无位置传感器无刷直流电机位置检测与启动控制研究

发布时间：2020-05-26 07:20

【摘要】：针对无位置传感器无刷直流电机控制问题,提出利用反电动势过零检测法实现电机转子位置检测,并利用三段式启动法完成电机启动。将无刷电机三相绕组的端电压信号转换成数字信号,并推导出三相绕组端电压与未导通相反电动势的关系,通过计算解出反电动势的过零点。电机启动时先通过对指定相通电,确定转子的初始位置,进而由外同步加速状态切换到自同步状态。文章采用Labview软件搭建了电机启动控制系统仿真模型,最后通过仿真和试验验证了所提方案的有效性与可靠性。
【图文】：

电气模型,定子

第2期周勇，等:无位置传感器无刷直流电机位置检测与启动控制研究组电气模型，x可为a、b或c。图1定子电气模型L为相电感;Ｒ为相电阻;ex为每一相的反电动势;Un为星形连接中性点对地电压;Ux为对地相电压。每相绕组的端电压的模型如下:ux=Ｒ·ix+Ldixdt+exun(1)假定此时AB相导通，则ua=Ｒ·ia+Ldiadt+eaun(2)ub=Ｒ·ib+Ldibdt+ebun(3)uc=ec+un(4)ia=－ib(5)将以上3个端电压方程相加得到ua=ub+uc=ea+eb+ec+3un(6)在反电动势过零点时刻ea+eb+ec=0。则(6)式可以简化为ua+ub+uc=3un(7)那么(4)式就有3ec=3uc－(ua+ub+uc)(8)由(8)式可以看出，只要判断(8)式右端的正负符号改变情况，就可以判断出非导通相(C相)反电动势的过零点。电机每旋转一周，每一相的反电动势过零2次，控制器的模/数转换器将电机三相绕组端电压信号转换成数字信号，再利用公式(8)求得非导通相绕组反电动势过零点，从而可以得到相应的换相信息。该种方法的优势是可以直接对端电压进行模/数转换，但是缺点也是显而易见的———有PWM(pulse-widthmodulation，脉冲宽度调制)斩波等干扰信号，影响模/数转换结果的准确性，因此仍需要对三相端电压进行滤波［7］。1．2三段式启动法三段式启动通常是先通过对指定相通电，确定转子的初始位置，位置确定好之后电机转速为零，反电动势也为零，这时给电机施加频率不断增加切换信号，使电机不断加速，即外同步加速阶段［8］。当电机反电动势的幅值达到指定值之后，将电机由外同步加速状态切换到自同步状态。首先

无传感器,传感器

西北工业大学学报第35卷2．2仿真结果及分析为了验证无位置传感器无刷直流电机控制方案的可行性，在labview中进行有位置传感器和无位置传感器无刷直流电机控制方案仿真，其中位置传感器选用霍尔位置传感器，该传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛应用于检测技术，尤其是电机转子位置检测。仿真模型的典型参数如下:电机阻抗:0．64Ω;电机感抗:0．75mH;额定电压:24V;反电动势系数:0．1;阻尼系数:0．2。图2为有传感器与无传感器2类电机的启动对比，从图中可看出2种控制方案电机启动均迅速，能在短时间内达到给定转速并稳定运行;在外同步阶段，电机预设换相点较为合理，电机可以稳定加速;在外同步向自同步切换过程中切换点存在的相位误差较小，没有出现较为明显的震荡。通过对比说明，无位置传感器无刷直流电机的启动较为成功。相较于霍尔位置传感器方案，无位置传感器方案的不足之处在于，电机启动时间稍有变长，在启动阶段电机转速也不如霍尔位置传感器无刷直流电机的平滑。无位置传感器无刷直流电机启动时间变长是因为三段式启动法在转子预定位阶段需要在一段时间内持续导通某相。图2有传感器与无传感器启动对比图3为有传感器与无传感器2类电机在突增负载时的对比，从图中可以看出，两种模型均在空载情况下完成电机启动，稳定运行后，在12s时突增负载4N·m。根据波形分析，无位置传感器方案在突增负载时的性能与霍尔位置传感器控制方案基本相同，电机转速能够得到迅速、准确响应。图3突增负载时的转速波形图3实验为进一步验证无刷直流电机无位置传感器伺服控制系统的可靠性，搭建了实物实验平台，，如图4所示。实验平台DSP(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)采用TI公司提供的TMS320F2812芯片为核心?

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