注,國內外研究人員在這方面進行了積極的研究,提出了諸多方法,主要可分為反電勢法、電感法、磁鏈法、旋轉坐標系法、觀測器法、卡爾曼濾波器法等。反電勢法簡單、可靠,得到了廣泛應用,其它方法由于計算復雜、對參數的魯棒性差等原因應用較少。但反電勢法的是:①低速時反電勢小,難以得到有效轉子位置信號,系統低速性能差:②需用低通濾波器去掉端電壓中高頻噪聲并移相3以滿足換流要求,對濾波器要求較高,同時濾波器容易產生移相誤差,而且移相誤差大小與速度有關,難以補償。對換相角調節困難,無法控制換相角γ(超前或滯后)的大小。④若采用外同步脈沖起動,當驅動信號由外同步脈沖驅動向內同步脈沖驅動切換時,由于切換點的相位誤差易產生振蕩甚至失步。針對以上問題,本文提出了一種新型轉子位置檢測的方法,以三相6拍運行的無刷直流電機為例,該方法利用非導通相反電勢的過零檢測信號,經邏輯處理后,得到一周期為60°電角度的脈沖列,利用PLL鎖相技術對該脈沖列進行倍頻,通過同步計數器計數值和鎖存器預置數值的比較,可獲得理想的換相點,從而精確控制換相時刻,且無時間延遲。起動時,依靠對切換指令信號和反電勢邏輯電平狀態組合的檢測,使電機在最佳切換時刻,以最佳觸發方式投入自同步運行,使起動過程平穩可靠。利用數字比較技術,依靠鎖存器中的不同賦值,可以靈活準確地實現換向角超前或滯后的控制,對無刷直流電機的矢量控制、弱磁控制等控制策略的實現十分方便,實驗證明該方法是正確的,有效的。

2  原  理

   無位置傳感器控制無刷直流電機的系統原理框如圖1所示,電機工作于三相6拍工作方式,采用電壓外環、電流內環的雙閉環控制,逆變器功率管以PWM調制方式工作,控制器以MC8031為核心。

 圖l  無位置傳感器無刷直流電機的原理框圖

 圖2  反電勢邏輯電平波形圖

    電機運行時,檢測非導通相的反電勢過零點,利用過零比較器將反電勢信號Ea、Eb、Ec分別轉換為邏輯電平信號Va、Vb、Vc如圖2所示。采用CMOS門電路組成的脈沖倍頻器如圖3所示,將Va、Vb、Vc倍頻后相或,得一脈沖信號H,如圖2所示,此時H脈沖列周期為60°電角度,從圖2中可看出t0時刻恰好a相反電勢向上過零,應延時30°電角度即在t0、t1時刻的中點t4時刻開通Ta,關斷Tc;同理在t5時刻應開通Tc,關斷Tb;在t6時刻應開通Tb,關斷Ta……??梢娋_確定t4t5t6……時刻是實現準確換流的關鍵,本文引入了PLL技術,利用鎖相環將H脈沖信號N倍頻,當倍頻電路中計數器計數值等于N/2時,恰為最佳換相點。利用數字比較器將計數器計數值與鎖存器中的預置數值進行比較,且鎖存器中可預置數值N/2,從而可以檢出最佳換相時刻,然后調用換相子程序,實現換相過程,其誤差為 LSB合 電角度,可見該方法對換相點的控制精確。

 圖3 CUMOS 門電路組成的脈沖倍頻器

   在無刷直流電機的矢量控制、弱磁控制中要求對電機換相角γ進行超前或滯后控制,且換相角是隨運行工況而變化的時變量,因此對換相角的控制應快速準確。若控制算法計算出的換相角為γ。(超前為正滯后為負),則換相點對應計數器的計數值M應為:

   將M值立即寫入鎖存器,則下一換相點便在超前γ。角度處換向??梢娫摲椒▽Q相角λ的控制靈活、方便、快速,滿足無刷直流電機的各種控制策略的控制要求。    

   電機起動時,在換相子程序中首先利用軟件檢測外同步驅動向內同步驅動切換的指令信號,則讀出Va、Vb、Vc的狀態,依此判斷出逆變器功率管的觸發狀態,發出觸發脈沖;否則中斷返回。由于換向中斷程序是在最佳換向時刻被觸發的,所以切換點一定是最佳換向時刻,從而避免了切換過程中的振蕩或失步。

