專利名稱：直流無刷電機(jī)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)的控制領(lǐng)域，尤其是涉及ー種對(duì)直流無刷電機(jī)的控制方法以及控制裝置。
背景技術(shù)：
直流無刷電機(jī)因其具備連續(xù)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各種電器設(shè)備中。直流無刷電機(jī)的工作需要控制電路的控制驅(qū)動(dòng)，控制電路包括控制器以及用于驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)工作的逆變單元，逆變單元向電機(jī)的三相母線輸出電壓信號(hào)，控制電機(jī)工作?？刂破飨蚰孀儐卧敵龅牟ㄐ螢檎也ɑ蚍讲?，因此分別稱為正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)。方波驅(qū)動(dòng)的方式較為簡(jiǎn)單，也容易實(shí)現(xiàn)，但電機(jī)輸出功率大時(shí)，電機(jī)明顯存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、換相噪聲等問題，在一些對(duì)噪聲有較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域中存在使用局限性。針對(duì)這些應(yīng)用，采用正弦波驅(qū)動(dòng)方式可以有效降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、換相噪音等問題。目前正弦波驅(qū)動(dòng)的控制方式主要有以下兩種一種是通過以電機(jī)三相母線的端電壓為控制目標(biāo)，對(duì)電機(jī)的三相母線施加一定空間矢量PWM調(diào)制電壓，使電機(jī)繞組中產(chǎn)生正弦波電流，通過控制正弦波電流的幅值及相位實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制；另一種是通過以電機(jī)三相母線的相電流為控制目標(biāo)，對(duì)相電流進(jìn)行解耦操作，建立電流環(huán)，通過直接控制相電流的相位與幅值實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。以三相母線端電壓為控制目標(biāo)的控制電路結(jié)構(gòu)如圖I所示，控制電路包括控制器10、逆變單元16以及位置傳感器17，控制單元10為單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等器件，其內(nèi)設(shè)置有電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊11、位置角度計(jì)算模塊12以及電壓計(jì)算模塊13。位置傳感器17為光電編碼器或磁電編碼器、霍爾傳感器等，用于檢測(cè)直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，并將檢測(cè)的信號(hào)輸出至控制單元10。控制單元10的電壓調(diào)制比計(jì)算模塊11根據(jù)位置傳感器17輸出的信號(hào)，計(jì)算轉(zhuǎn)子當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并與設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，計(jì)算出電壓調(diào)制比因數(shù)K。此外，位置角度計(jì)算模塊12根據(jù)位置傳感器17輸出的信號(hào)估算出轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置角度Θ，并計(jì)算位置角度Θ的三角函數(shù)，如sin0、sin ( Θ-120)等，將計(jì)算結(jié)果輸出至電壓計(jì)算模塊13。電壓計(jì)算模塊13根據(jù)計(jì)算出的電壓調(diào)制比因數(shù)K以及轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置角度Θ的三角函數(shù)計(jì)算向逆變單元的三相母線對(duì)應(yīng)的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管輸出的PWM調(diào)制信號(hào)。如圖2所不,逆變單兀16具有六個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管,姆ー個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部均并聯(lián)ー個(gè)反向的ニ極管，場(chǎng)效應(yīng)管Tl連接在正極直流電源端子B+與U相電流輸出端子之間，場(chǎng)效應(yīng)管T2連接在U相電流輸出端子與負(fù)極直流電源端子B-之間。場(chǎng)效應(yīng)管T1、T2組成U相ー個(gè)橋臂。相同地,場(chǎng)效應(yīng)管Τ3、Τ4組成V相一個(gè)橋臂，輸出V相的電流，而場(chǎng)效應(yīng)管Τ5、Τ6組成W相橋臂，輸出W相的電流。
