[发明专利]一种无刷直流电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，步骤是：根据电机反电势和相电流的关系将每个电周期分为六个区间，根据电机转子位置所在区间给每相绕组设定参考电流值，并通过三相功率开关管的开关状态计算三相绕组的端电压，不需要额外的硬件检测电路；通过计算获得的端电压和采样获得电流计算电机两相绕组匝链永磁磁链之差，并采用两相绕组匝链永磁磁链之差相比的方式获得三个磁链函数；根据电机转子位置所在区间选取相应的磁链函数，通过检测磁链函数的极值跳变沿并延迟30°电角度来得到电机的换相点，由于采用磁链函数的极值跳变沿确定电机的换相点，提高了换相信号的准确性。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制方法。

背景技术

无刷直流电机具有结构简单、运行可靠、效率高等优点，在航空航天、工业应用、家用产品中得到了广泛应用。无刷直流电机通常需要通过位置传感器获得转子位置实现电机正常换相，而位置传感器安装不准确会降低电机运行的可靠性，同时也会影响电机的运行性能。为了避免位置传感器所带来的问题，提出一种适用于无刷直流电机的无位置传感器控制方法是非常必要的。

在众多的无位置传感器控制方法中反电势法是目前相对成熟、应用较为广泛的无刷直流电机位置检测方法。该方法通过检测电机反电势，并根据反电势与转子位置之间的关系获得转子位置。反电势法主要包括反电势三次谐波法、反电势积分法、线反电势法、滤波移相法、端电压法在内的多种具体实施方法。而电机低速运行时，反电势幅值较小，会导致上述方法难以实现或产生较大的换相误差。为了拓宽反电势法适用的电机转速范围，一些改进的无位置传感器控制方法被提出，但是在低速条件下仍存在较大的换相误差。

由于电机磁链和转子位置直接相关，并且电机磁链幅值一般不受电机转速影响，因此可以通过对电机电压和电流进行积分来估计磁链，从而获得电机转子位置。根据利用磁链获得转子位置方式的不同，磁链法可以分为观测器法和直接计算法。观测器法利用磁链和电机数学模型搭建转子位置观测器进行转子位置观测。直接计算法则是通过磁链与转子位置之间的关系直接获得转子位置。

已有的一些无位置传感器控制方法依然存在一些问题，低速时电机反电势幅值较小，直接利用反电势获得电机转子位置会存在较大的误差；磁链法中磁链估算是不可缺少的部分，磁链通常通过端电压和相电流计算获得，但是悬空相绕组的端电压会随反电势的变化而变化，从而增加了磁链计算的难度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，包括无刷直流电机、三相逆变桥、直流电源和控制器；利用电机两相绕组匝链永磁磁链之差构建三个与电机转速无关的磁链函数，根据电机转子位置所在区间选择相应的磁链函数，并通过磁链函数的极值跳变沿确定电机的换相点；采用三相电流控制，对电机的三相绕组同时进行控制，并根据功率管的开关状态计算电机绕组端电压。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，具体步骤如下：

步骤一、根据无刷直流电机反电势和相电流的关系将每个电周期分为六个区间，将每个区间分为正常导通区和换相区，在每个区间将无刷直流电机三相绕组分为正常导通相和悬空相。

步骤二、正常导通期间，导通两相电流大小相等方向相反，而悬空相电流为零。因此根据三相电流之间的关系给每相绕组设定合适的电流参考值，将三相电流的反馈值与设定的参考电流值做差得到三相电流误差，并通过PI控制器得到三相功率管的占空比。

步骤三、采用三相电流控制时，各相绕组端电压可以通过三相功率管的开关状态和直流母线电压计算得到，不需要额外的硬件检测电路，端电压的计算公式为：

式中，u_dc为直流母线电压，D_k为k相上桥臂功率管的占空比，k∈{a,b,c}。