   同時,利用H脈沖的倍頻信號SP作為位置信號,借助于恒頻的時鐘信號作為時鐘,采用M/T法,可以方便地獲得電機的轉速。

3  無刷直流電機位置檢測的實現

   從圖2可知,反電勢信號Ea、Eb、Ec經過零比較器后,得到反電勢邏輯電平信號Va、Vb、Vc三路邏輯電平信號Va、Vb,Vc分別經圖3所示的脈沖倍頻器后相或,得H脈沖列,這樣一個反電勢周期對應6個H脈沖。相鄰H脈沖上跳沿的中點便是理想換向點。圖4為無位置傳感器位置檢測電路,圖中鎖相環CD4046和2進制串行計數/分頻器CC4024構成128倍頻電路,SP為倍頻信號。相鄰兩個H脈沖上跳沿之間被128倍頻,則當計數器CC4024計數值為64時便對應最佳換向時刻。由兩片并行數字比較器CCl 4585構成的8位數字比較器時刻將計數器的計數值與鎖存器的輸出值進行比較,鎖存器為8031系統擴展的一個外設端口,主要存儲換相角7對應的計數值,若將數值64存入鎖存器,則每當計數器CC4024計數值為64時,數字比較器CCl4585(1)的3引腳便發出一個脈沖,此脈沖作為換向中斷

請求信號向CPU請求中斷,調用換向子程序,實現電機繞組電流的換向。

 圖4  無位置傳感器位置檢測電路

   在無刷直流電機的矢量控制和弱磁控制過程中,CPU適時計算電機繞組的換相角7,每完成1次換相角7的計算,立即向鎖存器中寫入與之對應的計數值M,計數值M與換相角γ的關系為:則下一換相點便在換相角γ處換向,換向誤差為±丟LSB合±0.234。電角度,完全滿足精度要求。

4測速電路的實現

   圖5為測速電路,8253的計數器O和計數器2都工作在方式2狀態。其中,計數器O對來自CD4046的倍頻脈沖SP進行計數,計數器2對來自8031ALE引腳的高頻時鐘脈沖fc行計數。D觸發器74LS74用來使高頻時鐘脈沖的計數與倍頻脈沖SP同步。由于8253為負沿計數,故加入反相器74LS04。8031的P1.6端給出起動和測速信號。CPIJ采用M/T法適時計算出電機的轉速。

 圖5測速電路

5換向子程序

   換向子程序的主要功能是,根據正、反轉命令和反電勢邏輯電平狀態確定出相應的功率管開關狀態。其框圖如圖6所示。在中斷子程序中CPU首先讀人a、b、c三相的反電勢邏輯信號,然后判斷電機的正反轉狀態(依據主程序中的正反轉標志),根據正、反轉狀態和三相反電勢邏輯狀態信號查表確定逆變器的開關狀態。正、反轉狀態下,反電勢邏輯狀態信號和開關狀態之間的對應關系如表1、表2所示,它們以表格的形式存人EPROM中。

表1換向表(正轉)

 圖6  換向中斷服務程序框圖

      表2換向表(反轉)

6  實驗結果

   本文以1臺750W、4極無刷直流電動機為樣

 圖7  實測a相反電勢與a相橋驅動信號的相位關系機.采用8031單片機控制,起動過程采用三段式起動,鎖存器預置數值為64。通過實驗證明采用上述無位置傳感器技術,電機系統起動平穩,無振動和失步現象,調整范圍為1 50~l 500r/min,反電勢與功率管驅動信號實測相位關系如圖7所示,可見上述方法是正確可行的。

7  結  論

(1)利用PLL鎖相環技術和并行數字比較技術可以精確控制換相角7的大小,控制靈活、方便、快速,適用于無刷直流電機的各種控制策略。

(2)起動過程中,該方法可以精確實現外同步驅動到內同步驅動的切換,避免了起動過程中的振蕩和失步現象。

(3)該方法中,可以利用倍頻信號獲得電機轉速大小。

聯系方式
 
 
 工作時間
周一至周五 :8:00-17:00
 聯系方式
于海騰:010-83971821
姜宇:010-83510840
周圍:010-61402950
小SAO货大JI巴SAO死你| 国产无套乱子伦精彩是白视频| 少妇被粗大的猛烈进出视频| 国产成人无码免费视频在线观看| 厨房里抱着岳丰满大屁股| 日本久久久久亚洲中字幕| 日韩亚洲av人人夜夜澡人人爽|