本發(fā)明屬于無刷直流電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其最基本的要求是對(duì)于突變的負(fù)載具有快速反應(yīng)的能力，同時(shí)能夠使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定下來?，F(xiàn)有技術(shù)中，基于脈沖的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有三種，包括：M法測(cè)速、T法測(cè)速、和M/T法測(cè)速。通過對(duì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)位置檢測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來獲得被測(cè)轉(zhuǎn)速，稱為M法測(cè)速。測(cè)量相鄰兩個(gè)位置檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間來測(cè)量轉(zhuǎn)速，稱為T法測(cè)速。M法、T法各有優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，同時(shí)受成本和實(shí)時(shí)性等條件限制，全速范圍內(nèi)的測(cè)量通常使用M法、T法結(jié)合的M/T測(cè)速法。即同時(shí)檢測(cè)時(shí)間和在此時(shí)間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來測(cè)量轉(zhuǎn)速。低速時(shí)測(cè)量周期，高速時(shí)測(cè)量頻率。此三種測(cè)速方法均是基于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳感器發(fā)出的脈沖信號(hào)。除此之外，另一種方法是通過在電機(jī)內(nèi)部安裝速度傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，精度很高，但這也使得電機(jī)的成本較高，目前已很少采用。

M法測(cè)速，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，會(huì)因測(cè)量時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)少，使得誤差變大。所以M法宜測(cè)量高速。如要降低測(cè)量的轉(zhuǎn)速下限，可以提高編碼器分辨率或延長測(cè)量時(shí)間，使一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。T法測(cè)速，在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，會(huì)因測(cè)得的周期較小，使得誤差變大。所以T法測(cè)速宜測(cè)量低速。如要增加轉(zhuǎn)速測(cè)量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計(jì)時(shí)單位，使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大。M/T法測(cè)速，這種方法需要綜合各方面因素確定轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的切換點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)軟硬件要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的速度閉環(huán)必需的速度反饋，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算出電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，為轉(zhuǎn)速閉環(huán)提供實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋。

一種無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，用于外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)或者永磁同步電機(jī)，

假設(shè)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為p，則磁鋼數(shù)為2×p，磁鋼在電機(jī)內(nèi)部的極性排列為NS交替排列，

采用3個(gè)120°的開關(guān)型霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的變化，假設(shè)總的電周期為T，機(jī)械周期為Ω，則電角度周期與機(jī)械周期之間的關(guān)系為：T＝p×Ω，即電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，產(chǎn)生p個(gè)霍爾信號(hào)周期，也即6×p個(gè)狀態(tài)，

被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n r/min，即電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)n周，則每秒鐘轉(zhuǎn)速為n/60，設(shè)定定時(shí)器的一個(gè)計(jì)數(shù)周期t，定時(shí)器計(jì)數(shù)次數(shù)為M，在所述計(jì)數(shù)周期內(nèi)記錄霍爾傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)組合的變化次數(shù)，每記一次，代表霍爾傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)組合變化了一次，也即計(jì)數(shù)的有效值為前一次計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器輸出狀態(tài)值與后一次計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器輸出狀態(tài)值是不相同的，否則為無效計(jì)數(shù)，

則每秒鐘霍爾傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)值的變化次數(shù)為則每秒的計(jì)數(shù)次數(shù)為M/t，根據(jù)式：

則

相比于M法測(cè)速、T法測(cè)速、和M/T法測(cè)速，本發(fā)明在電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可以通過系統(tǒng)內(nèi)部軟件準(zhǔn)確捕獲三個(gè)霍爾傳感器輸出信號(hào)的上升沿和下降沿，從而得到輸出信號(hào)狀態(tài)值的變化次數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速；在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)部捕獲頻率很高，故在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)也能快速獲得三個(gè)霍爾傳感器輸出信號(hào)的上升沿和下降沿之間的變化次數(shù)，從而計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時(shí)本技術(shù)方案對(duì)控制系統(tǒng)的硬件要求不是很高，節(jié)約了成本。綜上所述，本技術(shù)方案克服了M法測(cè)速、T法測(cè)速在測(cè)量低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時(shí)的缺點(diǎn)，能夠測(cè)量低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速，同時(shí)節(jié)約了成本。

本發(fā)明解決了無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)中所需的電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋的問題，電機(jī)內(nèi)部無需額外安裝測(cè)速裝置，節(jié)省了成本，同時(shí)提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。本發(fā)明所提出的方法能夠準(zhǔn)確計(jì)算出電機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，與試驗(yàn)所測(cè)得的速度相差無幾，并且能夠很好的進(jìn)行電機(jī)的閉環(huán)控制。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例中無刷直流電機(jī)霍爾輸出信號(hào)的變化示意圖。

圖2本發(fā)明的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明適用于外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)和內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)以及永磁同步電機(jī)。以外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)為例，假設(shè)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為p，則磁鋼數(shù)為2*p，磁鋼在電機(jī)內(nèi)部的極性排列為NS交替排列，本發(fā)明采用120°的開關(guān)型霍爾傳感器檢測(cè)磁極的變化。共有三個(gè)霍爾傳感器，每當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極經(jīng)過霍爾傳感器附近時(shí)，他們便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平信號(hào)，表示北磁極或南磁極正經(jīng)過該傳感器。三個(gè)霍爾傳感器輸出信號(hào)的上升沿或下降沿之間間隔120°，如圖1所示。從圖中可以看出，三個(gè)信號(hào)的組合共有六種狀態(tài)：5、1、3、2、6、4，即一個(gè)電周期。假設(shè)總的電周期為T，機(jī)械周期為Ω，則電角度周期與機(jī)械周期之間的關(guān)系為：T＝p*Ω，即電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，產(chǎn)生p個(gè)霍爾信號(hào)周期，也即6*p個(gè)狀態(tài)。根據(jù)這種原理，只要設(shè)定一個(gè)計(jì)時(shí)周期t，在這個(gè)計(jì)時(shí)周期之內(nèi)進(jìn)行霍爾信號(hào)狀態(tài)變化的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)總和為M，根據(jù)式則可以算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為p，極對(duì)數(shù)與電角度周期之間的關(guān)系T＝p*Ω，其中n為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，Ω為電機(jī)的機(jī)械周期，T為霍爾傳感器的電角度周期，可知極對(duì)數(shù)為p的電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則三個(gè)開關(guān)型霍爾傳感器輸出信號(hào)周期為p個(gè)，即霍爾傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)組合的變化次數(shù)為6*p個(gè)。

假設(shè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n r/min，即電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)n周，則每秒鐘轉(zhuǎn)速為n/60。在控制系統(tǒng)中定時(shí)一個(gè)計(jì)數(shù)周期t，作為時(shí)間基準(zhǔn)，一般為毫秒級(jí)，假設(shè)計(jì)數(shù)次數(shù)為M。在這個(gè)計(jì)數(shù)周期內(nèi)記錄霍爾傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)組合的變化次數(shù)，每記一次，代表霍爾傳感器輸出信號(hào)的狀態(tài)組合變化了一次，也即計(jì)數(shù)的有效值為前一次計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器輸出狀態(tài)值與后一次計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的霍爾傳感器輸出狀態(tài)值是不相同的，否則為無效計(jì)數(shù)。

因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速為每秒n/60轉(zhuǎn)，則每秒鐘霍爾傳感器輸出信號(hào)狀態(tài)值的變化次數(shù)為在一個(gè)計(jì)數(shù)周期t內(nèi)，計(jì)數(shù)次數(shù)為M，則一秒鐘的計(jì)數(shù)次數(shù)為M/t，由以上分析可知?jiǎng)t