每一個(gè)橋臂分為上橋臂及下橋臂，例如，輸出U相電流的逆變電路中，連接在正極直流電源B+與U相電流輸出端子之間的電路為上橋臂，即圖2中的場(chǎng)效應(yīng)管Tl。連接在U相電流輸出端子與負(fù)極直流電源端子B-之間的電路為下橋臂，即圖2中的場(chǎng)效應(yīng)管T2。同理，場(chǎng)效應(yīng)管T3為V相電源逆變電路的上橋臂，場(chǎng)效應(yīng)管T4為V相電源逆變電路的下橋臂，場(chǎng)效應(yīng)管T5為W相電源逆變電路的上橋臂，場(chǎng)效應(yīng)管T6為W相電源逆變電路的下橋臂。使用上述方法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，需確定當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角度所在的扇區(qū)以及矢量作用時(shí)間等復(fù)雜步驟，計(jì)算量非常大，占用單片機(jī)等器件很大資源。并且，在電機(jī)360°電角度內(nèi)，逆變單元16的六個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管需要在每個(gè)PWM調(diào)制信號(hào)的波形的周期內(nèi)都被調(diào)制，場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)損耗較大，發(fā)熱量大，影響場(chǎng)效應(yīng)管以及控制器的使用壽命。在理想狀態(tài)下，同一橋臂上的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)時(shí)互補(bǔ)的，即上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管為高電平信號(hào)時(shí)，下橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管為低電平信號(hào)，這種情況稱為沒有死區(qū)時(shí)間的 控制信號(hào)，如圖4的第一個(gè)波形圖與第二個(gè)波形圖所示。但在實(shí)際過程中，若上橋臂場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí)，下橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)馬上從低電平變?yōu)楦唠娖?，容易發(fā)生同一橋臂的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通的情況，導(dǎo)致流向電機(jī)的電流過大而引起短路，因此，從一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的關(guān)閉到另一場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通之間需要有一定的間隔，這個(gè)時(shí)間間隔稱為死區(qū)時(shí)間，如圖4中的第三、第四個(gè)波形圖就是具有死區(qū)時(shí)間同一橋臂上兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)波形圖?，F(xiàn)在的電機(jī)控制過程中，控制器10通常只計(jì)算上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)波形，下橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管控制信號(hào)波形根據(jù)上橋臂場(chǎng)效應(yīng)管的控制波形自動(dòng)生成，生成的方法是下橋臂場(chǎng)效應(yīng)管的控制信號(hào)波形基本與上橋臂場(chǎng)效應(yīng)管控制信號(hào)的波形互補(bǔ)，只是在上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉后增加一定的時(shí)間間隔，也就形成死區(qū)時(shí)間。并且，在上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管開啟前的一定時(shí)間，下橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管先關(guān)閉。而場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)間由場(chǎng)效應(yīng)管的占空比決定，在一個(gè)PWM調(diào)制信號(hào)的波形周期內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)間占整個(gè)PWM調(diào)制信號(hào)的波形周期的時(shí)間稱為占空比。占空比越大，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，加載到母線的平均電壓越高，因此調(diào)節(jié)加載到母線上的電壓值實(shí)際上是調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管的占空比。從上面的分析可知，在電機(jī)輸出功率較小的時(shí)候，死區(qū)時(shí)間可能會(huì)大于換相點(diǎn)鄰近電壓調(diào)制比所確定的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組電流提前截止，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，換相噪音等問題。