一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制方法領(lǐng)域，具體是一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段無位置傳感器無刷直流電機(jī)多采用開環(huán)啟動(dòng)方式，當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高，反電動(dòng)勢(shì)可以通過未通電相檢測(cè)到，再切換至閉環(huán)控制。開環(huán)啟動(dòng)的最大缺點(diǎn)在于啟動(dòng)電流大，固定時(shí)間內(nèi)對(duì)其中兩相通電，對(duì)于不同負(fù)載的電機(jī)產(chǎn)生的啟動(dòng)電流也是不同的，所以電機(jī)在不同的負(fù)載下需要在控制程序中調(diào)整換相時(shí)間，否則容易造成啟動(dòng)失敗。同時(shí)換相不精確也容易造成換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，體現(xiàn)在轉(zhuǎn)速上為階梯式上升，無法達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)的要求。
[0003]現(xiàn)有的解決方案1:基于V-F控制的開環(huán)啟動(dòng)方式
該方案的缺點(diǎn)是:通過V-F控制的方法可以很容易實(shí)現(xiàn)，然而此方法對(duì)負(fù)載和電機(jī)參數(shù)敏感，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或者電機(jī)由于溫度等原因造成電機(jī)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，V-F開環(huán)啟動(dòng)容易造成失速?gòu)亩鴨?dòng)失敗。
[0004]現(xiàn)有的解決方案2:基于1-F控制的開環(huán)啟動(dòng)方式
該方案的缺點(diǎn)是:對(duì)于不同的負(fù)載來說，1-F控制方法通常具有相對(duì)于V-F更好的魯棒性，然而開環(huán)1-F啟動(dòng)不容易確定參考角速度值，引起的換相不準(zhǔn)確會(huì)造成啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩?fù)Q相脈動(dòng)的增大，同時(shí)固定的母線電壓不能有效抑制啟動(dòng)電流和換相脈動(dòng)。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，其特征在于:轉(zhuǎn)子對(duì)齊定位后，從轉(zhuǎn)子位置為0開始，設(shè)定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用并考慮極對(duì)數(shù)的影響，產(chǎn)生參考轉(zhuǎn)子角度，從啟動(dòng)到切換進(jìn)入閉環(huán)控制整個(gè)過程，增加非換相相電流觀測(cè)器，觀測(cè)非換相繞組的相電流值的波動(dòng)范圍，進(jìn)入換相階段，當(dāng)觀測(cè)到非換相相電流值波動(dòng)范圍超過設(shè)定范圍，待換相結(jié)束后，增大參考角速度斜率，設(shè)定的波動(dòng)范圍為多級(jí)，超出不同范圍設(shè)定斜率的增加有所不同。參考轉(zhuǎn)子角度與參考電流恒值共同作用產(chǎn)生三相電流參考值，與實(shí)時(shí)相電流進(jìn)行PID處理，得到的三個(gè)PID值大小進(jìn)行比較，切換至合適的PWM通道輸入驅(qū)動(dòng)模塊，母線上增加Buck控制電路，當(dāng)進(jìn)入換相階段，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置不同，實(shí)時(shí)比較三相電流中的兩者，不同的比較值產(chǎn)生Buck電路中所需的不同PWM值，從而控制母線電壓值，達(dá)到降低啟動(dòng)階段的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和啟動(dòng)電流值，優(yōu)化了無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)過程，使轉(zhuǎn)速上升曲線更加平穩(wěn)。
[0007]本發(fā)明針對(duì)在無位置傳感器的條件下，增加非換相電流觀測(cè)器和相電流比較控制母線電壓的策略，減小換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和啟動(dòng)電流。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:增加了傳統(tǒng)開環(huán)啟動(dòng)系統(tǒng)的魯棒性，當(dāng)負(fù)載、電機(jī)參數(shù)以及設(shè)定的參考值不同時(shí)，均可以完成對(duì)參考角速度的閉環(huán)補(bǔ)償和對(duì)母線電壓的閉環(huán)控制，達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)的目的。
【附圖說明】
