一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)，具體涉及一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置。它包括無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊、過零比較模塊、過零相選擇模塊、換相控制模塊和AD采樣模塊。本裝置實(shí)現(xiàn)了無刷直流電機(jī)帶負(fù)載情況下的快速啟動(dòng)，以及由于負(fù)載變化導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)的抗干擾控制，保證了電機(jī)在無位置傳感器情況下的平穩(wěn)、可靠運(yùn)行，還保證了很強(qiáng)的電機(jī)適應(yīng)性和功率適應(yīng)性，可應(yīng)用到千瓦級(jí)以上的功率場(chǎng)合，對(duì)于不同的電機(jī)或不同的功率等級(jí)均可使用。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及可以大功率應(yīng)用的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)，具體涉及一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置。
技術(shù)介紹
永磁無刷直流電機(jī)由于具有高功率密度、高可靠性、免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、電動(dòng)泵等拖動(dòng)運(yùn)行的場(chǎng)合。由于取消了機(jī)械換向器，通常需要在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，控制電路通過傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，控制正確電機(jī)換相，從而實(shí)現(xiàn) 電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。但在某些特殊應(yīng)用的場(chǎng)合，或基于成本的考慮，不允許在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，這就需要電機(jī)控制器采用無位置傳感器控制算法來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行?，F(xiàn)有的無位置傳感器控制技術(shù)一般應(yīng)用于千瓦級(jí)以下的小功率場(chǎng)合，而且無刷電機(jī)帶載后的啟動(dòng)參數(shù)需要反復(fù)調(diào)節(jié)，很難做到快速啟動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)外沒有大功率快速啟動(dòng)的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置的相關(guān)公開資料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種適應(yīng)于千瓦級(jí)以上功率場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動(dòng)的無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置。實(shí)現(xiàn)本技術(shù)目的的技術(shù)方案一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置，包括無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊、過零比較模塊、過零相選擇模塊、換相控制模塊和AD采樣模塊；所述的無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊用于換相時(shí)刻計(jì)算、換相控制和快速啟動(dòng)抗擾動(dòng)補(bǔ)償控制；在收到外部的啟動(dòng)輸入指令和脈寬調(diào)制信號(hào)后，快速啟動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)子位置估算值輸出至過零相選擇模塊；同時(shí)在接收到過零信號(hào)后，進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算，計(jì)算下一次過零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻，并進(jìn)行狀態(tài)切換，輸出換相脈沖至換相控制模塊；AD采集模塊用于采集電機(jī)三相端電壓和母線電壓，并將母線電壓輸出至過零比較模塊，電機(jī)三相端電壓輸出至過零相選擇模塊；過零相選擇模塊根據(jù)接收的轉(zhuǎn)子位置估算值和電機(jī)三相端電壓，選擇過零相端電壓，并將過零相端電壓輸出至過零比較模塊；換相控制模塊在接收到換相脈沖后將過零比較使能信號(hào)置為無效，當(dāng)換相續(xù)流完成后將過零比較使能信號(hào)置為有效，并將過零比較使能信號(hào)輸出至過零比較模塊；過零比較模塊將接收的過零相端電壓與母線電壓進(jìn)行比較，在過零比較使能信號(hào)的控制下產(chǎn)生過零信號(hào)，并將過零信號(hào)輸出至無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊。如上所述的一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置，無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊包括換相時(shí)刻計(jì)算模塊和轉(zhuǎn)子位置控制模塊，所述的換相時(shí)刻計(jì)算模塊包括過零信號(hào)計(jì)時(shí)器、過零周期寄存器、延遲器、換相計(jì)時(shí)器、過零時(shí)刻計(jì)算器、比較器；過零信號(hào)計(jì)時(shí)器和換相計(jì)時(shí)器是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)時(shí)器，用來提供時(shí)刻基準(zhǔn)；過零周期寄存器是由兩個(gè)移位寄存器組成，移位寄存器時(shí)鐘端由過零信號(hào)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)寄存器構(gòu)成一級(jí)滯后環(huán)節(jié)，用來對(duì)過零周期進(jìn)行濾波；過零時(shí)刻計(jì)算器用于獲得在當(dāng)前速度下30度電角度對(duì)應(yīng)的時(shí)間；延遲器用于產(chǎn)生延時(shí)；轉(zhuǎn)子位置控制模塊根據(jù)換相時(shí)刻計(jì)算模塊的輸出信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置控制。