无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差校正方法

摘要

一种无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差校正方法，属无刷直流电机位置信号相位校正方法。该校正方法，是通过控制电机相绕组负向120°导通区间之后的60°非导通区间中续流部分的第一续流电流平均值和电机相绕组正相120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的第二续流电流平均值相等，实现无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差补偿。具体方法是分别测得第一、第二两个续流电流平均值，将第一与第二两个续流电流平均值的偏差值作为反馈量输入到PI调节器，通过PI调节器调节第一与第二两个电流续流电流平均值相等。该校正方法，能自动校正无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差，实现容易，且对位置信号相位误差补偿实时性好。

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机位置信号相位误差校正方法。

背景技术

无刷直流电机具有结构简单、控制方便、可靠性高、功率密度大、效率高等优点，已在众多工业领域得到应用。通常其借助位置传感器获取转子的位置信号，但带有转子位置传感器的无刷直流电机有电机尺寸大，位置传感器信号线容易引入干扰，传感器可靠性低、安装精度要求高等一系列缺点，使其应用受到了一定的限制。因此，无位置传感器无刷直流电机引起了人们的广泛关注。

普通无刷直流电机采用三相电压型逆变器供电，其定子绕组为星型接法(见图1)，反电动势为梯形波，电流为方波(见图2)。为了使无刷直流电机在单位电流内能输出最大的转矩，每相绕组的电流必须与该相绕组的反电动势保持相位一致，因此逆变器的开关管每60°电角度需换相一次，一个周期内换相六次。电机能够准确换相，需要准确的转子位置信号。无位置传感器无刷直流电机的转子位置检测方法有多种，其中基于反电势的检测法是目前最为常用的位置检测方法，其位置检测原理为：用直接或间接方法检测非导通相的反电动势过零点信号，再将其延迟30°+k×60°(k＝0，1，2······)电角度，即可得到相应的位置信号。在该类型方法中，低通滤波相移、延时计算误差、电枢反应等因素引起所测得位置信号产生相位误差，使电机的运行性能受到影响。

发明内容

本发明目的是提供一种自动校正无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差的方法。

一种无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差校正方法，其特征在于，该校正方法是通过控制电机相绕组负向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的第一续流电流平均值和电机相绕组正向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的第二续流电流平均值相等，实现无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差补偿，具体方法是测得上述第一续流电流平均值与上述第二续流电流平均值，将所述的第一续流电流平均值与第二续流电流平均值的偏差值，作为电机位置信号相位误差反馈量输入到PI调节器，通过PI调节器的调节，及时调节过零点延时电角度，达到校正电机位置信号相位误差的目的，具体调节方法是，当上述第一续流电流平均值与第二续流电流平均值的偏差值大于零时，通过PI调节器，调节补偿电角度增大，延时电角度减小，直至调节到上述第一与第二两个续流电流平均值的偏差值为零，达到校正电机位置信号相位误差的目的；当上述第一续流电流平均值与第二续流电流平均值的偏差值小于零时，通过PI调节器，调节补偿电角度减小，延时电角度增大，直至调节到上述第一与第二两个续流电流平均值的偏差值为零，达到校正电机位置信号相位误差的目的。

所述的第一续流电流平均值与第二续流电流平均值的测量方法是，在无刷直流电机驱动主电路中的每相桥臂中各串联一个采样电阻，通过每相桥臂采样电阻分别测量每相绕组负向120°区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的第一续流电流平均值和每相相绕组正向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的第二续流电流平均值，每360°电角度计算一次，将三相第一续流电流平均值求和得第一续流电流平均值I_ml，将三相第二续流电流平均值求和得第二续流电流平均值I_m2，第二与第一两个续流电流平均值的偏差值Δi＝I_m2-I_m1。

本发明所提控制方法无需通过复杂的运算获取位置误差，而是实时计算相电流正、负向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分的两个续流电流均值差值，再通过PI调节器调节得到实时的位置信号误差。因此，该控制方法具有实现简单，位置误差补偿实时性好等优点。

附图说明

图1是无刷直流电机及其驱动主电路等效图

图2是无刷直流电机三相反电势及电流波形

图3是H_pwm-L_on调制方式下反电势及驱动波形

图4是H_pwm-L_on调制方式下准确换相时相电流波形

图5是H_pwm-L_on调制方式下超前α角换相时相电流波形

图6是H_pwm-L_on调制方式下滞后α角换相时相电流波形

图7是带有续流电流检测电阻的驱动主电路等效图

图8是位置信号相位误差校正环节原理框图

图9是带有位置信号校正环节的调速系统框图

具体实施方式

当采用H_pwm-L_on调制方式(见图3)时，无刷直流电机非导通相对应反电势小于零的部分存在续流电流。设电机相绕组负向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分为M₁工作区间，相绕组正向120°导通区间之后的60°非导通工作区间中续流部分为M₂工作区间。

