一種直流無刷電機無位置傳感器電機啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制領(lǐng)域，具體涉及一種直流無刷無位置傳感器電機的啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流無刷電機因其節(jié)能、噪音小、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長等特點在電機應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通常，直流無刷電機一般采用位置傳感器來確定轉(zhuǎn)子位置，但位置傳感器的使用不僅提高了應(yīng)用成本、增加了電機生產(chǎn)工藝的復(fù)雜，而且降低了系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力，因此，無位置傳感器直流無刷電機控制方法已成為研宄的一個熱點。
[0003]當前，常見的直流無刷電機無位置傳感器控制方式有反電勢過零法、續(xù)流二極管法、反電勢三次諧波法等方法。其中，反電勢過零法是最簡單、最成熟的無位置傳感器控制方法。根據(jù)直流無刷電機的運行原理可知，當磁通量保持不變時，反電勢大小與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。因此，在速度為零或速度很低時，反電勢檢測不到。在這種情況下，采用反電勢法無法獲取有效的轉(zhuǎn)子位置，難以啟動，所以，需要采用其他方式來啟動電機。
[0004]為保證電機正常啟動，三段式啟動法是一種常見的方法。傳統(tǒng)的三段式啟動方法首先在電機靜止狀態(tài)下完成轉(zhuǎn)子位置的定位，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加速曲線進行開環(huán)加速，最后當檢測到的反電勢穩(wěn)定可靠后切換閉環(huán)運行。在這個過程中，轉(zhuǎn)子的磁勢需要在一定范圍內(nèi)滯后于繞組合成的磁勢，以便進行加速。在電機空載的情況下滯后角度較小，啟動成功率高，但在電機負載變化較大的情況下，滯后角度較大，在加速過程中容易產(chǎn)生失步，從而導(dǎo)致電機啟動的失敗。因此，如何提高電機啟動的可靠性及啟動過程對負載變化的適應(yīng)能力一直是該領(lǐng)域的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有三段式啟動方法中存在的上述問題，本發(fā)明實現(xiàn)了一種“定位-二次加速”啟動方法，該方法能夠更加可靠的對電機進行啟動，并對電機負載的變化具有較強的適應(yīng)能力。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
一種直流無刷電機無位置傳感器電機啟動方法，所述電機由定子和永磁體轉(zhuǎn)子組成，其特征在于，啟動方法包括:
預(yù)定位步驟、對所述定子施加使所述轉(zhuǎn)子定位到預(yù)定位置的電壓U持續(xù)T1時間；循環(huán)加速步驟、對所述定子施加使所述轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)的電壓U持續(xù)T2時間并同步檢測轉(zhuǎn)子的位置信號；當在運行過程中檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程；否則，對所述定子施加電壓U持續(xù)T1時間并同時檢測轉(zhuǎn)子的位置信號，當檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程，未檢測到過零點的位置信號，則增大電壓U并重復(fù)本步驟；
閉環(huán)加速步驟、由開環(huán)控制切換到閉環(huán)控制使所述轉(zhuǎn)子進入閉環(huán)加速過程。
[0007]所述預(yù)定位步驟中的電壓U大小為在負載情況下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的最小等效電壓。
[0008]所述1\主要根據(jù)電機的KV值和檢測電路的靈敏度確定，方法是:以T 1、T2, T1, T2,!\、T2為換向間隔運行時，反電勢的大小應(yīng)能被檢測到。
[0009]所述1~2的大小為T ^ 1/12?1/6。
[0010]所述循環(huán)加速步驟中增大電壓U的增量根據(jù)負載情況調(diào)節(jié)，一般不超過1%，調(diào)節(jié)間隔為1ms。另外電壓U的最大值應(yīng)保證不發(fā)生過流現(xiàn)象。
[0011]所述中間位置和所述預(yù)期定位位置之間的電氣角度的范圍是30° -60°。
[0012]所述中間位置和所述預(yù)期定位位置之間的電氣角度為30°。
[0013]所述轉(zhuǎn)子位置信號的檢測方法是九電阻法；同時采用比較器復(fù)用的方式，以減少比較器的差異對位置信號的影響；并且在檢測過程中應(yīng)避開PWM的開關(guān)干擾，選擇在PWM打開或關(guān)斷期間進行。