本技術(shù)的效果在于實(shí)現(xiàn)了無刷直流電機(jī)帶負(fù)載情況下的快速啟動(dòng)，以及由于負(fù)載變化導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)的抗干擾控制，保證了電機(jī)在無位置傳感器情況下的平穩(wěn)、可靠運(yùn)行，還保證了很強(qiáng)的電機(jī)適應(yīng)性和功率適應(yīng)性，可應(yīng)用到千瓦級(jí)以上的功率場(chǎng)合，對(duì)于不同的電機(jī)或不同的功率等級(jí)均可使用。附圖說明圖I為本技術(shù)所提供的一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本技術(shù)中換相時(shí)刻計(jì)算模塊的示意圖。圖中1.無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊；2.過零比較模塊；3.過零相選擇模塊；4.換相控制模塊；5. AD采樣模塊；6.過零信號(hào)計(jì)時(shí)器；7.過零周期寄存器；8.延遲器；9.換相計(jì)時(shí)器；10.換相計(jì)時(shí)器；11.比較器；12.啟?？刂菩盘?hào)；13.脈寬調(diào)制信號(hào)；14.六路脈寬調(diào)制信號(hào)。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步描述。如圖I所示，由無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I、過零比較模塊2、過零相選擇模塊3、換相控制模塊4和AD采樣模塊5組成。其中無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I是核心控制模塊，其內(nèi)部采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，包括轉(zhuǎn)子預(yù)定位狀態(tài)、快速啟動(dòng)狀態(tài)和穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I接收啟?？刂菩盘?hào)12和脈寬調(diào)制信號(hào)13，輸出為六路脈寬調(diào)制信號(hào)。無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I收到外部的啟動(dòng)輸入指令后，狀態(tài)機(jī)首先轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)子預(yù)定位狀態(tài)，此時(shí)無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I通過輸出一組預(yù)定的脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)組合將轉(zhuǎn)子位置強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)至初始位置，接下來無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)為快速啟動(dòng)狀態(tài)，通過輸出另一組PWM組合將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)電角度120度，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，AD采集模塊5會(huì)采集電機(jī)三相端電壓和母線電壓，過零比較模塊2會(huì)將過零相選擇模塊3根據(jù)估算的轉(zhuǎn)子位置選擇的過零相端電壓與母線電壓比較，當(dāng)出現(xiàn)端電壓過零時(shí)，輸出一個(gè)過零信號(hào)至無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I。無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I收到過零信號(hào)后，進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算，開始計(jì)算下一次過零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻，并將狀態(tài)切換為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)后，無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I會(huì)將換相脈沖輸出至PWM產(chǎn)生模塊，PWM產(chǎn)生模塊每收到一個(gè)換相脈沖，就將PWM組合變換一次，從而完成電機(jī)換相控制。換相脈沖同時(shí)輸出至換相控制模塊4，換相控制模塊4會(huì)在換相結(jié)束后將過零比較使能信號(hào)置為無效，以避免由于換相續(xù)流帶來的干擾，換相續(xù)流完成后，換相控制模塊4將過零比較使能信號(hào)置為有效。同時(shí)，無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I還將轉(zhuǎn)子位置估算值輸出至過零相選擇模塊2，過零相選擇模塊2接收AD采樣模塊5輸入來的三相端電壓，并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置估算值將其中的一相端電壓，該相是端電壓過零相，輸出至過零比較模塊2。過零比較模塊2將過零相選擇模塊3輸入的相電壓與AD采樣模塊5輸入來的母線電壓的1/2進(jìn)行比較，在換相控制模塊4產(chǎn)生的過零比較使能信號(hào)的控制下產(chǎn)生過零脈沖，過零脈沖輸出到無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I。無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊I包括換相時(shí)刻計(jì)算模塊和轉(zhuǎn)子位置控制模塊。轉(zhuǎn)子位置控制模塊根據(jù)換相時(shí)刻計(jì)算模塊的輸出信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置控制。