无刷电机无传感器初始位置定位方法和控制系统电路与流程

1.本发明涉及无刷电机领域，尤其涉及一种无刷电机无传感器初始位置定位方法和控制系统电路。


背景技术：

2.无刷电机在实际应用中极为广泛，科研人员对它的研究尤为以久，无刷电机的运转是靠电子开关控制换相，想要电机正常高效的运行，就必须实时知道转子的具体位置，位置传感器是直流无刷电机控制系统组成部分之一，检测转子在旋转过程中对于定子绕组的相对位置，将永磁转子磁场的位置信号转换成数字电信号，为逻辑控制开关电路提供正确的换相信息，以控制导通和截止，使电机绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。既然电机的换相是根据转子的位置决定的，因此必须有转子位置传感器对转子位置进行实时检测。实际可用的转子位置传感器有多种，永磁同步电机一般采用旋转变压器、光电脉冲编码器作为位置检测器，要求连续检测转子位置，分辨率要求高，成本也较高。而在矩形波驱动的直流无刷电机中，只需要离散的转子位置信息，即有限个数的换相点时刻，例如常用的三相六状态工作方式，一对极下仅需要确定6个换相点时刻即可。所以采用简易型的位置检测器就可以，检测转子位置的分辨率要求低得多，因而成本也较低。一般采用霍尔传感器或通过adc或比较器检测反电动势来感知转子位置。
3.问题来了，当电机在静止状态下，霍尔传感器是可以明确的感知转子电机磁场位置，而无位置传感器因为静止状态下没有反电动势，感应不到具体的位置。目前无传感器无刷控制系统初始位置检测一般有以下几种方法：1.预定位法：在电机静止状态，给定子一个确定的通电状态，转子旋转到一个确定的初始位置，然后改变电机的通电状态，在电磁力矩的作用下转子向下一个确定的位置转动，在转动过程中切换到无刷电机运行状态，当电机转子转速达到某个值时可以机检测到反电动势，然后利用反电动势法检测转子位置。2.短时脉冲转子定位法：永磁体转子对带铁芯的定子绕组具有增磁和去磁的作用，从而增大或减小定子绕组的电感，这种方法的实现可分为预定位，加速和切换三个过程，但与方法1的预定位和加速方法不同。方法1采用的是强拉的方式，在重负载下很容易出现反转，所以一般应用在轻负载不堵转情况下。方法2是无传感器比较常用的方法。通过给电机绕组施加固定宽度的电压脉冲，比较各电流响应的峰值，从而确定转子初始位置。一般脉冲施加顺序位：a b-—》b a-—》b c-—》c b-—》c a-—》a c-,然后再比较正反两次脉冲的电流峰值，当a b-电流峰值大于b a-，记为“1”，否则记为“0”，分析3对正反脉冲则可以得到3位二进制数，3位二进制可以表示6种可能情况，足以用来确定转子位置信息，最后可以将转子n级限定在60
°
电角度范围内，然后按正确的换向次序驱动电机即可此为一种判定方法。方法二：施加脉冲顺序用方法一，同样可以得到6个不用的电流峰值，通过比较获得最大峰值所在顺序，无刷电机换向6步为一个电角度圈，6个不同峰值对应6个不同的位置。此两种方法虽说可以得到电机转子n级初始位置，但当有些电机绕组电感值比较接近时，得到的电流峰值也
比较相近或相等，很容易造成初始位置定位错误，导致电机启动失败。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种无刷电机无传感器初始位置定位方法和控制系统电路，本发明采用每次给电机两相绕组通电固定时长脉冲，施加脉冲顺序位：a b-—》a c-—》b c-—》b a-—》c a-—》c b-，在获得6次脉冲电流峰值后，通过比较获得最大峰值所在顺序，然后计算比较最大峰值前后两个峰值的大小，根据左右比较结果确定初始位置。本发明的方法可以很好解决脉冲峰值比较误差，通过实践验证，具有定位精度高，通配性强，不需要根据绕组电感值去调整定位脉冲宽度等特点。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种无刷电机无传感器初始位置定位方法，其中，无刷电机包括三相绕组，通过逆变器桥来给电机两相绕组施加固定短时冲脉冲，所述逆变器桥包括a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-，其中，所述方法包括：