而以電機(jī)相電流為控制目標(biāo)的正弦波驅(qū)動(dòng)方法中，需要使用電流環(huán)的正弦控制方法，并需要進(jìn)行電流的解耦操作，所以對(duì)單片機(jī)等器件的性能要求比較高，需要帶有快速且靈活的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換模塊來檢測(cè)電流值。使用該方法還需要應(yīng)用基于開關(guān)狀態(tài)六邊形的SVPWM三角形函數(shù)，同時(shí)需要確定扇區(qū)及矢量作用時(shí)間等復(fù)雜步驟及算法過程，也存在電機(jī)360°電角度內(nèi)逆變單元16的六個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管需要在每一個(gè)PWM調(diào)制信號(hào)波形的周期內(nèi)進(jìn)行PWM調(diào)制的問題，場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)損耗也比較大。因此，公開號(hào)為CN1988365A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種名為“一種矢量空間脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補(bǔ)償方法”的發(fā)明創(chuàng)造，該方法主要針對(duì)交流伺服系統(tǒng)中永磁同步電機(jī)的SVPWM控制，在轉(zhuǎn)子位于不同位置角度時(shí)，向三相母線對(duì)應(yīng)的逆變電路的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管加載的脈沖時(shí)長(zhǎng)不相同，有些是增加ー個(gè)死區(qū)補(bǔ)償時(shí)間，有些是減去死區(qū)補(bǔ)償時(shí)間，導(dǎo)致向不同相的母線的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管加載PWM信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度不同，上述方法應(yīng)用在直流無刷電機(jī)的控制中，不但不能解決在低功率下的死區(qū)時(shí)間過長(zhǎng)的問題，而且還會(huì)增加電壓諧波，影響電機(jī)低轉(zhuǎn)速靜音效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種能有效解決死區(qū)時(shí)間過長(zhǎng)的直流無刷電機(jī)的控制方法。本發(fā)明的另ー目的是提供ー種避免增加電壓諧波的直流無刷電機(jī)的控制裝置。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的，本發(fā)明提供的直流無刷電機(jī)的控制方法包括根據(jù)位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角度，根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速計(jì)算 電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值，并且，根據(jù)電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值、位置角度位置以及死區(qū)補(bǔ)償值計(jì)算向直流無刷電機(jī)的三相母線加載的電壓值，向其中至少兩相母線加載的電壓值為電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與位置角度三角函數(shù)值的乘積加上死區(qū)補(bǔ)償值。由上述方案可見，計(jì)算向母線加載的電壓值時(shí)加上一個(gè)死區(qū)補(bǔ)償值，抵消死區(qū)時(shí)間對(duì)上橋臂控制信號(hào)占空比影響，提高向母線加載的電壓值，每ー橋臂中的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)于帶有死區(qū)時(shí)間的控制信號(hào)有所延長(zhǎng)，從而避免電機(jī)運(yùn)行過程中死區(qū)時(shí)間過長(zhǎng)而引起繞組電流提前截止的問題。一個(gè)優(yōu)選的方案是，向三相母線中的兩相母線加載的電壓值為電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與位置角度三角函數(shù)值的乘積加上死區(qū)補(bǔ)償值，向第三相母線加載的電壓值為死區(qū)補(bǔ)償值。由此可見，在計(jì)算三相母線加載的電壓時(shí)，僅需其中兩相使用位置角度三角函數(shù)值，而計(jì)算第三相母線的電壓值時(shí)無需使用位置角度三角函數(shù)值，減少ー個(gè)三角函數(shù)值的計(jì)算，提高控制器的計(jì)算速度。進(jìn)ー步的方案是，直流無刷電機(jī)的控制器存儲(chǔ)有轉(zhuǎn)子在不同位置角度下的位置角度的三角函數(shù)值，計(jì)算母線的電壓值時(shí)，位置角度的三角函數(shù)值通過查找轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置角度對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)值獲得?？