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无传感器单电流检测的无刷直流电机控制

作者:时间:2012-10-30来源:网络收藏

电动机以其优秀的线形机械特性、较宽的调速范围、大的启动转矩、方法较简单等优点,在各种驱动、伺服系统中有着广泛的应用[1],但传统的中的电刷和换向器由于直接接触、摩擦造成的磨损、火花、噪声等是一个不可忽视的问题。永磁无刷(PMBLDCM,以下直接简称为BLDCM)利用电子换向替代了机械换向,没有磨损、火花,噪声大大减小,目前有着大量的应用,但如何实现最低成本的最优化,迄今为止尚无完美的解决方案。本文给出了较之大部分方法成本更加低廉、结构更加简单的解决方案,并通过实验进行了验证。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159722.htm

对于无刷直流,控制方法的核心是要获得电机位置或速度的实时信息。目前获得位置、速度信息的方法主要有两种:1.依靠霍耳元件或者码盘来获得位置、速度信号[2],这种方法比较直观简单,但是存在如下问题:增加了器件成本,在无法加装的时候无效;2.无(Sensorless)方法,即不加装,目前主要有反电动势过零法[3][4]、三次谐波分析法[5]、Kalman预测法[6],而这几类方法大都局限于反电动势为梯形的BLDCM,而且有的需要加装特别的外部电路[3][4],在一些场合下无法实现;有的算法复杂,会造成较大的实时误差[6],也不是很实用。目前一些公司如NEC,Renesas已经开发出了针对正弦反电动势BLDCM的无的控制芯片,但是价格贵,调试繁琐,升级不方便是很大的问题。本文给出了一种新的针对正弦反电动势电机的控制方法,控制采用了TI公司DSP芯片(TMS320LF2407A),核心代码完全用C语言开发,便于调试、升级,同时实现了很好的启动和调速功能,并对整个电路进行了最大的简化,无需加装特别的采样电路,利用系统中的电路保护电阻完成对的采样。

2系统结构综述

参考图1,本系统中通过单采样,在DSP中实现鉴别算法和滤波算法,得到对应的三相电流,通过速度位置估算算法计算出电机转子的当前位置和速度,然后利用PI反馈算法生成新的PWM作用于电机之上,完成一个控制流程。这样循环往复,实现了电机从启动到正常运转以及调速的功能,下面将分别阐述各部分的原理与实现。

图1 BLDC控制系统示意图

3单电流采样的实现

如图2所示,电机的驱动采用了七段式的空间矢量法(SVPWM,Space Vector PWM),利用六个依次相差60度的基本矢量和全0矢量(与全1矢量等效),根据不同的作用时间合成按给定转速作圆周转动的旋转矢量。

图2 SVPWM波形生成及单电流采样示意图

从上图中我们可以看出,一个SVPWM周期可以划分成七个小的时间段(此即七段法名称的由来),不同的时间段对应不同的开关管控制电压,不同的控制电压造成了逆变电路*率开关管不同的通断状态,而不同的通断状态则对应着不同的电流流向,因此只要我们知道了当前的电流流向状态,就可以从两次不同时间的采样电流(分别对应若干电流之和)中提取出需要的电流。以第0扇区为例(如图2右侧所示),在第一次电流采样中得到了Iu,第二次得到了(Iu+Iv),由于在很短的时间内,电流不会发生突变,这样就可以根据(Iu+Iv+Iw=0)推算出三相电流,完成了单电流采样(One-shunt current detection)。

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