CN202737796U - 一种无刷直流电机无位置传感器控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制技术，具体涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制装置。它包括无位置传感器状态机模块、过零比较模块、过零相选择模块、换相控制模块和AD采样模块。本装置实现了无刷直流电机带负载情况下的快速启动，以及由于负载变化导致电机转子位置出现扰动时的抗干扰控制，保证了电机在无位置传感器情况下的平稳、可靠运行，还保证了很强的电机适应性和功率适应性，可应用到千瓦级以上的功率场合，对于不同的电机或不同的功率等级均可使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及可以大功率应用的无刷直流电机无位置传感器控制技术，具体涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制装置。
背景技术
永磁无刷直流电机由于具有高功率密度、高可靠性、免维护的优点，被广泛应用于风机、电动泵等拖动运行的场合。由于取消了机械换向器，通常需要在无刷直流电机转子轴上安装转子位置传感器，控制电路通过传感器检测转子位置，控制正确电机换相，从而实现电机平稳运行。但在某些特殊应用的场合，或基于成本的考虑，不允许在电机转子轴上安装转子位置传感器，这就需要电机控制器采用无位置传感器控制算法来实现电机的运行。现有的无位置传感器控制技术一般应用于千瓦级以下的小功率场合，而且无刷电机带载后的启动参数需要反复调节，很难做到快速启动。
目前，国内外没有大功率快速启动的无刷直流电机无位置传感器控制装置的相关公开资料。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适应于千瓦级以上功率场合，能够实现快速启动的无刷直流电机无位置传感器控制装置。
实现本实用新型目的的技术方案：一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，包括无位置传感器状态机模块、过零比较模块、过零相选择模块、换相控制模块和AD采样模块；
所述的无位置传感器状态机模块用于换相时刻计算、换相控制和快速启动抗扰动补偿控制；在收到外部的启动输入指令和脉宽调制信号后，快速启动转子转动，并将转子位置估算值输出至过零相选择模块；同时在接收到过零信号后，进行内部补偿运算，计算下一次过零点发生的时刻，并进行状态切换，输出换相脉冲至换相控制模块；
AD采集模块用于采集电机三相端电压和母线电压，并将母线电压输出至过零比较模块，电机三相端电压输出至过零相选择模块；
过零相选择模块根据接收的转子位置估算值和电机三相端电压，选择过零相端电压，并将过零相端电压输出至过零比较模块；
换相控制模块在接收到换相脉冲后将过零比较使能信号置为无效，当换相续流完成后将过零比较使能信号置为有效，并将过零比较使能信号输出至过零比较模块；
过零比较模块将接收的过零相端电压与母线电压进行比较，在过零比较使能信号的控制下产生过零信号，并将过零信号输出至无位置传感器状态机模块。
如上所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，无位置传感器状态机模块包括换相时刻计算模块和转子位置控制模块，所述的换相时刻计算模块包括过零信号计时器、过零周期寄存器、延迟器、换相计时器、过零时刻计算器、比较器；过零信号计时器和换相计时器是对系统时钟进行计数的计时器，用来提供时刻基准；过零周期寄存器是由两个移位寄存器组成，移位寄存器时钟端由过零信号驱动，两个寄存器构成一级滞后环节，用来对过零周期进行滤波；过零时刻计算器用于获得在当前速度下30度电角度对应的时间；延迟器用于产生延时；转子位置控制模块根据换相时刻计算模块的输出信号对转子进行位置控制。
本实用新型的效果在于：实现了无刷直流电机带负载情况下的快速启动，以及由于负载变化导致电机转子位置出现扰动时的抗干扰控制，保证了电机在无位置传感器情况下的平稳、可靠运行，还保证了很强的电机适应性和功率适应性，可应用到千瓦级以上的功率场合，对于不同的电机或不同的功率等级均可使用。
附图说明
图1为本实用新型所提供的一种无刷直流电机无位置传感器控制装置结构示意图；
图2为本实用新型中换相时刻计算模块的示意图。
图中：1.无位置传感器状态机模块；2.过零比较模块；3.过零相选择模块；4.换相控制模块；5.AD采样模块；6.过零信号计时器；7.过零周期寄存器；8.延迟器；9.换相计时器；10.换相计时器；11.比较器；12.启停控制信号；13.脉宽调制信号；14.六路脉宽调制信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，由无位置传感器状态机模块1、过零比较模块2、过零相选择模块3、换相控制模块4和AD采样模块5组成。其中无位置传感器状态机模块1是核心控制模块，其内部采用状态机实现，包括转子预定位状态、快速启动状态和稳定运行状态，无位置传感器状态机模块1接收启停控制信号12和脉宽调制信号13，输出为六路脉宽调制信号。无位置传感器状态机模块1收到外部的启动输入指令后，状态机首先转为转子预定位状态，此时无位置传感器状态机模块1通过输出一组预定的脉宽调制信号（PWM）组合将转子位置强行转动至初始位置，接下来无位置传感器状态机模块1的状态机转为快速启动状态，通过输出另一组PWM组合将转子转动电角度120度，在转子转动的过程中，AD采集模块5会采集电机三相端电压和母线电压，过零比较模块2会将过零相选择模块3根据估算的转子位置选择的过零相端电压与母线电压比较，当出现端电压过零时，输出一个过零信号至无位置传感器状态机模块1。无位置传感器状态机模块1收到过零信号后，进行内部补偿运算，开始计算下一次过零点发生的时刻，并将状态切换为稳态运行状态。