梢?，計(jì)算向三相母線加載的電壓值時(shí)，對(duì)三角函數(shù)值的計(jì)算是通過查表獲得，而是不是直接計(jì)算三角函數(shù)值，這樣能夠減小單片機(jī)等控制器件的計(jì)算量，提高計(jì)算速度。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供的直流無刷電機(jī)的控制裝置包括位置傳感器以及接收位置傳感器輸出信號(hào)的控制器，控制器具有電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊、位置角度計(jì)算模塊以及電壓計(jì)算模塊，電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值，位置角度計(jì)算模塊根據(jù)位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置角度，電壓計(jì)算模塊根據(jù)電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值、位置角度位置以及死區(qū)補(bǔ)償值計(jì)算向直流無刷電機(jī)的三相母線加載的電壓值，向其中至少兩相母線加載的電壓值為電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與位置角度的三角函數(shù)值的乘積加上死區(qū)補(bǔ)償值。由上述方案可見，計(jì)算向母線加載的電壓時(shí)將死區(qū)補(bǔ)償值加上，抵消因死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致上橋臂導(dǎo)通占空比理想狀態(tài)小的作用，從而每一橋臂中的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間有所延長(zhǎng)，避免電機(jī)在死區(qū)時(shí)間大于換相點(diǎn)鄰近電壓調(diào)制比，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組電流提前截止，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，換相噪音等問題。一個(gè)優(yōu)選的方案是，電壓計(jì)算模塊計(jì)算的向兩相母線加載的電壓值為電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與位置角度三角函數(shù)值的乘積加上死區(qū)補(bǔ)償值，計(jì)算的向第三相母線加載的電壓值為死區(qū)補(bǔ)償值。由此可見，向第三相母線加載的電壓值僅為死區(qū)補(bǔ)償值，因此計(jì)算向第三相母線加載的電壓值時(shí)不需要計(jì)算位置角度的三角函數(shù)，減少單片機(jī)等控制器的計(jì)算量，該橋臂的上橋臂場(chǎng)效應(yīng)管無需進(jìn)行PWM脈沖調(diào)制，場(chǎng)效應(yīng)管處于關(guān)斷狀態(tài)，且死區(qū)補(bǔ)償值D所對(duì)應(yīng)的時(shí)間小于或等于死區(qū)時(shí)間二分之一，因此每一橋臂中的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管無需在每一個(gè)PWM調(diào)制信號(hào)的波形周期內(nèi)均被PWM調(diào)制，開關(guān)損耗較小，使用壽命較長(zhǎng)。


圖I是現(xiàn)有直流無刷電機(jī)、逆變單元與控制器的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是逆變單元的電原理圖。圖3是本發(fā)明直流無刷電機(jī)控制裝置實(shí)施例與直流無刷電機(jī)、逆變單元的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖4是同一橋臂上的一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管在沒有死區(qū)時(shí)間、帶有死區(qū)時(shí)間以及本發(fā)明帶有死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償情況下的控制波形圖。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的直流無刷電機(jī)控制裝置用于對(duì)直流無刷電機(jī)進(jìn)行控制，參見圖I，控制裝置包括控制器20，控制器20為單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器等具有編程、運(yùn)算能力的器件，控制器20內(nèi)設(shè)有電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊21、位置角度計(jì)算模塊22、電壓計(jì)算模塊23以及存儲(chǔ)單元24?？刂蒲b置還具有逆變單元26以及位置傳感器27。位置傳感器27為光電編碼器或磁電編碼器、霍爾傳感器等，用于檢測(cè)直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。優(yōu)選地，位置傳感器27包括三個(gè)雙極鎖定型霍爾元件，在轉(zhuǎn)子上固定安裝有永磁體，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件通過檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，從而輸出相應(yīng)的電信號(hào)。