專利名稱：無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流無刷電機的控制方法。特別是涉及一種無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，直流無刷電機在汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等有了較快的較為廣泛的應(yīng)用，無刷直流電機較之傳統(tǒng)的直流電機省去了機械的電刷裝置，而采用電子換向代替電刷裝置，性能可靠、永無磨損、故障率低，壽命比有刷電機提高了約6倍，在性能上比直流電機有了無法比擬的飛躍，是當今最理想的調(diào)速電機。新型的直流無刷電機的控制系統(tǒng)是涉及電力電子技術(shù)，電機學(xué)，自動控制，材料科學(xué)等等學(xué)科的融合，隨著功率開關(guān)，微處理器技術(shù)，以及先進控制理論的發(fā)展，這無疑使得直流無刷電機正在向著集成化、智能化、高效化、節(jié)能化發(fā)展。直流無刷電機的運行又離不開其專用驅(qū)動器，直流無刷電機的調(diào)速裝置是將主要起到對電機轉(zhuǎn)速的控制，過流、過壓、過熱保護，具備很寬的調(diào)速范圍，其市場規(guī)模將伴隨直流無刷電機產(chǎn)業(yè)的推廣而同步擴張?，F(xiàn)階段的直流無刷電機調(diào)速控制器已有多種形式，就目前而言，最初的模擬電路組成的控制器已經(jīng)由數(shù)字芯片替代，智能功率模塊(IPM)的誕生，把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，給無刷直流電機調(diào)速裝置設(shè)計帶來了極大的便利，而智能功率模塊的結(jié)構(gòu)內(nèi)置保護電路，保護電機不被 燒壞，而現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，對于轉(zhuǎn)速的控制精度，轉(zhuǎn)矩更高的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性也有了更高的要求。目前，直流無刷電機調(diào)速器大多調(diào)速范圍不寬，精度不高，體積較大，而且針對特定型號的電機，傳統(tǒng)直流無刷電機含有霍爾位置傳感器，作為換向信息提供給電機， 霍爾傳感器增加了電機成本，和電機尺寸，新型直流無刷電機的控制器是采用無位置傳感器控制技術(shù)發(fā)展而來的，而無位置傳感器控制技術(shù)正是無刷電機的研究熱點。所以，提出并設(shè)計高可靠性、高精度、運行穩(wěn)定可靠、能夠自我保護的無位置傳感器調(diào)速方法是有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種不需位置傳感器和霍爾換向，能夠精確控制電機不同轉(zhuǎn)速的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，是用于直流無刷電機調(diào)速控制器的控制方法，所述的直流無刷電機調(diào)速控制器，包括有橋式整流濾波電路，通過傳感器與所述的橋式整流濾波電路相連的由依次連接的構(gòu)成控制板的中央處理器芯片控制板、構(gòu)成調(diào)理板的信號調(diào)理電路和構(gòu)成驅(qū)動板的三相逆變橋模塊構(gòu)成的用于驅(qū)動直流無刷電機的直流無刷調(diào)整控制器，以及向中央處理器芯片控制板和信號調(diào)理電路提供電源的供電電源，所述的傳感器是分別連接中央處理器芯片控制板的電流傳感器和電壓傳感器，所述的中央處理器芯片控制板包括有中央處理器芯片，分別連接中央處理器芯片的信號輸入端的光耦隔離電路、硬件過流保護電路、調(diào)整電路和通過AD采樣電路連接三相逆變橋模塊輸出的三相驅(qū)動電壓的磁耦隔離電路，分別連接中央處理器芯片的信號輸出端的電平轉(zhuǎn)換電路、JTAG仿真接口和按鍵與LED電路，所述的電平轉(zhuǎn)換電路的輸出連接信號調(diào)理電路，所述的中央處理器芯片的電源輸入端通過主控電源連接供電電源，所述的中央處理器芯片的信號輸入端還連接直流無刷電機的輸出的三相霍爾信號，以及連接信號調(diào)理電路輸出的USO、VSO和WSO信號，所述的控制方法包括如下步驟:I)對各功能模塊和外設(shè)進行初始化，包括系統(tǒng)初始化、外部設(shè)備初始化以及中斷服務(wù)初始化；2 )開AD中斷及保護中斷；3)檢測電機啟動按鍵，并判斷是否啟動電機，是啟動進入下一步驟，否則繼續(xù)進行該步驟；4 )啟動電壓檢測，并判斷主電路電壓是否大于啟動電壓，是則進入下一步驟，否則返回步驟3)；5)進入電機啟動子程序，開始運轉(zhuǎn)電機；6)進入雙閉環(huán)調(diào)速子程序，根據(jù)電壓值對電機的轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)整；7)檢測電機制動按鍵，判斷按鍵是否按下，是則進入電機制動子程序，否則返回步驟3)。所述的電機啟動子程序，當電機啟動后完成如下步驟:I)設(shè)置脈沖寬度調(diào)制，初始化占空比；2)開CAP捕獲中斷；3)進行轉(zhuǎn)子預(yù)定位；4)進行轉(zhuǎn)子二次定位；5)判斷轉(zhuǎn)子定位是否結(jié)束，是則進入下一步驟，否則返回步驟4)；6 )換相，并設(shè)定換相標志；7)配置第一定時器的周期值，并開第一定時器的周期中斷；8)進行電流檢測后，進行電流閉環(huán)PI控制；9)判斷轉(zhuǎn)速η是否大于切換轉(zhuǎn)速，是則返回主控制程序，否則返回步驟8)。所述的CAP捕獲中斷包括如下步驟:I)條開第二定時器，進行過零信號濾波；2)判斷是否為虛假過零，是則進入步驟8);否則讀取CAP寄存器計算轉(zhuǎn)速；3)判斷電機是否在啟動階段，是則進入步驟8);否則對計算機硬件進行濾波延時；4)讀取第二定時器的值；5)計算換延時時間；計算方法為:參見反電勢過零比較電路，串聯(lián)的電阻構(gòu)成RC濾波，RC濾波滯后換相角度為α，換相延時電角度為30-α，則換相延時時間為
權(quán)利要求
1.一種無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，是用于直流無刷電機調(diào)速控制器的控制方法，所述的直流無刷電機調(diào)速控制器，包括有橋式整流濾波電路(I )，通過傳感器與所述的橋式整流濾波電路(I)相連的由依次連接的構(gòu)成控制板的中央處理器芯片控制板(3)、構(gòu)成調(diào)理板的信號調(diào)理電路(4)和構(gòu)成驅(qū)動板的三相逆變橋模塊(2)構(gòu)成的用于驅(qū)動直流無刷電機(5)的直流無刷調(diào)整控制器，以及向中央處理器芯片控制板(3)和信號調(diào)理電路(4)提供電源的供電電源(6)，所述的傳感器是分別連接中央處理器芯片控制板(3)的電流傳感器(7)和電壓傳感器(8)，所述的中央處理器芯片控制板(3)包括有中央處理器芯片(31)，分別連接中央處理器芯片(31)的信號輸入端的光耦隔離電路(32)、硬件過流保護電路(33)、調(diào)整電路(34)和通過AD采樣電路(39)連接三相逆變橋模塊(2)輸出的三相驅(qū)動電壓的磁耦隔離電路(30)，分別連接中央處理器芯片(31)的信號輸出端的電平轉(zhuǎn)換電路(36 )、JTAG仿真接口( 38 )和按鍵與LED電路(37 )，所述的電平轉(zhuǎn)換電路(36 )的輸出連接信號調(diào)理電路(4)，所述的中央處理器芯片(31)的電源輸入端通過主控電源(35)連接供電電源(6)，所述的中央處理器芯片(31)的信號輸入端還連接直流無刷電機(5)的輸出的三相霍爾信號，以及連接信號調(diào)理電路(4)輸出的USO、VSO和WSO信號，其特征在于，所述的控制方法包括如下步驟: 1)對各功能模塊和外設(shè)進行初始化，包括系統(tǒng)初始化、外部設(shè)備初始化以及中斷服務(wù)初始化； 2)開AD中斷及保護中斷； 3)檢測電機啟動按鍵， 