【資料下載】無位置傳感器直流無刷電機(jī)軟件起動(dòng)

1、第13卷第5期2009年9月電機(jī)與控制學(xué)報(bào)ELECTRICMACHINESANDCONTROLVoL13No5Sep2009無位置傳感器直流無刷電機(jī)軟件起動(dòng)許鵬，曹建波，曹秉剛(西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安，710049)摘要：為了解決無住置傳感器直流無刷電機(jī)在起動(dòng)時(shí)基于反電動(dòng)勢(shì)的位置檢測(cè)方法無法提取出位置信息的問題，分析了無位置傳感器直流無刷電機(jī)的起動(dòng)方法，針對(duì)電動(dòng)車這一特殊的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，電動(dòng)車在起動(dòng)時(shí)有負(fù)載且負(fù)載

2、情況復(fù)雜，對(duì)傳統(tǒng)的三段式起動(dòng)法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了無需附加任何起動(dòng)控制電路的起動(dòng)控制策略，由軟件程序控制電機(jī)正常起動(dòng)，其控制步驟為兩次定位、分段加速、調(diào)壓切換的三段式起動(dòng)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究表明此起動(dòng)控制方法有良好的起動(dòng)性能，在電動(dòng)車不同的負(fù)載情況下具有很好的控制效果。關(guān)鍵詞：電動(dòng)車；直流無刷電機(jī)；無位置傳感器；起動(dòng)中圖分類號(hào)：TP2714文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007—449X(2009)05—0734—05Softwarestartin

3、gforbrushlessDCmotorwithoutpositionsensorXUPeng，CAOJian—bo，CAOBinggangSchoolofMechanicalEngineefing，Xi’allJiaotongUniversity，Xi’all710049，ChinaAbstract：Inordertosolvetheproblemtlatthepositiondetectionmethodcannotextractt

4、hepositioninformationbaseonbackelectromotiveforcewhenthebmshlessDCmotor(BLDCM)withoutpositionsen—sorstarts，itanalyzedthestartingmethodoftheBLDCMAimingtowhichhascomplexloadthespecialapplicationoccasionofelectricvehicle(EV

5、)，itimprovedthetraditionalthree—phaseway，anddesignedacontrolstrategydispensingwithoutanystartingcontrolcircuit，whichwasdependingonthesoftwarepro—gramtocontrolBLDCMstartingThecontrolprocessconsistofthetwo—times—location，s

6、egmentaccelera—tionandvoltageregulationswitchoverTheexperimentalresultsindicatethatthisstartingcontrolmethodhasgoodstartingperformanceandgoodcontroleffectwhentheEVhasdifferentloadsKeywords：electricvehicle；brushlessdirect

7、currentmotor；positionsensorless；startingO引言永磁直流無刷電機(jī)(brushlessDCmotor，BLDCM)利用電子換相代替了機(jī)械換相，既具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠和維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗及調(diào)速性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大等特點(diǎn)，在電動(dòng)車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用2]。BLDCM采用無位置傳感器控制，可以縮小電機(jī)體積，提高系統(tǒng)抗干擾能力。精確的無位置傳感器控制還能避免

8、位置傳感器可靠性差、安裝精確度不足帶來的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因此，近年來一直是研究的熱點(diǎn)舊J。收稿日期：2009—03一04基金項(xiàng)目：創(chuàng)新基金項(xiàng)目(06C262116100555)；陜西省自然科學(xué)基金(SJ08E218)，教育部留學(xué)回國(guó)人員基金(2008—890)；西安市科技計(jì)劃項(xiàng)目(CY05012)作者簡(jiǎn)介：許鵬(1976一)，男。博士研究生，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車控制；曹建渡(198l一)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)車復(fù)合電源系統(tǒng)

9、研究；曹秉剛(1953一)。男，博士，教授，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車系統(tǒng)與控制。萬方數(shù)據(jù)736電機(jī)與控制學(xué)報(bào)第13卷電的相序并進(jìn)行加速。不斷重復(fù)檢測(cè)一加速一檢測(cè)一加速過程，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速高到可以用反電動(dòng)勢(shì)法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置時(shí)為止，此時(shí)再把電機(jī)切換到直流無刷電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，從而完成電機(jī)的起動(dòng)過程。2起動(dòng)方法選擇與改進(jìn)為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的順利起動(dòng)，往往需要附加起動(dòng)控制電路，增加了系統(tǒng)的成本，而且使系統(tǒng)變得更復(fù)雜。設(shè)計(jì)的起動(dòng)控制策略則無需附加任何起動(dòng)控制電路