位置傳感器27輸出的信號(hào)被控制器20所接收。控制器20的電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊21根據(jù)所接收的信號(hào)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的比值計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)K的數(shù)值。由于永磁體固定在轉(zhuǎn)子上，因此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)永磁體是相對(duì)于霍爾元件旋轉(zhuǎn)的，因此計(jì)算霍爾元件每分鐘接收的永磁體發(fā)出電磁信號(hào)的數(shù)量可以計(jì)算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)控制器20根據(jù)接收到外部輸入的信號(hào)確定的轉(zhuǎn)速，電壓調(diào)制比因數(shù)K為設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的比值。位置角度計(jì)算模塊22根據(jù)接收的位置傳感器27輸出的信號(hào)估算轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置角度。估算位置角度時(shí)，將360°的電角度平均劃分為六個(gè)扇區(qū)，每一個(gè)扇區(qū)為60°的電角度。由于位置傳感器27為三個(gè)雙極鎖定型霍爾元件，其向控制器20輸出六個(gè)位置信號(hào)，位置角度計(jì)算模塊22根據(jù)所接收的六個(gè)位置信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)子當(dāng)前所處的六個(gè)扇區(qū)起始位置。
然后，根據(jù)下述的公式計(jì)算轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置角度Θ
Λ 3 60 X M Λ .^
θ = θ H---H Δθ(式 I ノ
N
其中θ η是轉(zhuǎn)子所在扇區(qū)的起始位置，N是轉(zhuǎn)子在前ー電角度周期，即在360°的電角度內(nèi)接收的PWM調(diào)制電壓的脈沖的個(gè)數(shù)，M是電機(jī)在當(dāng)前扇區(qū)所經(jīng)歷的PWM調(diào)制電壓的脈沖的個(gè)數(shù)，△ Θ是補(bǔ)償超前角度。由于電機(jī)繞組存在電感作用，因此相電流滯后于相電壓，估算轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置角度Θ時(shí)，需要進(jìn)行超前角度補(bǔ)償，即需要加上超前角度△ Θ以計(jì)算得到位置角度Θ，實(shí)現(xiàn)相電流與相反電勢(shì)同相位。超前角度△ Θ根據(jù)電機(jī)性能及運(yùn)行功率確定，可以預(yù)先寫入到控制器20內(nèi)。
計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)K以及位置角度Θ后，電壓計(jì)算模塊23計(jì)算加載到逆變單元26的三相母線所對(duì)應(yīng)的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管的PWM信號(hào)的電壓值，也就是計(jì)算加載到三相母線的端電壓的電壓值。由于直流無刷電機(jī)使用正弦波驅(qū)動(dòng)方式，因此理論上加載到每一相母線電壓的電壓值均應(yīng)該是電壓調(diào)制比因數(shù)K與位置角度Θ的三角函數(shù)的乘積，考慮到死區(qū)時(shí)間的存在，加載到每一相母線的電壓值還需要加上死區(qū)補(bǔ)償值D，死區(qū)補(bǔ)償值D是ー個(gè)固定值，預(yù)先寫入到控制器20內(nèi)，計(jì)算加載到母線的電壓值時(shí)直接將死區(qū)補(bǔ)償值D加上。然而，若每ー相的母線的電壓值均通過計(jì)算位置角度Θ的三角函數(shù)值與調(diào)制比乘積，對(duì)單片機(jī)等控制器件的計(jì)算要求很高，導(dǎo)致單片機(jī)的計(jì)算量過大。由于三相電機(jī)的三相母線電壓的線電壓的電角度兩兩之間形成120°的角度，可
以在一定電角度內(nèi)只使用位置角度Θ的三角函數(shù)值與電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算其中兩相母線
的電壓值，而第三相母線的電壓值可直接計(jì)算為死區(qū)補(bǔ)償值D。在360°的電角度內(nèi)，向三
相母線加載的電壓值如表I所示。
電角度puIUu[Uw
0° -120°KXsin( Θ )+DDKX (-sin( θ -120))+D
120° -240°KX (-sin( θ -240))+DKXsin( Θ -120)+D D
240。-360。ID]ΚΧ (-sin( Θ ))+DJKX (sin( Θ -240))+D表I
其中，Uu、Uv、Uw分別表示加載到U、V、W三相母線的電壓值。從表I可以看出，在360°的電角度內(nèi)，三相母線電壓值是分段函數(shù)。但電機(jī)定子