[0009]圖1為無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)控制原理框圖。
[0010]圖2為無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)程序具體流程圖。
[0011 ]圖3為無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)程序總體流程圖。
[0012]圖4為傳統(tǒng)1-F開環(huán)啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)速波形。
[0013]圖5為傳統(tǒng)1-F開環(huán)啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)矩波形。
[0014]圖6為本專利啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)速波形。
[0015]圖7為本專利啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)矩波形。
【具體實(shí)施方式】
[0016]—種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，啟動(dòng)控制原理框圖如圖1所示，開始階段導(dǎo)通固定兩相，使得轉(zhuǎn)子對(duì)齊，設(shè)定此時(shí)轉(zhuǎn)子角度為0。設(shè)定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用產(chǎn)生參考轉(zhuǎn)子角度，增加非換相相電流觀測(cè)器，觀測(cè)從啟動(dòng)開始到切換進(jìn)入閉環(huán)的整個(gè)過程，用于對(duì)參考角速度進(jìn)行補(bǔ)償，參考轉(zhuǎn)子角度用來確定驅(qū)動(dòng)模塊所需要的換相信號(hào)和PWM值，參考轉(zhuǎn)子角度與參考電流恒值共同作用產(chǎn)生三相電流參考值，與實(shí)時(shí)相電流進(jìn)行PID處理，得到的三個(gè)PID值大小進(jìn)行比較，切換至合適的P麗通道輸入驅(qū)動(dòng)模塊。增加相電流比較策略，主要針對(duì)換相階段起作用，換相階段根據(jù)不同的轉(zhuǎn)子位置比較上升相和下降相的相電流值，從而控制母線電壓值，達(dá)到減小換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和啟動(dòng)電流的目的。
[0017]無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)程序具體流程如圖2所示，步驟如下:
第一步:施加高頻信號(hào)來確定初始轉(zhuǎn)子位置，通過固定的導(dǎo)通相將轉(zhuǎn)子對(duì)齊定位，施加的高頻信號(hào)時(shí)間約低于電機(jī)時(shí)間常數(shù)，此時(shí)設(shè)定初始轉(zhuǎn)子角度為0。
[0018]第二步:設(shè)定恒定的電流參考值，此參考值為電機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)所需相電流值，設(shè)定斜率恒定且為正的角速度參考值，此參考值的斜率按照第一次加速效果設(shè)定，不可過大以免造成啟動(dòng)失敗。參考角速度值通過積分作用并乘以電機(jī)極對(duì)數(shù)獲得參考轉(zhuǎn)子位置，增加非換相相電流觀測(cè)器，對(duì)啟動(dòng)到切換進(jìn)入閉環(huán)控制全過程中換相階段進(jìn)行觀測(cè)，例如從AB導(dǎo)通切換值A(chǔ)C導(dǎo)通時(shí)，觀測(cè)A相電流的變化。當(dāng)檢測(cè)到非換相相電流值超出額定相電流值的A I范圍，待換相結(jié)束后，增加參考角速度參考值的斜率?！?I范圍設(shè)定為多級(jí)，超出范圍越小則增加的斜率值越小，反之如果非換相相電流波動(dòng)超出A I范圍越大，則增加的斜率值越大，如果未超出范圍，則保持角速度參考值斜率不變。
[0019]第三步:參考轉(zhuǎn)子角度與電流參考恒值共同作用產(chǎn)生三相電流參考值，三相電流參考值與實(shí)際相電流參考值分別進(jìn)行PID控制，產(chǎn)生的三個(gè)PWM值可以使用簡(jiǎn)單比較原則，選擇PWM值大者使用，或者按照哪一相為電流輸入正相，使用哪一相產(chǎn)生的PWM值，例如當(dāng)A相為電流進(jìn)入、B相為電流流出時(shí)，使用A相電流產(chǎn)生的PWM值作為驅(qū)動(dòng)模塊的輸入值。
[0020]第四步:換相期間根據(jù)轉(zhuǎn)子角度不同實(shí)時(shí)比較三相電流值中的兩者，比較策略是換相期間比較上升相電流和下降相電流值，例如從AB導(dǎo)通切換值A(chǔ)C導(dǎo)通時(shí)，比較B相電流和C相電流的斜率絕對(duì)值，此時(shí)B相電流為下降趨勢(shì)，C相電流為上升趨勢(shì)，當(dāng)B相電流下降斜率絕對(duì)值大于C相電流上升斜率絕對(duì)值時(shí)，在額定母線電壓的基礎(chǔ)上減小Buck電路中PWM值，反之則增加Buck電路中的PWM值，增加和減小的大小視母線電壓為額定值時(shí)PWM值的大小決定，在額定值PWM值附近進(jìn)行調(diào)節(jié)，如此調(diào)節(jié)直至下降相電流為0或者上升相電流為額定相電流為止，調(diào)節(jié)結(jié)束后將PWM值設(shè)定為Buck電路產(chǎn)生額定母線電壓的值，其他情況換相方法類同。