[0014]所述可靠的轉(zhuǎn)子位置信號，一般是由瞬時反電勢產(chǎn)生，因為此時平均反電勢較低而瞬時反電勢可能較高。
[0015]其中所述增加所施加電壓的大小，應(yīng)保證再啟動過程中不發(fā)生過流現(xiàn)象和失步現(xiàn)象。
[0016]根據(jù)上述技術(shù)方案，首先將電機的轉(zhuǎn)子定位到預(yù)期位置，然后在該預(yù)期位置通過電壓T2的一次加速、電壓T ^勺二次加速進行兩次加速過程，并同時進行轉(zhuǎn)子位置的檢測。如果這個過程中檢測不到位置信息，那么繼續(xù)增加電壓，重復(fù)進行循環(huán)加速和檢測過程。這樣一旦電機檢測到穩(wěn)定的過零點，電機即可進入閉環(huán)加速過程。因此，只要電機的負載是在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化的，那么在電壓的增大過程中肯定能夠找到一個電壓值，使得轉(zhuǎn)子達到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，進而檢測到穩(wěn)定的反電勢，從而切入閉環(huán)加速過程。
[0017]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是本發(fā)明啟動方法控制流程圖。
[0020]圖2是本發(fā)明啟動過程位置檢測示意圖；
圖3啟動配置及啟動過程中的占空比增加流程圖；
圖4轉(zhuǎn)子位置檢測方式及換向定時器流程圖；
圖5總體控制過程流程圖；
圖6反電勢過零法檢測模塊框圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0022]直流無刷電機的啟動過程是指電機轉(zhuǎn)子由靜止狀態(tài)開始，經(jīng)過加速階段最終達到預(yù)定速度的運動過程。三段式啟動過程一般包括預(yù)定位、加速和閉環(huán)切換三個過程，圖1是本發(fā)明電機啟動的流程圖。具體啟動過程參見圖2。
[0023]轉(zhuǎn)子定位的時間定義為Tl。將轉(zhuǎn)子定位到預(yù)定位置所需的時間取決于多種因素，包括轉(zhuǎn)子初始位置與預(yù)定位置的差距、所加電壓的大小等。為了便于控制，可以通過設(shè)定一時間閾值來保證轉(zhuǎn)子已經(jīng)定位到位置。例如當施加電壓信號的時長達Tl時，可以認為轉(zhuǎn)子此時肯定已經(jīng)轉(zhuǎn)到鎖定轉(zhuǎn)動位置，這時可以停止施加電壓，直接進入下一步驟。
[0024]從預(yù)定位置開始加速的時間定義為T2。T2開始時刻合成磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢的夾角為60°電角度，轉(zhuǎn)子開始加速。為了能夠保證轉(zhuǎn)子在T2結(jié)束后，再次換向完畢時可以產(chǎn)生最大的力矩，T2時間內(nèi)轉(zhuǎn)過30度最佳。兩次加速的過程為轉(zhuǎn)子位置的檢測提供了有利條件，雖然平均轉(zhuǎn)速較低，但轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)速在兩次的加速過程中較大，因此可以檢測到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子位置信號，由此切入閉環(huán)加速過程。
[0025]此外，在將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到定位到轉(zhuǎn)動位置之前，如果轉(zhuǎn)子當前所處的位置與預(yù)期位置間相差180°左右，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置需要的時間會比較長，并且由于電機結(jié)構(gòu)的限制，甚至可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在這種情況下無法轉(zhuǎn)動到預(yù)定轉(zhuǎn)動位置(在正好為180度時，轉(zhuǎn)子在理論上是無法進行轉(zhuǎn)動的)，從而無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的啟動。
[0026]T2時間的存在避免了上述不能定位的情況，如果T工時間內(nèi)沒有定位成功，T 2時間內(nèi)轉(zhuǎn)子的位置必將改變，下一次T1時即可定位成功。
[0027]圖3中(a)為啟動前的首次配置過程。配置PWM占空比，配置第一次超時換向中斷時間為Tl，打開轉(zhuǎn)子位置檢測中斷。(b)為在整個啟動過程中在主函數(shù)中增加PWM占空比，以便提尚轉(zhuǎn)速。
[0028]圖4中(a)為過零檢測中斷函數(shù)，即轉(zhuǎn)子位置檢測在PWM中斷中進行。(b)為定時器中斷服務(wù)函數(shù)。換向功能在此中斷中實現(xiàn)。
[0029]圖5為啟動算法同閉環(huán)加速過程的切換流程圖。