6.s1：按照如下脉冲顺序位来给电机两相绕组施加固定短时冲脉冲：a b-—》a c-—》b c-—》b a-—》c a-—》c b-，以获得六个脉冲电流峰值；
7.s2：获得六个脉冲电流峰值后，通过比较获得最大峰值所在顺序；
8.s3：计算比较最大峰值前后两个峰值的大小，根据左右比较结果确定电机转子初始位置。
9.在进一步的技术方案中，a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-包括由功率器件驱动电路控制的六个mos管。
10.在进一步的技术方案中，步骤s1具体包括：首先使a相上桥臂a mos管和b相下桥臂b-mos管导通，通过电流采样电阻获取电流峰值，记作iab，之后重复此过程，分别导通a c-、b c-、b a-、c a-、c b-，获取电流峰值分别记作iac、ibc、iba、ica、icb。
11.在进一步的技术方案中，在步骤s2中，通过比较六个峰值电流iab、iac、ibc、iba、ica、icb的大小，得到最大峰值电流记作imax。
12.在进一步的技术方案中，假如imax＝iac，则在步骤s3中，最大峰值左边电流峰值为ileft＝icb,右边电流峰值为irigh＝ibc，然后再比较ileft和iright的大小，如果ileft大于iright则定位标记为1，如果ileft小于iright，则定位标记为3。
13.在进一步的技术方案中，在得到电机转子的初始位置后，根据换向顺序驱动功率mos管，从而使电机顺滑启动运转起来。
14.本发明的技术方案还提供了一种无刷电机控制系统电路，其用于实施如上所述的无刷电机无传感器初始位置定位方法，所述电路包括：微控制器、功率器件驱动电路、逆变桥、电流感测电路以及反电动势分压电路；其中，微控制器用于将六个输入馈送到功率器件驱动电路，功率器件驱动电路用于控制逆变桥的a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-，电流感测电路和反电动势分压电路用于无刷电机的闭合环路控制，所述电流感测电路包括电流采样电阻。
15.本发明的方法定位精度高，相比取正反脉冲电流峰值比较结果和取最大脉冲电流峰值方法，在本方法通电脉冲顺序下，电流峰值大小区别明显，且最终定位结果经过了两次比较判定，所以定位精度相对较高。另外，本发明的方法通配性强，适应性广，能通配不同绕
组电感量电机，不需要修改定位脉冲时间长度，在本发明的方法中，通过比较最大峰值左右两个电流峰值大小就可以很容易区分电机绕组n级位置所在。
附图说明
16.图1是本发明的无刷电机控制系统电路的示意图；
17.图2是本发明的脉冲检测示波器抓取波形的示意图；
18.图3是本发明的电机位置的定位示意图；
19.图4是本发明的定位后启动波形的示意图。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
21.针对背景技术中提到的问题，本发明采用每次给电机两相绕组通电固定时长脉冲，施加脉冲顺序位：a b-—》a c-—》b c-—》b a-—》c a-—》c b-，在获得6次脉冲电流峰值后，通过比较获得最大峰值所在顺序，然后计算比较最大峰值前后两个峰值的大小，根据左右比较结果确定初始位置，此方法可以很好解决脉冲峰值比较误差，通过实践验证，具有定位精度高，通配性强，不需要根据绕组电感值去调整定位脉冲宽度等特点。本发明的方法包括:在获得6个脉冲电流峰值后，通过比较获得最大峰值所在顺序，然后计算比较最大峰值前后两个峰值的大小，从而得到电机初始位置。
22.在本发明的技术方案中，提供了一种无刷电机无传感器初始位置定位方法，其中，无刷电机包括三相绕组，通过逆变器桥来给电机两相绕组施加固定短时冲脉冲，所述逆变器桥包括a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-，其中，所述方法包括：