繞組的相電壓兩兩之間的相位差是120°，且為完整正弦函數(shù)。如表2所示。
電角度I^Ju-Uv]Uv-UwllJw-Uu
O。-120。KXsin(e) KXsin( Θ -120) KXsin( Θ -240)
120。-240。 KXsin( Θ ) KXsin( Θ -120) KXsin( Θ -240)
240。-360。 IKXsin( Θ ) ]KXsin( Θ -120) IKXsin( Θ -240)表2
由表I、表2可知，本發(fā)明與現(xiàn)有的SPWM調(diào)制方式不同，施加在電機(jī)三相母線的端電壓Uu、Uv、Uw并非正弦波電壓，而是帶有死區(qū)補(bǔ)償值的分段函數(shù)，此時(shí)直流無刷電機(jī)中心點(diǎn)電壓并非為0，但電機(jī)相電壓(Uu-Uv、Uv-Uw、Uw-Uu)仍然為正弦波電壓且相位差為120°。這樣,三相母線對(duì)應(yīng)的上橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管在360°的電角度范圍內(nèi)，總有ー相在120°電角度的時(shí)間不需要被PWM信號(hào)調(diào)制，場(chǎng)效應(yīng)管可以處于關(guān)閉狀態(tài)，并且死區(qū)補(bǔ)償值D所對(duì)應(yīng)的時(shí)間小于或等于死區(qū)時(shí)間二分之一，如圖4所示。這樣，場(chǎng)效應(yīng)管不是每時(shí)每刻地工作，其使用壽命得以延長(zhǎng)，也有利于電機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間工作。由于單片機(jī)計(jì)算三角函數(shù)所消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，為了減少單片機(jī)的運(yùn)算量，避免直接計(jì)算正弦函數(shù)，按表I描繪出電機(jī)在360°的電角度三相母線端電壓幅值的數(shù)組，此時(shí)表I中的電壓調(diào)制比因數(shù)K取常數(shù)I，且死區(qū)補(bǔ)償值D取常數(shù)O。按照上述公式，計(jì)算出一個(gè)二維數(shù)組TAB [T]，每一個(gè)數(shù)組包括三個(gè)數(shù)值，分別是轉(zhuǎn)子在同一位置角度下計(jì)算加載在三相母線的電壓時(shí)所使用的三個(gè)三角函數(shù)值，當(dāng)然，每一數(shù)組中必然至少有一個(gè)數(shù)值為零，因?yàn)橛?jì)算其中一項(xiàng)母線的電壓值時(shí)不需要使用三角函數(shù)值。這些數(shù)組連續(xù)地存儲(chǔ)在控制器20的存儲(chǔ)單元24內(nèi)，所有數(shù)組的數(shù)值對(duì)應(yīng)電機(jī)六個(gè)扇區(qū)。例如，對(duì)應(yīng)于位置角度Θ為5°時(shí)，數(shù)組的三個(gè)數(shù)值分別是sin5、0、-sin(_115)，對(duì)應(yīng)于位置角度Θ為135°，數(shù)組的三個(gè)數(shù)值分別是-sin (_105)、sinl5、0，如此類推。電壓計(jì)算模塊23計(jì)算向三相母線加載的電壓值時(shí)，查詢當(dāng)前位置角度Θ對(duì)應(yīng)的一組三角函數(shù)的數(shù)值，然后根據(jù)表I中的關(guān)系，將相應(yīng)的母線對(duì)應(yīng)的三角函數(shù)值乘上電壓調(diào)制比因數(shù)K并加上死區(qū)補(bǔ)償值D，即可計(jì)算出向某一相母線加載的電壓值。由于數(shù)組是連續(xù)排列的，查找數(shù)值時(shí)，可以根據(jù)以下的公式查找對(duì)應(yīng)的數(shù)值，
權(quán)利要求
1.直流無刷電機(jī)控制方法，包括 根據(jù)位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角度，根據(jù)所述實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值； 其特征在于 根據(jù)所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值、所述位置角度位置以及死區(qū)補(bǔ)償值計(jì)算向所述直流無刷電機(jī)的三相母線加載的電壓值，向其中至少兩相母線加載的電壓值為所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與所述位置角度三角函數(shù)值的乘積加上所述死區(qū)補(bǔ)償值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于 向所述三相母線中的兩相母線加載的電壓值為所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與所述位置角度三角函數(shù)值的乘積加上所述死區(qū)補(bǔ)償值，向第三相母線加載的電壓值為所述死區(qū)補(bǔ)償值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于 所述直流無刷電機(jī)的控制器存儲(chǔ)有所述轉(zhuǎn)子在不同位置角度下的位置角度的三角函數(shù)值，計(jì)算所述母線的電壓值時(shí)，所述位置角度的三角函數(shù)值通過查找轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置角度對(duì)應(yīng)的所述三角函數(shù)值獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于 被存儲(chǔ)的所述三角函數(shù)值排列成多個(gè)連續(xù)排列的數(shù)組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于 每一所述數(shù)組包括同一位置角度下所述三相母線分別對(duì)應(yīng)的三個(gè)三角函數(shù)值。
