一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制系统及方法与流程

1.本发明为电动自行车用无刷直流电机控制，尤其涉及一种弱磁超速的控制系统及方法。


背景技术：

2.无刷直流电机因其具有高功率密度、宽调频特性等优点在电动自行车上广泛使用，然而电机的速度只能在基速以下进行调整。随着技术的发展，对于超速的需求变得越来越强烈。目前弱磁超速的方法有很多，大致从本体和控制两方面着手。虽然他们都在一定程度上达到了弱磁超速要求，但也带来了许多弊端。例如带来了过高的电流脉动、增加了电机设计的复杂程度等。
3.中国专利申请cn200510024345.1公开了一种电动自行车用无刷电机控制器中弱磁超速控制方法，该方法主要在pwm中断中进行。每次进入中断通过转速判断是否到达弱磁转速点，当满足要求后，根据线性关系推导出当前转速对应的提前换相角，并计算延迟时间。当延迟时间减到零时，输出提前换相角门控逻辑信号。然而上述方法大部分都在中断中进行，并且延迟时间计算复杂，两者都加重了系统负担。相比于传统控制，需要额外增加一个计时器，提高了对系统硬件的要求，没有给予外部接口，系统灵活性不够。
4.因此现有技术需要一种在不增加系统成本和结构的基础上，实现弱磁超速的方法，并且能够根据要求灵活改变超速速度大小。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种在不增加程序复杂度和额外硬件的基础上，简单实现电动车用无刷直流电机超速弱磁的方案，为后续弱磁超速的应用提供了一种思路。
6.第一方面，本发明的实施提供了一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制系统，包括：
7.霍尔信号获取电路，霍尔信号预处理电路和处理器；
8.所述霍尔信号获取电路输入端与所述霍尔传感器输出端电连接，所述霍尔信号获取电路输出端与所述霍尔信号预处理电路输入端电连接，所述霍尔信号预处理电路输出端与所述处理器的霍尔信号输入端电连接。
9.所述霍尔信号获取电路，根据霍尔传感器输出的电平，获取霍尔信号；所述霍尔信号预处理电路，根据获取到的霍尔信号，获取准确的转子位置信号；所述处理器，根据转子位置信号和超速比例输出对应控制相位。
10.可选的，所述霍尔信号获取电路包括：w霍尔信号获取电路、u霍尔信号获取电路、v霍尔信号获取电路；
11.所述w霍尔信号获取电路输入端与所述w霍尔传感器输出端电连接，所述u霍尔信号获取电路输入端与所述u霍尔传感器输出端电连接，所述v霍尔信号获取电路输入端与所述v霍尔传感器输出端电连接，所述w霍尔信号获取电路输出端、所述u霍尔信号获取电路输
出端和所述v霍尔信号获取电路输出端与对应的所述霍尔信号预处理电路输入端电连接。所述霍尔信号包括w霍尔信号、u霍尔信号和v霍尔信号。
12.可选的，所述霍尔信号预处理电路包括：上拉电路和滤波电路；
13.可选的，上拉电路包括：上拉电阻和直流电源；
14.所述霍尔信号上拉电路，用于提高电路稳定性，增强带载能力；所述上拉电阻第二端和所述直流电源电连接；
15.可选的，滤波电路包括：滤波电阻、滤波电容和电线接地端；
16.所述霍尔信号滤波电路，用于滤除高频干扰信号，避免转子位置误判；所述滤波电阻第二端与所述霍尔信号预处理电路输出端和所述滤波电容第一端电连接；所述滤波电容第二端与所述电线接地端电连接；
17.所述霍尔信号预处理电路输入端与上拉电阻第一端和滤波电阻第一端电连接；所述霍尔信号获取电路输出端分别与对应的所述霍尔信号预处理电路输入端电连接；所述霍尔信号预处理电路输出端与所述处理器霍尔信号输入端电连接；
18.所述处理器，根据所述霍尔信号预处理电路输出的转子位置信号和程序中设置的超速比例，输出对应的逆变器控制信号。
19.所述霍尔信号获取电路输入端与所述霍尔传感器输出端电连接；所述霍尔信号获取电路输出端与所述霍尔信号预处理电路输入端电连接；所述霍尔信号预处理电路输出端与所述处理器霍尔信号输入端电连接；
20.所述弱磁超速控制的具体实施方案包括：主循环部分和中断处理部分；
21.s1所述主循环部分，根据pwm占空比检测是否满足超速条件。
22.s2如果上一步满足超速条件，置位弱磁超速标志位，否则清空弱磁超速标志位。
23.s3所述中断处理部分，在pwm中断中判断弱磁超速标志位是否置位，没有置位输出正常相位，如果置位则继续根据所述处理器霍尔信号输入端判断电机相位是否变化。