23.s1：按照如下脉冲顺序位来给电机两相绕组施加固定短时冲脉冲：a b-—》a c-—》b c-—》b a-—》c a-—》c b-，以获得六个脉冲电流峰值；
24.s2：获得六个脉冲电流峰值后，通过比较获得最大峰值所在顺序；
25.s3：计算比较最大峰值前后两个峰值的大小，根据左右比较结果确定电机转子初始位置。
26.在进一步的技术方案中，a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-包括由功率器件驱动电路控制的六个mos管。
27.在进一步的技术方案中，步骤s1具体包括：首先使a相上桥臂a mos管和b相下桥臂b-mos管导通，通过电流采样电阻获取电流峰值，记作iab，之后重复此过程，分别导通a c-、b c-、b a-、c a-、c b-，获取电流峰值分别记作iac、ibc、iba、ica、icb。
28.在进一步的技术方案中，在步骤s2中，通过比较六个峰值电流iab、iac、ibc、iba、ica、icb的大小，得到最大峰值电流记作imax。
29.在进一步的技术方案中，假如imax＝iac，则在步骤s3中，最大峰值左边电流峰值为ileft＝icb,右边电流峰值为irigh＝ibc，然后再比较ileft和iright的大小，如果ileft大于iright则定位标记为1，如果ileft小于iright，则定位标记为3。
30.在进一步的技术方案中，在得到电机转子的初始位置后，根据换向顺序驱动功率
mos管，从而使电机顺滑启动运转起来。
31.本发明的技术方案还提供了一种无刷电机控制系统电路，其用于实施如上所述的无刷电机无传感器初始位置定位方法，所述电路包括：微控制器、功率器件驱动电路、逆变桥、电流感测电路以及反电动势分压电路；其中，微控制器用于将六个输入馈送到功率器件驱动电路，功率器件驱动电路用于控制逆变桥的a相上桥臂a 、a相下桥臂a-、b相上桥臂b 、b相下桥臂b-、c相上桥臂c 和c相下桥臂c-，电流感测电路和反电动势分压电路用于无刷电机的闭合环路控制，所述电流感测电路包括电流采样电阻。
32.本发明的方法定位精度高，相比取正反脉冲电流峰值比较结果和取最大脉冲电流峰值方法，在本方法通电脉冲顺序下，电流峰值大小区别明显，且最终定位结果经过了两次比较判定，所以定位精度相对较高。另外，本发明的方法通配性强，适应性广，能通配不同绕组电感量电机，不需要修改定位脉冲时间长度，在本发明的方法中，通过比较最大峰值左右两个电流峰值大小就可以很容易区分电机绕组n级位置所在。
33.本发明采用每次给电机两相绕组施固定短时脉冲的方法，如图1，首先使a相上桥臂(a )mos管和b相下桥臂(b-)mos管导通，通过电流采样电阻rs获取电流峰值，记作iab，之后重复此过程，分别导通a c-、b c-、b a-、c a-、c b-。获取电流峰值分别记作iac、ibc、iba、ica、icb,比较6个峰值电流大小，得到最大峰值电流记作imax，假如imax＝iac，则最大峰值左边电流峰值为ileft＝icb，右边电流峰值为irigh＝ibc，然后再比较ileft和iright的大小，如果ileft大于iright则定位标记为1，如果ileft小于iright，则定位标记为3。具体定位参见图3。在得到初始位置后就可以根据换向顺序驱动功率mos管，从而使电机顺滑启动运转起来。
34.本发明的方法定位精度高，相比取正反脉冲电流峰值比较结果和取最大脉冲电流峰值方法，在本方法通电脉冲顺序下，电流峰值大小区别明显，且最终定位结果经过了两次比较判定，所以定位精度相对较高。另外，本发明的方法通配性强，适应性广，能通配不同绕组电感量电机，不需要修改定位脉冲时间长度，在本发明的方法中，通过比较最大峰值左右两个电流峰值大小就可以很容易区分电机绕组n级位置所在。
35.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。