10、，由軟件程序控制電機(jī)正常起動(dòng)。為了節(jié)約成本并增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)過分析比較，采用三段式軟件起動(dòng)方式。由于電動(dòng)車的特殊情況，即起動(dòng)時(shí)有負(fù)載，且負(fù)載情況復(fù)雜。因此本文對(duì)三段式軟件起動(dòng)法做了改進(jìn)。定位階段，先由程序控制給任意兩相定子繞組通電而另一相關(guān)斷，則電機(jī)定子合成磁勢(shì)軸線在空間上有一定方向，把轉(zhuǎn)子磁極拖到與其重合的位置，經(jīng)過一段時(shí)間即可確定轉(zhuǎn)子的初始位置，即一次定位。為降低干擾和避免定子磁勢(shì)方向與轉(zhuǎn)子磁勢(shì)方向?yàn)?80。時(shí)電機(jī)無法準(zhǔn)確定位的

11、問題，采取了二次定位法，即先給兩相繞組通電，之后旋轉(zhuǎn)60。電角度再換兩相繞組通電。加速階段分為兩部分，初期是一段升頻升壓過程，由控制芯片產(chǎn)生PWM波形控制逆變器，使逆變器的換相頻率從小到大慢慢的增加，而且給電機(jī)定子的電壓開始很小并逐步增加，把直流無刷電機(jī)作為永磁同步電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻起動(dòng)，之后有一段時(shí)間的恒頻恒壓穩(wěn)定過程，使速度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，這樣可以得到反電動(dòng)勢(shì)的位置信號(hào)。整個(gè)加速過程約持續(xù)03S的時(shí)間。加速期間程序不進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)的過零檢測(cè)

12、，換相不受反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)信號(hào)的控制，換相時(shí)間間隔由軟件延時(shí)控制。切換階段在加速的同時(shí)，將PWM波形的參數(shù)送入比較器進(jìn)行比較，當(dāng)PWM的占空比達(dá)到一定數(shù)值，也就是電壓足夠大，并且檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定速度以后，即可以獲得足夠大的反電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)就可以適時(shí)地將電機(jī)切換到利用反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)信號(hào)控制換相的運(yùn)行狀態(tài)。起動(dòng)時(shí)。應(yīng)該施加稍高的電壓；當(dāng)?shù)竭_(dá)切換速度時(shí)，應(yīng)調(diào)整電壓，使經(jīng)濾波產(chǎn)生的過零信號(hào)的相位滯后與理論值差值最小，避免切換失敗。外同步信號(hào)與轉(zhuǎn)子位

13、置信號(hào)之間的相位鑒別可以較容易地由控制芯片來實(shí)現(xiàn)，使用捕獲單元來捕獲轉(zhuǎn)子位置的跳變，通過比較計(jì)算捕獲的時(shí)間來判斷外同步信號(hào)與自同步信號(hào)之間的相位差。當(dāng)外同步信號(hào)與自同步信號(hào)相位差滿足切換條件時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由外同步信號(hào)切換為位置檢測(cè)信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)自同步運(yùn)行完成電機(jī)的起動(dòng)。控制無位置傳感器直流無刷電機(jī)起動(dòng)的軟件流程圖如圖2所示。圖2無位置傳感器直流無刷電機(jī)軟件起動(dòng)控制流程Fig2Flowchartofthepositionsensorl

14、essBLDCMsoftwarestartingcontrol在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，先導(dǎo)通A、B兩相，C相關(guān)斷，程序控制這一過程持續(xù)一段時(shí)間后，再導(dǎo)通A、C兩相，B相關(guān)斷，再持續(xù)一段時(shí)間以保證能夠確定轉(zhuǎn)子的初始位置，之后，按電機(jī)正轉(zhuǎn)換相邏輯BCBA—cA_CB_AB—AC的換相順序給繞組升頻升壓供電一個(gè)換相周期，再恒頻恒壓穩(wěn)定幾個(gè)周期，這樣就可以保證電機(jī)起動(dòng)后轉(zhuǎn)向確定，避免造成反轉(zhuǎn)，開環(huán)換相過程結(jié)束后進(jìn)行調(diào)壓切換到自控運(yùn)行方式，至此完成電機(jī)

15、的起動(dòng)過程。上述起動(dòng)策略中的開環(huán)換相過程的換相時(shí)間問隔應(yīng)該選擇得當(dāng)，否則狀態(tài)切換后會(huì)造成電機(jī)不能正常起動(dòng)，其值可以參考電機(jī)最小反電動(dòng)勢(shì)周期值進(jìn)行選取。根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，其值為電機(jī)最小反電動(dòng)勢(shì)周期值的一半時(shí)，電機(jī)可以順利起動(dòng)。另外，在切換時(shí)，由開環(huán)起動(dòng)的PWM值轉(zhuǎn)換到閉環(huán)控制的PWM值，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜岷吞幚?，以避免電機(jī)的抖動(dòng)，降低電動(dòng)車的起動(dòng)噪音和改善起動(dòng)的平穩(wěn)性。無位置傳感器直流無刷電機(jī)起動(dòng)控制軟件中主要部分是電機(jī)的調(diào)速部分，需控制電機(jī)完成