24.s4如果电机相位发生变化，则根据前一个霍尔信号到此次霍尔信号的相位计时器的数值得到换相时间，再根据换相时间和超速比例计算弱磁时间阈值，并清空换相相位计时器，开始重新计时。
25.s5如果霍尔标志没有变化，则判断相位计时器是否达到弱磁时间阈值。没有达到则输出正常相位，否则输出弱磁相位。
26.s6退出中断，进入主循环程序。
27.本发明实施例提供的技术方案中，霍尔信号获取电路输入端与霍尔传感器输出端电连接，霍尔信号获取电路输出端与霍尔预处理电路输入端电连接，霍尔信号预处理电路输出端与处理器霍尔信号输入端电连接。根据霍尔信号变化的间隔时间得到换相时间，再根据换相时间和超速比例得到弱磁时间阈值，当相位计时器的数值达到弱磁时间阈值后，输出弱磁相位，实现超速。
附图说明
28.图1为本发明实施提供的一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制系统的结构示意图
29.图2为本发明实施提供的一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制方法的流程示
意图主循环部分
30.图3为本发明实施提供的一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制方法的流程示意图中断处理部分
具体实施方式
31.为了能够更加清楚地理解本发明的具体实施过程，下面结合例图对本发明中的技术方案进行完整描述。
32.图1为本发明实施提供的一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制系统的结构示意图。霍尔信号通常由hw、hu和hv三个传感信号组成，为磁电式霍尔传感器输出的模拟电平，其大小在0～5v之间波动。上拉电路将霍尔信号通过一个电阻与电源vcc相连，固定在高电平。避免霍尔元件损坏后，电压的不确定性，并且为滤波电路提供驱动电流。滤波电路为低通滤波器，滤除高频杂波。减少电路工作过程中，外部的电流磁场干扰，得到稳定的霍尔信号。得到的霍尔信号输入到处理器中，结合超速比例输出对应相位。
33.图2和图3为本发明实施提供的一种电动车用无刷直流电机弱磁超速控制方法的流程示意图，分为主循环部分和中断处理部分。主循环部分主要用来检测占空比是否满足超速条件限制。弱磁都是在达到基速以上，为了获得更高的速度才使用。所以在超速之前，要确保pwm已经满占空比运行，没有任何提速空间。在程序里，当占空比达到98％时认为就已经满足超速条件，在低于39％后认为电机应完全退出超速。主要的判断过程如下：
34.获取pwm占空比判断其所处范围，占空比大于98％，置位弱磁超速标志位；小于39％清除弱磁超速标志位；在此之间的则保持其标志位不变。
35.中断处理部分，根据输入的霍尔信号、软件中设置的超速比例和主循环中弱磁超速标志位，在不同时刻输出对应相位。当弱磁超速标志位没有置位时输出正常相位，其置位后，如果检测到霍尔信号发生变化，则根据换相时间和超速比例计算弱磁时间阈值，并将相位计时器清零开始重新计时，输出正常相位；否则判断换相计时器是否达到弱磁时间阈值，达到则输出弱磁相位，没有达到保持正常相位。以下为主要流程：
36.在pwm中断中判断弱磁超速标志位是否置位，没有置位，根据霍尔信号查阅换相表，输出正常相位，如果置位则继续判断霍尔信号是否变化。如果霍尔信号没有变化，则判断换相时间计数器是否达到弱磁时间阈值。
37.如果霍尔信号发生变化，记录下相位计时器的数值，此为换相时间，根据换相时间和超速比例计算弱磁时间阈值，并清空相位计时器，开始重新计时。换相时间根据电机状态不同可以选择前六次换相时间平均值代替，超速比例根据需要的最高速度在软件中设置，当我们得到换相时间t和超速比例k后，弱磁时间阈值t1根据以下公式计算得出：
[0038][0039]
判断换相时间计数器是否达到弱磁时间阈值，没有达到则输出正常相位，否则输出弱磁相位。本次弱磁控制主要采用两管、三管混合导通的控制策略，例如当次霍尔值对应的开管是c上a下，当需要输出正常相位时，按照此顺序打开mos管，当满足弱磁超速条件并且相位计时器的数值达到弱磁时间阈值后，输出弱磁相位c上a下b下，即提前进入下一个导通开关方式。
[0040]
以上位本发明的具体实施案例，本领域技术人员可以在理解的基础上，对其中参数或步骤进行微调，达到想要的效果。
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本发明在不增加硬件成本的基础上，使用简单的逻辑判断，实现了弱磁超速功能，在实际实践生产中能够轻松实现，有很高的利用价值。