其中，換相時(shí)刻計(jì)算模塊由過零信號(hào)計(jì)時(shí)器6、過零周期寄存器7、延遲期8、換相計(jì)時(shí)器9、過零時(shí)刻計(jì)算器10、比較器11組成，如圖2所示。過零信號(hào)計(jì)時(shí)器6和換相時(shí)刻計(jì)時(shí)器9是由對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)時(shí)器，用來提供時(shí)刻基準(zhǔn)。當(dāng)接收到過零信號(hào)后，過零信號(hào)計(jì)時(shí)器6的值會(huì)被鎖存至過零周期寄存器7，同時(shí)過零信號(hào)計(jì)時(shí)器6的值被清零。過零周期寄存器7是由兩個(gè)移位寄存器組成，移位寄存器時(shí)鐘端由過零信號(hào)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)寄存器構(gòu)成一級(jí)滯后環(huán)節(jié)，用來對(duì)過零周期進(jìn)行濾波。過零時(shí)刻計(jì)算器10將過零周期寄存器7中的兩個(gè)周期值求和再除以4，以獲得在當(dāng)前速度下30度電角度對(duì)應(yīng)的時(shí)間，該值與換相 計(jì)時(shí)器9的當(dāng)前值相加作為換相時(shí)刻值，換相時(shí)刻值由經(jīng)過一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘延遲的過零信號(hào)驅(qū)動(dòng)，收到過零信號(hào)，并完成換相時(shí)刻計(jì)算后，換相時(shí)刻值被存入換相時(shí)刻寄存器CMT_PERI0D。換相計(jì)時(shí)器9與換相時(shí)刻寄存器CMT_PERI0D的值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，當(dāng)二者相等時(shí)發(fā)出換相脈沖，同時(shí)換相脈沖將換相計(jì)時(shí)器9清零。至此，一次完整的換相時(shí)刻計(jì)算以及換相操作完成。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本技術(shù)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本技術(shù)的精神和范圍。倘若這些修改和變型屬于本技術(shù)權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本技術(shù)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置，其特征在于：包括無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊（1）、過零比較模塊（2）、過零相選擇模塊（3）、換相控制模塊（4）和AD采樣模塊（5）；所述的無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊（1）用于換相時(shí)刻計(jì)算、換相控制和快速啟動(dòng)抗擾動(dòng)補(bǔ)償控制；在收到外部的啟動(dòng)輸入指令和脈寬調(diào)制信號(hào)后，快速啟動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)子位置估算值輸出至過零相選擇模塊（3）；同時(shí)在接收到過零信號(hào)后，進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算，計(jì)算下一次過零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻，并進(jìn)行狀態(tài)切換，輸出換相脈沖至換相控制模塊（4）；AD采集模塊（5）用于采集電機(jī)三相端電壓和母線電壓，并將母線電壓輸出至過零比較模塊（2），電機(jī)三相端電壓輸出至過零相選擇模塊（3）；過零相選擇模塊（3）根據(jù)接收的轉(zhuǎn)子位置估算值和電機(jī)三相端電壓，選擇過零相端電壓，并將過零相端電壓輸出至過零比較模塊（2）；換相控制模塊（4）在接收到換相脈沖后將過零比較使能信號(hào)置為無效，當(dāng)換相續(xù)流完成后將過零比較使能信號(hào)置為有效，并將過零比較使能信號(hào)輸出至過零比較模塊（2）；過零比較模塊（2）將接收的過零相端電壓與母線電壓進(jìn)行比較，在過零比較使能信號(hào)的控制下產(chǎn)生過零信號(hào)，并將過零信號(hào)輸出至無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊（1）。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制裝置，其特征在于包括無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊(I)、過零比較模塊(2 )、過零相選擇模塊(3 )、換相控制模塊(4 )和AD采樣模塊(5 ); 所述的無位置傳感器狀態(tài)機(jī)模塊(I)用于換相時(shí)刻計(jì)算、換相控制和快速啟動(dòng)抗擾動(dòng)補(bǔ)償控制；在收到外部的啟動(dòng)輸入指令和脈寬調(diào)制信號(hào)后，快速啟動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并將轉(zhuǎn)子位置估算值輸出至過零相選擇模塊(3);同時(shí)在接收到過零信號(hào)后，進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算，計(jì)算下一次過零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻，并進(jìn)行狀態(tài)切換，輸出換相脈沖至換相控制模塊(4); AD采集模塊(5 )用于采集電機(jī)三相端電壓和母線電壓，并將母線電壓輸出至過零比較模塊(2)，電機(jī)三相端電壓輸出至過零相選擇模塊(3)； 過零相選擇模塊(3)根據(jù)接收的轉(zhuǎn)子位置估算值和電機(jī)三相端電壓，選擇過零相端電壓，并將過零相端電壓輸出至過零比較模塊(2)； 換相控制模塊(4)在接收到換相脈沖后將過零比較使能信號(hào)置為無效，當(dāng)換相續(xù)流完成后將過零比較使能信號(hào)置為有...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹巳甲，曹英健，仲悅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：