进入稳态运行状态后，无位置传感器状态机模块1会将换相脉冲输出至PWM产生模块，PWM产生模块每收到一个换相脉冲，就将PWM组合变换一次，从而完成电机换相控制。换相脉冲同时输出至换相控制模块4，换相控制模块4会在换相结束后将过零比较使能信号置为无效，以避免由于换相续流带来的干扰，换相续流完成后，换相控制模块4将过零比较使能信号置为有效。同时，无位置传感器状态机模块1还将转子位置估算值输出至过零相选择模块2，过零相选择模块2接收AD采样模块5输入来的三相端电压，并根据转子位置估算值将其中的一相端电压，该相是端电压过零相，输出至过零比较模块2。过零比较模块2将过零相选择模块3输入的相电压与AD采样模块5输入来的母线电压的1/2进行比较，在换相控制模块4产生的过零比较使能信号的控制下产生过零脉冲，过零脉冲输出到无位置传感器状态机模块1。
无位置传感器状态机模块1包括换相时刻计算模块和转子位置控制模块。转子位置控制模块根据换相时刻计算模块的输出信号对转子进行位置控制。其中，换相时刻计算模块由过零信号计时器6、过零周期寄存器7、延迟期8、换相计时器9、过零时刻计算器10、比较器11组成，如图2所示。过零信号计时器6和换相时刻计时器9是由对系统时钟进行计数的计时器，用来提供时刻基准。当接收到过零信号后，过零信号计时器6的值会被锁存至过零周期寄存器7，同时过零信号计时器6的值被清零。过零周期寄存器7是由两个移位寄存器组成，移位寄存器时钟端由过零信号驱动，两个寄存器构成一级滞后环节，用来对过零周期进行滤波。过零时刻计算器10将过零周期寄存器7中的两个周期值求和再除以4，以获得在当前速度下30度电角度对应的时间，该值与换相计时器9的当前值相加作为换相时刻值，换相时刻值由经过一个系统时钟延迟的过零信号驱动，收到过零信号，并完成换相时刻计算后，换相时刻值被存入换相时刻寄存器CMT_PERIOD。换相计时器9与换相时刻寄存器CMT_PERIOD的值进行实时比较，当二者相等时发出换相脉冲，同时换相脉冲将换相计时器9清零。至此，一次完整的换相时刻计算以及换相操作完成。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，其特征在于：包括无位置传感器状态机模块（1）、过零比较模块（2）、过零相选择模块（3）、换相控制模块（4）和AD采样模块（5）；
所述的无位置传感器状态机模块（1）用于换相时刻计算、换相控制和快速启动抗扰动补偿控制；在收到外部的启动输入指令和脉宽调制信号后，快速启动转子转动，并将转子位置估算值输出至过零相选择模块（3）；同时在接收到过零信号后，进行内部补偿运算，计算下一次过零点发生的时刻，并进行状态切换，输出换相脉冲至换相控制模块（4）；
AD采集模块（5）用于采集电机三相端电压和母线电压，并将母线电压输出至过零比较模块（2），电机三相端电压输出至过零相选择模块（3）；
过零相选择模块（3）根据接收的转子位置估算值和电机三相端电压，选择过零相端电压，并将过零相端电压输出至过零比较模块（2）；
换相控制模块（4）在接收到换相脉冲后将过零比较使能信号置为无效，当换相续流完成后将过零比较使能信号置为有效，并将过零比较使能信号输出至过零比较模块（2）；
过零比较模块（2）将接收的过零相端电压与母线电压进行比较，在过零比较使能信号的控制下产生过零信号，并将过零信号输出至无位置传感器状态机模块（1）。
2.按照权利要求1所述的一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，其特征在于：所述的无位置传感器状态机模块（1）包括换相时刻计算模块和转子位置控制模块，所述的换相时刻计算模块包括过零信号计时器（6）、过零周期寄存器（7）、延迟器（8）、换相计时器（9）、过零时刻计算器（10）、比较器（11）；过零信号计时器（6）和换相计时器（9）是对系统时钟进行计数的计时器，用来提供时刻基准；过零周期寄存器（7）是由两个移位寄存器组成，移位寄存器时钟端由过零信号驱动，两个寄存器构成一级滞后环节，用来对过零周期进行滤波；过零时刻计算器（10）用于获得在当前速度下30度电角度对应的时间；延迟器（8）用于产生延时；所述的转子位置控制模块根据换相时刻计算模块的输出信号对转子进行位置控制。
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| CN 201220330565 CN202737796U (zh) | 2012-07-09 | 2012-07-09 | 一种无刷直流电机无位置传感器控制装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103929109A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种大功率内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法 |
| CN110022095A (zh) * | 2018-03-23 | 2019-07-16 | 吉林化工学院 | 无刷直流电机无位置传感器控制装置 |
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2012
- 2012-07-09 CN CN 201220330565 patent/CN202737796U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN103929109B (zh) * | 2014-05-12 | 2016-06-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种大功率内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法 |
| CN110022095A (zh) * | 2018-03-23 | 2019-07-16 | 吉林化工学院 | 无刷直流电机无位置传感器控制装置 |
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