无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法

摘要

本发明涉及一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法，在采样PWM为高电平时，对反电势信号与模拟中性点电压信号的比较情况进行测量并记录，据此来判定反电势过零时刻。本方法有效利用了反电势信号，减小了干扰信号对反电势过零检测造成的负面影响，准确地检测到了反电势的过零时刻。发明能够有效利用反电势信号，准确检测电机反电势的过零点，以提高电机运行性能。

权利要求

1.一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：电机完成起动，进入运行阶段，利用采样PWM信号对电机反电势过零信号进行采样，利用计数PWM信号频率记录采样PWM信号为高电平时，电机反电势过零比较信号为高电平与低电平的时间长短；每当计数PWM信号与采样PWM信号同时为高时，对反电势过零比较信号进行一次计数，代表电机反电势过零比较信号为低电平的时间长度的计数变量记为T1，代表高电平的时间长度的计数变量记为T2；

所述采样PWM信号与驱动PWM信号频率相同；所述计数PWM信号频率为采样PWM信号频率的32倍以上；

步骤2：比较变量T1和变量T2的大小，当T1大于T2时，电机反电势信号低于模拟中性点，反电势尚未过零；当T1小于T2时，电机反电势信号高于模拟中性点电压，反电势已经过零；当T1等于T2时，代表电机反电势信号恰在过零时刻。

说明书

无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于无刷直流电机控制方法，涉及一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法。

背景技术

[0002] 无刷直流电机与传统直流电机相比，无电刷及机械换相装置，成本低，制造与维护简单；与感应电机相比，由于采用了高性能的永磁材料，减小了转子体积，提高了响应速度及转矩、惯量比，具有高功率密度的优点。无位置传感器控制方式不仅减小了电机体积，也降低了控制系统的复杂性，增加了稳定性。对于无位置传感器的无刷直流电机，过零点检测的准确度直接影响了控制性能。

[0003] 对反电势过零点传统的检测方法是直接通过硬件电路将三相反电势信号与模拟中性点电压信号进行比较得到反电势过零比较信号。然而受硬件电路的影响，反电势过零信息的检测会受到很大的干扰，直接影响反电势过零点检测的准确性，导致检测到错误信号，最终影响电机运行性能。

[0004] 考虑到在进行反电动势过零比较时，过零信号会受到硬件电路干扰和驱动PWM信号的影响，从而含有无用的干扰杂波。因此，需要一种方法能够将杂波的影响降到最小，从而准确检测到反电势的过零信息。双斩波控制方式下的杂波均出现在PWM波形高低跳变的时刻，而单斩波控制方式下，在对应驱动PWM高电平的时间段内反电势过零比较信号也有干扰信号。

发明内容

[0005] 要解决的技术问题

[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法，在驱动PWM为高电平的时间段内，记录反电势过零比较信号为低电平与高电平的累计时长，当二者相等时即为反电势过零时刻。

[0007] 技术方案

[0008] 一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法，其特征在于步骤如下：

[0009] 步骤1：电机完成起动，进入运行阶段，利用采样PWM信号对电机反电势过零信号进行采样，利用计数PWM信号频率记录采样PWM信号为高电平时，电机反电势过零信号为高电平与低电平的时间长短；每当计数PWM信号与采样PWM信号同时为高时，对反电势过零比较信号进行一次计数，代表电机反电势过零信号为低电平的时间长度的计数变量记为T1，代表高电平的时间长度的计数变量记为T2；

[0010] 所述采样PWM信号与驱动PWM信号频率相同；所述计数PWM信号频率为采样PWM信号频率的32倍以上；

[0011] 步骤2：比较变量T1和变量T2的大小，当T1大于T2时，电机反电势信号低于模拟中性点，反电势尚未过零；当T1小于T2时，电机反电势信号高于模拟中性点电压，反电势已经过零；当T1等于T2时，代表电机反电势信号恰在过零时刻。

[0012] 有益效果

[0013] 本发明提出的一种无刷直流电机单斩波控制方式下反电势过零检测方法，在采样PWM为高电平时，对反电势信号与模拟中性点电压信号的比较情况进行测量并记录，据此来判定反电势过零时刻。本方法有效利用了反电势信号，减小了干扰信号对反电势过零检测造成的负面影响，准确地检测到了反电势的过零时刻。