6.直流無刷電機(jī)控制裝置，包括 位置傳感器以及接收所述位置傳感器輸出信號(hào)的控制器，所述控制器具有 電壓調(diào)制比因數(shù)計(jì)算模塊，根據(jù)所述位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并根據(jù)所述實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值； 位置角度計(jì)算模塊，根據(jù)所述位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置角度； 其特征在于 所述控制器還設(shè)有電壓計(jì)算模塊，根據(jù)所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值、所述位置角度位置以及死區(qū)補(bǔ)償值計(jì)算向所述直流無刷電機(jī)的三相母線加載的電壓值，向其中至少兩相母線加載的電壓值為所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與所述位置角度的三角函數(shù)值的乘積加上所述死區(qū)補(bǔ)償值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流無刷電機(jī)控制裝置，其特征在于 所述電壓計(jì)算模塊計(jì)算的向兩相母線加載的電壓值為所述電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與所述位置角度三角函數(shù)值的乘積加上所述死區(qū)補(bǔ)償值，計(jì)算的向第三相母線加載的電壓值為所述死區(qū)補(bǔ)償值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的直流無刷電機(jī)控制裝置，其特征在于 所述控制器設(shè)有存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)所述轉(zhuǎn)子在不同位置角度下的位置角度的三角函數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流無刷電機(jī)控制裝置，其特征在于 存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)単元的所述三角函數(shù)值排列多個(gè)連續(xù)排列的數(shù)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流無刷電機(jī)控制裝置，其特征在于每一所述數(shù)組包括同一位置角度下所述三相母線分別對(duì)應(yīng)的三個(gè)三角 函數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直流無刷電機(jī)控制方法及裝置，該控制方法包括根據(jù)位置傳感器輸出的信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置角度，根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定的轉(zhuǎn)速計(jì)算電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值，并且，根據(jù)電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值、位置角度位置以及死區(qū)補(bǔ)償值計(jì)算向直流無刷電機(jī)的三相母線加載的電壓值，向其中至少兩相母線加載的電壓值為電壓調(diào)制比因數(shù)的數(shù)值與位置角度三角函數(shù)值的乘積加上死區(qū)補(bǔ)償值。該控制裝置是利用上述的控制方法計(jì)算向三相母線加載的電壓值。本發(fā)明能夠避免死區(qū)時(shí)間大于換相點(diǎn)鄰近電壓調(diào)制比，從而導(dǎo)致電機(jī)繞組電流提前截止，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，換相噪音等問題，還能避免場(chǎng)效應(yīng)管長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行開關(guān)工作，延長(zhǎng)場(chǎng)效應(yīng)管及電機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)H02P6/16GK102868344SQ20121035660
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者吳文賢, 胡安永, 王周葉 申請(qǐng)人:珠海格力電器股份有限公司, 珠海凱邦電機(jī)制造有限公司, 合肥凱邦電機(jī)有限公司, 重慶凱邦電機(jī)有限公司, 河南凱邦電機(jī)有限公司