[0021]第五步:檢測(cè)是否正常啟動(dòng)，如果轉(zhuǎn)速上升則重復(fù)第二步到第四步，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速到達(dá)足夠大可以檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)為止，如果不能正常啟動(dòng)則跳至第一步開始，減小初始參考角速度斜率，直至啟動(dòng)成功。
[0022]本發(fā)明屬于通用方法，不針對(duì)特定參數(shù)的直流無刷電機(jī)使用，本方法程序總體流程圖如圖3所示。為驗(yàn)證此方法的可行性，利用仿真軟件進(jìn)行仿真，選擇額定電壓為24V、額定電流為3.2A，額定負(fù)載為0.18Nm的直流無刷電機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。圖4為傳統(tǒng)1-F開環(huán)啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)速波形，圖5為傳統(tǒng)1-F開環(huán)啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)矩波形，可以看出轉(zhuǎn)速波形呈現(xiàn)梯狀上升趨勢(shì)，主要原因在于換相階段轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，造成轉(zhuǎn)速波形無法平穩(wěn)上升。圖6為本專利啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)速波形，圖7為本專利啟動(dòng)方法轉(zhuǎn)矩波形，對(duì)比圖4和圖5可以看出應(yīng)用本專利方法后，可以有效地降低換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)速波形更加平穩(wěn)地上升。
[0023]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0024]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，其特征在于:轉(zhuǎn)子對(duì)齊定位后，從轉(zhuǎn)子位置為0開始，設(shè)定參考電流恒值和勻加速參考角速度值，參考角速度通過積分作用并考慮極對(duì)數(shù)的影響，產(chǎn)生參考轉(zhuǎn)子角度，從啟動(dòng)到切換進(jìn)入閉環(huán)控制整個(gè)過程，增加非換相相電流觀測(cè)器，觀測(cè)非換相繞組的相電流值的波動(dòng)范圍，進(jìn)入換相階段，當(dāng)觀測(cè)到非換相相電流值波動(dòng)范圍超過設(shè)定范圍，待換相結(jié)束后，增大參考角速度斜率，設(shè)定的波動(dòng)范圍為多級(jí)，超出不同范圍設(shè)定斜率的增加有所不同；參考轉(zhuǎn)子角度與參考電流恒值共同作用產(chǎn)生三相電流參考值，與實(shí)時(shí)相電流進(jìn)行PID處理，得到的三個(gè)PID值大小進(jìn)行比較，切換至合適的PWM通道輸入驅(qū)動(dòng)模塊，母線上增加Buck控制電路，當(dāng)進(jìn)入換相階段，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置不同，實(shí)時(shí)比較三相電流中的兩者，不同的比較值產(chǎn)生Buck電路中所需的不同PWM值，從而控制母線電壓值，達(dá)到降低啟動(dòng)階段的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和啟動(dòng)電流值，優(yōu)化了無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)過程，使轉(zhuǎn)速上升曲線更加平穩(wěn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)的啟動(dòng)方法，從啟動(dòng)開始到切換進(jìn)入閉環(huán)增加非換相相電流觀測(cè)器，換相階段該觀測(cè)器開始起作用，換相結(jié)束后對(duì)參考角速度進(jìn)行補(bǔ)償校正，通過相電流與參考值進(jìn)行PID控制獲得驅(qū)動(dòng)模塊所需的PWM值，在換相階段增加相電流比較策略，實(shí)時(shí)控制母線電壓值，達(dá)到減小換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和啟動(dòng)電流的目的。
【IPC分類】H02P6/20, H02P6/10
【公開號(hào)】CN105490597
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610081140
【發(fā)明人】倪有源, 陳浩, 何強(qiáng), 陳俊華, 余長(zhǎng)城
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日