[0014] 发明能够有效利用反电势信号，准确检测电机反电势的过零点，以提高电机运行性能。

附图说明

[0015] 图1是反电势信号波形图。

[0016] 图2是反电势过零比较信号波形图。

[0017] 图3是本方法使用到的各个信号的波形图。

[0018] 图4是反电势过零前各信号波形图。

[0019] 图5是反电势过零时刻各信号波形图。

[0020] 图6是反电势过零后各信号波形图

[0021] 图7是反电势过零判断信号波形图。

具体实施方式

[0022] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0023] 本发明实施例是无位置无刷直流电机的控制需要准确检测三相反电势的过零点，其中反电势的检测和模拟中性点电压的检测以及两者的比较由硬件电路完成，根据驱动PWM信号构造一个同频率，与反电势过零比较信号同相位的采样PWM，再构造一个频率至少为采样PWM信号32倍的计数PWM信号。使用计数PWM信号在采样PWM为高电平时对反电势信号的过零情况进行记录与比较，以此准确检测到反电势的过零时刻。

[0024] 实施例一

[0025] 根据本发明的实施例一，提供了一种应用于无位置传感器无刷直流电机单斩波控制方式下的反电势过零检测的新方法。本发明包括：由CPLD控制产生驱动PWM，采样PWM和计数PWM，由硬件电路得到的反电势信号、反电势过零比较信号，最终得到的反电势过零判断信号。

[0026] 首先，硬件电路由反电势信号检测电路、调理电路与比较电路组成。电机反电势信号是对电机三相线电压进行检测而产生。某一相的反电势信号波形如图1所示。将三相电压信号与模拟中性点电压进行比较，将比较后的反电势过零比较信号用于之后的过零时刻分析。由于硬件电路的影响以及单斩波控制方式对信号检测造成的影响，得到的反电势信号波形会有非常多的干扰信号。

[0027] 得到反电势波形后，为了便于过零点的检测，再通过硬件的比较电路，将反电势信号与模拟中性点信号进行电压比较，继而得到反电势过零比较信号。当反电势电压高于模拟中性点电压时，反电势过零比较信号为高电平；当反电势电压低于模拟中性点电压时，反电势过零比较型号为低电平。得到的反电势过零比较型号波形的一部分如图2所示。在通过硬件电路检测并得到反电势过零比较信号的同时，根据驱动PWM构造采样PWM和计数PWM。采样PWM与驱动PWM同频率，相位略落后于驱动PWM，根据反电势过零比较信号的相位进行略微调整。相位延迟的原因是硬件电路带来的不可避免的微小延迟。计数PWM是以采样PWM为基础，相位相同，频率为采样PWM的32倍以上。采样PWM与计数PWM信号波形示意图如图3所示。

[0028] 图4所示为反电势过零前的反电势过零比较波形，图6为反电势过零后反电势过零比较波形，图5为反电势过零时刻，反电势过零比较波形。如上述三幅图及图2所示，反电势过零比较波形有一个渐变的过程。对应着采样PWM为高电平的时间段，反电势过零比较波形为低电平的时间长于为高电平的时间，说明反电势尚未过零。当反电势过零比较波形为高电平的时间长于为低电平的时间，说明反电势已经过零。反电势过零时刻对应的就是反电势过零比较波形为高电平的时间等于其为低电平的时间。所以，准确找到了反电势过零比较信号高低电平时长相等的时刻就成功找到了反电势的过零时刻。

[0029] 最后，记录反电势过零比较信号为高电平与低电平的时间长度并进行比较，从而检测到反电势过零时刻。本发明采用的方法是，使用一个已经赋予初值的变量X。当采样PWM信号与计数PWM信号同时为高时，对反电势过零比较信号进行一次采样并计数。若反电势过零比较信号为高电平，则变量X的值加1；若为低电平，则变量X的值减1。当一个周期的采样PWM的高电平结束后，即为一次计数结束。之后，对计数结果进行判断。若变量X的终值小于初值，说明反电势过零比较信号为低电平的时间大于为高电平的时间，即为反电势信号尚未过零；若变量X的终值大于初值，说明为高电平的时间大于为低电平的时间，即为反电势已经过零。所以，当变量等于初值时，说明反电势过零比较信号为高电平与低电平的时间长度相等，此时即为反电势的过零时刻。

[0030] 图7所示为使用本方法得到的最终的反电势过零判断信号。反电势过零判断信号的变动是由反电势的过零时刻决定的。反电势尚未过零时，即之前检测的反电势过零比较信号低电平占时较长时，反电势过零判断信号为低电平；当反电势过零后，即之前检测的反电势过零比较信号高电平占时一半以上时，反电势过零判断信号变为高电平。所以，反电势过零判断信号的高低电平变换时刻即为反电势过零时刻。由此控制系统可以得到反电势过零信息，继而使其用到控制算法中。使用本发明的方法可以准确的检测到反电势的过零信息，从而准确的控制开关管的开关与电机的换相，使得无刷直流电机在无位置传感器的情况下能够具有非常好的运行性能。