并判斷是否啟動電機，是啟動進入下一步驟，否則繼續(xù)進行該步驟； 4)啟動電壓檢測，并判斷主電路電壓是否大于啟動電壓，是則進入下一步驟，否則返回步驟3); 5)進入電機啟動子程序，開始運轉(zhuǎn)電機； 6)進入雙閉環(huán)調(diào)速子程序，根據(jù)電壓值對電機的轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)整； 7)檢測電機制動按鍵，判斷按鍵是否按下，是則進入電機制動子程序，否則返回步驟3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的電機啟動子程序，當電機啟動后完成如下步驟: 1)設(shè)置脈沖寬度調(diào)制，初始化占空比； 2)開CAP捕獲中斷； 3)進行轉(zhuǎn)子預(yù)定位； 4)進行轉(zhuǎn)子二次定位； 5)判斷轉(zhuǎn)子定位是否結(jié)束，是則進入下一步驟，否則返回步驟4)； 6)換相，并設(shè)定換相標志； 7)配置第一定時器的周期值，并開第一定時器的周期中斷； 8)進行電流檢測后，進行電流閉環(huán)PI控制； 9)判斷轉(zhuǎn)速n是否大于切換轉(zhuǎn)速，是則返回主控制程序，否則返回步驟8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的CAP捕獲中斷包括如下步驟:1)條開第二定時器，進行過零信號濾波； 2)判斷是否為虛假過零，是則進入步驟8);否則讀取CAP寄存器計算轉(zhuǎn)速； 3)判斷電機是否在啟動階段，是則進入步驟8);否則對計算機硬件進行濾波延時； 4)讀取第二定時器的值； 5)計算換延時時間； 計算方法為:參見反電勢過零比較電路，串聯(lián)的電阻構(gòu)成RC濾波，RC濾波滯后換相角度為a，換相延時電角度為30-a，則換相延時時間為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的中斷包括如下步驟: 1)配置CPU定時器，啟動該CPU定時器并開中斷后判斷換相標志是否為1，是則換相標志加I后進入下一步驟，否則直接進入下一步驟； 2)判斷換相標志是否大于等于6，是則將換相標志清零后進入下一步驟，否則直接進入下一步驟； 3)根據(jù)換相時間表設(shè)定下次換相所對應(yīng)CPU定時器的周期值以保證換相的連續(xù)性； 4)判斷是否出現(xiàn)了錯誤的換相標志，是則停止電機后進入下一步驟，否則直接進入下一步驟； 5)中斷標志清零后返回CAP捕獲中斷程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的第一定時器的中斷包括如下步驟: 1)按照換相標志EV寄存器ACTR的值，并判斷換相標志是否為1，是I則將換相標志加I后進入下一步驟，否則直接進入下一步驟； 2)判斷換相標志是否大于等于6，是則將換相標志清零后進入下一步驟，否則直接進入下一步驟； 3)根據(jù)換相時間表設(shè)定下次換相所對應(yīng)第一定時器的周期值以保證換相的連續(xù)性； 4)中斷標志清零后返回主控制程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的雙閉環(huán)調(diào)速子程序包括如下步驟: 1)根據(jù)設(shè)定的電壓下限值和上限值判斷電壓值U的范圍，當電壓值U小于設(shè)定的下限值UL時，設(shè)電機轉(zhuǎn)速n等于nl ;當電壓值U大于設(shè)定的下限值UL，小于設(shè)定的上限值UH時，設(shè)電機轉(zhuǎn)速n等于n2 ;當電壓值U大于設(shè)定的上限值時,設(shè)電機轉(zhuǎn)速n等于n3 ； 2)判斷目前電壓值U的取值范圍，當電壓值U在0— 70V時，設(shè)定第一種PI參數(shù)；當電壓值U在70 — 120V時，設(shè)定第二種PI參數(shù)；當電壓值U在120 — 230V時，設(shè)定第三種PI參數(shù)；當電壓值U在230 - 265V時，設(shè)定第四種PI參數(shù)；當電壓值U在265 — 320V時，設(shè)定第五種PI參數(shù)； 3)進行轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)； 4)進行電流PI調(diào)節(jié)后，返回主控制程序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)包括如下步驟: 1)計算設(shè)定的轉(zhuǎn)速與當前實際轉(zhuǎn)速的差enk; 2)判斷enk的絕對值是否小于等于設(shè)定值A(chǔ)1，是則設(shè)定P為1，否則設(shè)定P為0; 3)計算參考電流增量AUj^nKpGu-en^)+Iikigenk,其中nKp為轉(zhuǎn)速比例調(diào)節(jié)參數(shù),nki為轉(zhuǎn)速積分調(diào)節(jié)參數(shù)，通過查詢表2得知，enk為當前速度誤差，e.1為上一次計算速度的誤差，AUnk為參考電流增量； 4)計算給定電流Irit=UAUnk,其中AUnk為參考電流增量，iA為當前給定的參考電流，Irk^1為上次計算得到的參考電流； 5)限制給定電流在40A范圍內(nèi)，返回雙閉環(huán)調(diào)速子程序。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的電流PI調(diào)節(jié)包括如下步驟: 1)計算設(shè)定的電流與當前實際電流的差eik; 2)判斷eik的絕對值是否小 于等于設(shè)定值A(chǔ)2，是則設(shè)定P為1，否則設(shè)定P為0; 3)計算占空比增量AUifiKpGik-eikJ+ikigeik,其中iKp為電流比例調(diào)節(jié)參數(shù),iki為電流積分調(diào)節(jié)參數(shù)，可以通過查詢表2得知，eik為當前電流誤差，為上一次計算電流的誤差，AUik為參考占空比增量； 4)計算給定占空比UM=U,H+AUik，其中AUik為參考占空比增量，U,。為當前給定的占空比，Urc^1為上次計算得到的占空比； 5 )限制占空比在5 % — 95 %之內(nèi)，返回主控制程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法，其特征在于，所述的AD中斷包括如下步驟: 1)將8次AD采樣的電壓電流溫度值存入數(shù)組； 2)將8次AD采樣除去最大值和最小值后取平均值； 3)分別進行母線電流消抖濾波和母線電流一階滯后濾波； 4)判斷電流是否超過限定值，是則將電機的過流指示燈亮，進入下一步驟；否則直接進入下一步驟； 5)判斷溫度是否超過限定值，是則將電機的過熱指示燈亮，返回主控制程序；否則直接返回主控制程序。
全文摘要
一種無位置傳感器直流無刷電機雙閉環(huán)調(diào)速控制方法1)對各功能模塊和外設(shè)進行初始化；2)開AD中斷及保護中斷；3)檢測電機啟動按鍵，并判斷是否啟動電機，是啟動進入下一步驟，否則繼續(xù)進行該步驟；4)啟動電壓檢測，并判斷主電路電壓是否大于啟動電壓，是則進入下一步驟，否則返回步驟3)；5)進入電機啟動子程序，開始運轉(zhuǎn)電機；6)進入雙閉環(huán)調(diào)速子程序，根據(jù)電壓值對電機的轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)整；7)檢測電機制動按鍵，判斷按鍵是否按下，是則進入電機制動子程序，否則返回步驟3)。本發(fā)明，解決了現(xiàn)有電機控制器體積較大，轉(zhuǎn)速精度不高等不足，可以精確控制電機的不同轉(zhuǎn)速，可以同時實現(xiàn)反電動勢過零比較無位置傳感器換向和霍爾位置信號換向。
文檔編號H02P6/08GK103248294SQ20131015634
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者吳愛國, 王碩, 劉玉明 申請人:天津大學(xué)