设M₁区间续流电流平均值为I_m1，M₂区间续流电流平均值为I_m2，Δi＝I_m2-I_m1。I_m1、I_m2具有如下关系：当电机准确换相时，I_m1＝I_m2，Δi＝0(见图4)；超前换相时，I_m1＞I_m2，Δi＜0，Δi随着提前换相角度的增大而减小(见图5)；滞后换相时，I_m1＜I_m2，Δi＞0，Δi随着滞后换相角度的增大而增大(见图6)。根据非导通相续流电流的这一特性，提出了一种自动校正无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差的方法。

该方法通过控制相电流M₁区间续流电流平均值I_m1和M₂区间续流电流平均值I_m2相等，实现位置误差补偿。位置信号是通过检测端电压，得到反电势过零点信号，再将过零点信号延时90°电角度获得，但由于各种原因，测得位置信号与实际位置信号存在相位误差。该误差通过M₁、M₂区间续流电流I_m1、I_m2表现为Δi。以Δi为位置信号相位误差反馈量，通过PI调节器调节，及时调整过零点信号延时电角度，可达到校正相位误差的目的(见图8)。带有位置校正环节的整个调速系统如图9所示，设位置误差补偿电角度，Δi和的关系为：

(1)

式中，K_P为比例系数，K_I为积分系数，₀为补偿电角度初始值。

补偿后过零点信号延时电角度θ表示为：

θ＝90°-

(2)

根据式(1)、(2)，当Δi＞0，即位置信号相位滞后时，延时电角度θ偏大，通过PI调节器调节，补偿电角度增大，延时电角度θ减小，则相位误差减小；当Δi＜0，即位置信号相位超前时，延时电角度θ偏小，通过PI调节器调节，补偿电角度减小2延时电角度θ增大，则相位误差减小；Δi＝0，位置信号无偏差，补偿电角度维持不变，延时电角度亦不变。

根据前述分析，位置信号相位误差校正过程可归结为：当Δi＞0时，补偿电角度个，延时电角度θ↓，Δi↓，直到Δi＝0，补偿电角度停止增加，延时电角度θ维持不变，位置信号误差得到补偿；当Δi＜0时，补偿电角度↓，延时电角度θ↑，Δi↑，直到Δi＝0，补偿电角度停止减小，延时电角度θ维持不变，位置信号误差得到补偿。通过这样的位置误差闭环调节，能够实时地补偿位置信号相位误差，获得准确的位置信号。

1.非导通相续流电流采样及续流电流偏差Δi求取

为了较为准确的测量非导通相续流电流，在PWM关断时通过图7所示检测电阻R₁、R₂、R₃采样续流电流，采得电流通过调理电路后接入DSP的AD采样口。同时为了减小Δi的计算误差，每360°电角度计算一次。计算方法如下：分别求取每相相电流M₁区、M₂区续流电流平均值，将三相M₁区续流电流均值求和得I_m1，M₂区续流电流均值求和得I_m2，可求得续流电流偏差Δi＝I_m2-I_m1。

相位误差补偿角度求取将所求的Δi作为PI调节器输入量，通过PI调节，可求得相位误差补偿电角度。这里在DSP中实现PI调节器功能，经离散化处理后，相位误差补偿电角度可表示为

_(k)＝K_p(Δi_(k)-Δi_(k-1))+TK_IΔi_(k)+_(k-1)

式中_(k)-PI调节器第K次调节时刻输出值；

_(k-1)-PI调节器第K-1次调节时刻输出值；

Δi_(k)-PI调节器第K次调节时刻的续流电流偏差值；

Δi_(k-1)-PI调节器第K-1次调节时刻的续流电流偏差值；

T-PI调节器调节周期。

2.位置信号相位误差校正

如图2所示，无刷直流电机每360°电角度中有6个导通区间，每个导通区间中非导通相反电势过零点信号延时90°电角度，即为前一相换相信号。B相反电势过零点信号延时90°电角度，为A相换相信号；C相反电势过零点信号延时90°电角度，为B相换相信号；A相反电势过零点信号延时90°电角度，为C相换相信号。

反电势过零后，过零点标志位ZFLAG置1，延时计数开始，当延时达到90°-_(k)电角度后，改变换相控制字，ZFLAG清零，调用换相子程序，即可实现电机的准确换相。