[0030]實施方式中，Tl取值30ms，T2取值3ms。PWM啟動占空比為8%。啟動過程最大占空比為20%ο工作電壓為12V，電機型號為A2212，KV1400。
[0031]傳統(tǒng)的反電勢過零檢測法通常需要用到三個比較器，比較器的差異會對轉(zhuǎn)子的位置信號產(chǎn)生影響，為了避免這種影響，本實施方式采用了比較復(fù)用器的方式，如圖6所示，此方式主要通過軟件方式動態(tài)配置所用處理器中內(nèi)置比較器的輸入引腳實現(xiàn)，這樣不僅降低了比較器不一致的影響，而且使得PCB布線也更加一致。
[0032]通過上述技術(shù)方案，不僅避免了定位失敗的可能，同時通過二次加速過程，使得位置信號在“定位-二次加速”的過程中就能檢測出來，從而進行閉環(huán)啟動，這樣避免了設(shè)計復(fù)雜的啟動曲線，使轉(zhuǎn)子啟動過程更可靠。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進行的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種直流無刷電機無位置傳感器電機啟動方法，所述電機由定子和永磁體轉(zhuǎn)子組成，其特征在于，啟動方法包括: 預(yù)定位步驟、對所述定子施加使所述轉(zhuǎn)子定位到預(yù)定位置的電壓U持續(xù)T1時間； 循環(huán)加速步驟、對所述定子施加使所述轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)的電壓U持續(xù)T2時間并同步檢測轉(zhuǎn)子的位置信號；當在運行過程中檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程；否則，對所述定子施加電壓U持續(xù)T1時間并同時檢測轉(zhuǎn)子的位置信號，當檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程，未檢測到過零點的位置信號，則增大電壓U并重復(fù)本步驟； 閉環(huán)加速步驟、由開環(huán)控制切換到閉環(huán)控制使所述轉(zhuǎn)子進入閉環(huán)加速過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動方法，其特征在于:所述預(yù)定位步驟中的電壓U大小為在負載情況下使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的最小等效電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動方法，其特征在于:所述Ti的確定方法是:以T 1、T2、T1,T2、T1, T2為換向間隔運行時，反電勢的大小應(yīng)能被檢測到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動方法，其特征在于:所述T2的大小約為T1/12?1/6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動方法，其特征在于:所述循環(huán)加速步驟中增大電壓U的增量根據(jù)負載情況調(diào)節(jié)，不超過1%，調(diào)節(jié)間隔為lrns。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啟動方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子位置信號的檢測方法是九電阻法；同時采用比較器復(fù)用的方式。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直流無刷電機無位置傳感器電機啟動方法，所述電機由定子和永磁體轉(zhuǎn)子組成，啟動方法包括：預(yù)定位步驟；循環(huán)加速步驟、對定子施加使轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)的電壓U持續(xù)T2時間并同步檢測轉(zhuǎn)子的位置信號；當在運行過程中檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程；否則，對定子施加電壓U持續(xù)T1時間并同時檢測轉(zhuǎn)子的位置信號，當檢測到過零點的位置信號，立即換向，進入閉環(huán)加速過程，未檢測到過零點的位置信號，則增大電壓U并重復(fù)本步驟；以及閉環(huán)加速步驟。通過本發(fā)明所提供的方法，很好的解決了直流無刷無位置傳感器電機的啟動可靠性問題，且本方法不需要設(shè)計嚴格的啟動曲線，提高了啟動過程的對電機負載波動的適應(yīng)能力。
【IPC分類】H02P6-20
【公開號】CN104821760
【申請?zhí)枴緾N201510262371
【發(fā)明人】彭輝波, 管建強
【申請人】蘇州聯(lián)芯威電子有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月21日