[发明专利]无位置传感器无刷直流电机重载相位补偿计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机技术领域，具体地说是一种无位置传感器无刷直流电机重载相位补偿计算方法。 

背景技术

无刷直流电动机（Brushless DC Motor，以下简称BLDC）凭借其高可靠性、高效率、调速方便、寿命长等特点在国际上已得到较为充分的发展，在一些较为发达的国家，无刷直流电动机将在未来几年内成为主导电动机，并逐步取代其他类型的电动机。 

BLDC驱动控制方式分为有位置传感器式和无位置传感器式两种。位置传感器的存在会给无刷电机的应用带来很多的缺陷与不便，首先，位置传感器会增加电机的体积和成本；其次，连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性，再次，在某些恶劣工作环境中，如在密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根本就无法使用。此外，位置传感器的安装精度还会影响电机的运行性能，增加生产的工艺难度，特别是当电机尺寸小到一定程度时，使用位置传感器的弊病日渐明显。 

经检索，2006年10月24日，北京航空航天大学申请了一种申请号为：2006101139873，专利名称为：一种高速永磁无刷直流电机锁相稳速控制系统的发明专利，其是由锁相环速度控制器、数字低通滤波器、功率放大器、永磁无刷直流电动机、霍尔效应转子位置传感器组成，该发明通过低精度的霍尔效应转子位置传感器获得转速反馈，实现了磁悬浮控制力矩陀螺用高速永磁无刷直流电机的高精度稳速控制，这种霍尔效应转子位置传感器在实际应用中存在一定程度的磁不敏感区，还存在锁相速度缓慢，鉴频鉴相范围低，计数器的模数范围变化窄，电机转速必须在锁相范围内才可锁相等不足。 

而使用无位置传感器驱动方式则省去了位置检测装置，降低了成本，缩小了驱动器的体积，更容易实现与驱动器与电机的一体化。考虑到风机的体积、工作环境和生产成本问题，无位置传感器控制无刷直流电机的方式是更好的选择。在无位置传感器方波控制中，最常用的是采用两两导通方式控制，但是这种控制方式存在电流过大会造成续流过长，进而造成换向失败的问题。 

2010年6月，《黑龙江水专学报》第37卷第2期刊登了一篇名为“基于无位置传感器BLDCM控制系统的研究”一文，文中阐述通过检测反电势电压信号并经过鉴相处理后代替霍尔信号，同时对换相时刻进行软件补偿，实现BLDCM的近似准确换向。其不足是：通过检测三相端电压，进行深度滤波后再与模拟中性点比较，生成转子位置信号，但在重载时由于电流很大，续流时间比较长，会影响“理想”的三相端电压波形，造成波形畸变，影响了检测到的位置信号的准确性，不能确保换向的正确进行，并且相角延时换相不利于减小无刷直流电机的转矩脉动。 

因此，这也是无位置传感器控制方式在大功率领域应用的主要技术难点。 

发明内容

本发明的目的是对反电动势法无刷直流电机无位置传感器控制技术的补充完善，使反电动势检测技术能在重载大电流续流的情况下依然保持良好的性能，扩宽反电动势检测技术的应用范围，提供一种通过检测电流、转速、占空比、母线电压和电机参数确定出电流续流影响的偏移角度，然后对该偏移角度进行补偿，从而使换相时刻接近最佳换相时刻，确保换向的正确进行的无位置传感器无刷直流电机重载相位补偿计算方法。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种无位置传感器无刷直流电机重载相位补偿计算方法，其特征在于采用反电动势检测方法，通过反电动势检测电路（如图1）检测三相端电压，经滤波电路进行深度滤波后再与模拟中性点比较，经DSP处理器生成转子位置信号，将端电压分成反电动势信号和电流续流干扰信号，对两种信号进行相位和幅值的计算，得到由电流续流造成的转子位置信号的相位超前角度，加以补偿，具体步骤如下：为了分析使电机在重载时位置检测信号的相位偏移现象，下面对重载下的端电压进行分析：

因为反电动势检测电路是一低通滤波器，高频分量经过检测电路将被滤除，因此可做如下简化：

1）因为PWM调制频率远大于反电动势检测电路的低通滤波器的截止频率，高频的PWM斩波电压可以用其电压平均值近似；

2）同样，电机中性点电压波动也被滤除，可以用其平均值近似；

3）相反电动势为120°平顶宽，等效幅值为母线电压的PWM波；

在采用上桥臂调制，下桥臂导通方式（PWM-ON）时端电压可以简化成如图4所示的模型， 其中， 为理想线反电动势与理想中性点的电压之和，为电流续流引起的电压畸变，端电压等于与之和，即=+(电压参考点为母线负极)；

图4中端电压可以分成6个状态，分别为：