【資料下載】無位置傳感器直流無刷電機軟件起動

1、第13卷第5期2009年9月電機與控制學報ELECTRICMACHINESANDCONTROLVoL13No5Sep2009無位置傳感器直流無刷電機軟件起動許鵬，曹建波，曹秉剛(西安交通大學機械工程學院，陜西西安，710049)摘要：為了解決無住置傳感器直流無刷電機在起動時基于反電動勢的位置檢測方法無法提取出位置信息的問題，分析了無位置傳感器直流無刷電機的起動方法，針對電動車這一特殊的應(yīng)用場合進行了相應(yīng)的改進，電動車在起動時有負載且負載

2、情況復雜，對傳統(tǒng)的三段式起動法進行改進，設(shè)計了無需附加任何起動控制電路的起動控制策略，由軟件程序控制電機正常起動，其控制步驟為兩次定位、分段加速、調(diào)壓切換的三段式起動方案。實驗結(jié)果研究表明此起動控制方法有良好的起動性能，在電動車不同的負載情況下具有很好的控制效果。關(guān)鍵詞：電動車；直流無刷電機；無位置傳感器；起動中圖分類號：TP2714文獻標志碼：A文章編號：1007—449X(2009)05—0734—05Softwarestartin

3、gforbrushlessDCmotorwithoutpositionsensorXUPeng，CAOJian—bo，CAOBinggangSchoolofMechanicalEngineefing，Xi’allJiaotongUniversity，Xi’all710049，ChinaAbstract：Inordertosolvetheproblemtlatthepositiondetectionmethodcannotextractt

4、hepositioninformationbaseonbackelectromotiveforcewhenthebmshlessDCmotor(BLDCM)withoutpositionsen—sorstarts，itanalyzedthestartingmethodoftheBLDCMAimingtowhichhascomplexloadthespecialapplicationoccasionofelectricvehicle(EV

5、)，itimprovedthetraditionalthree—phaseway，anddesignedacontrolstrategydispensingwithoutanystartingcontrolcircuit，whichwasdependingonthesoftwarepro—gramtocontrolBLDCMstartingThecontrolprocessconsistofthetwo—times—location，s

6、egmentaccelera—tionandvoltageregulationswitchoverTheexperimentalresultsindicatethatthisstartingcontrolmethodhasgoodstartingperformanceandgoodcontroleffectwhentheEVhasdifferentloadsKeywords：electricvehicle；brushlessdirect

7、currentmotor；positionsensorless；startingO引言永磁直流無刷電機(brushlessDCmotor，BLDCM)利用電子換相代替了機械換相，既具有交流電機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠和維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電機的運行效率高、無勵磁損耗及調(diào)速性能好、起動轉(zhuǎn)矩較大等特點，在電動車領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用2]。BLDCM采用無位置傳感器控制，可以縮小電機體積，提高系統(tǒng)抗干擾能力。精確的無位置傳感器控制還能避免

8、位置傳感器可靠性差、安裝精確度不足帶來的換相轉(zhuǎn)矩脈動。因此，近年來一直是研究的熱點舊J。收稿日期：2009—03一04基金項目：創(chuàng)新基金項目(06C262116100555)；陜西省自然科學基金(SJ08E218)，教育部留學回國人員基金(2008—890)；西安市科技計劃項目(CY05012)作者簡介：許鵬(1976一)，男。博士研究生，主要研究方向為電動汽車控制；曹建渡(198l一)，男，博士研究生，主要研究方向為電動車復合電源系統(tǒng)

9、研究；曹秉剛(1953一)。男，博士，教授，主要研究方向為電動汽車系統(tǒng)與控制。萬方數(shù)據(jù)736電機與控制學報第13卷電的相序并進行加速。不斷重復檢測一加速一檢測一加速過程，直到電機轉(zhuǎn)速高到可以用反電動勢法檢測轉(zhuǎn)子位置時為止，此時再把電機切換到直流無刷電動機運行狀態(tài)，從而完成電機的起動過程。2起動方法選擇與改進為實現(xiàn)電機的順利起動，往往需要附加起動控制電路，增加了系統(tǒng)的成本，而且使系統(tǒng)變得更復雜。設(shè)計的起動控制策略則無需附加任何起動控制電路

10、，由軟件程序控制電機正常起動。為了節(jié)約成本并增強系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)過分析比較，采用三段式軟件起動方式。由于電動車的特殊情況，即起動時有負載，且負載情況復雜。因此本文對三段式軟件起動法做了改進。定位階段，先由程序控制給任意兩相定子繞組通電而另一相關(guān)斷，則電機定子合成磁勢軸線在空間上有一定方向，把轉(zhuǎn)子磁極拖到與其重合的位置，經(jīng)過一段時間即可確定轉(zhuǎn)子的初始位置，即一次定位。為降低干擾和避免定子磁勢方向與轉(zhuǎn)子磁勢方向為180。時電機無法準確定位的

11、問題，采取了二次定位法，即先給兩相繞組通電，之后旋轉(zhuǎn)60。電角度再換兩相繞組通電。加速階段分為兩部分，初期是一段升頻升壓過程，由控制芯片產(chǎn)生PWM波形控制逆變器，使逆變器的換相頻率從小到大慢慢的增加，而且給電機定子的電壓開始很小并逐步增加，把直流無刷電機作為永磁同步電機實現(xiàn)變頻起動，之后有一段時間的恒頻恒壓穩(wěn)定過程，使速度達到一個穩(wěn)定值，這樣可以得到反電動勢的位置信號。整個加速過程約持續(xù)03S的時間。加速期間程序不進行反電動勢的過零檢測

12、，換相不受反電動勢檢測信號的控制，換相時間間隔由軟件延時控制。切換階段在加速的同時，將PWM波形的參數(shù)送入比較器進行比較，當PWM的占空比達到一定數(shù)值，也就是電壓足夠大，并且檢測電機轉(zhuǎn)速達到一定速度以后，即可以獲得足夠大的反電動勢，此時就可以適時地將電機切換到利用反電動勢檢測信號控制換相的運行狀態(tài)。起動時。應(yīng)該施加稍高的電壓；當?shù)竭_切換速度時，應(yīng)調(diào)整電壓，使經(jīng)濾波產(chǎn)生的過零信號的相位滯后與理論值差值最小，避免切換失敗。外同步信號與轉(zhuǎn)子位

13、置信號之間的相位鑒別可以較容易地由控制芯片來實現(xiàn)，使用捕獲單元來捕獲轉(zhuǎn)子位置的跳變，通過比較計算捕獲的時間來判斷外同步信號與自同步信號之間的相位差。當外同步信號與自同步信號相位差滿足切換條件時，電機的驅(qū)動信號由外同步信號切換為位置檢測信號，最終實現(xiàn)自同步運行完成電機的起動?？刂茻o位置傳感器直流無刷電機起動的軟件流程圖如圖2所示。圖2無位置傳感器直流無刷電機軟件起動控制流程Fig2Flowchartofthepositionsensorl

14、essBLDCMsoftwarestartingcontrol在所設(shè)計的系統(tǒng)中，先導通A、B兩相，C相關(guān)斷，程序控制這一過程持續(xù)一段時間后，再導通A、C兩相，B相關(guān)斷，再持續(xù)一段時間以保證能夠確定轉(zhuǎn)子的初始位置，之后，按電機正轉(zhuǎn)換相邏輯BCBA—cA_CB_AB—AC的換相順序給繞組升頻升壓供電一個換相周期，再恒頻恒壓穩(wěn)定幾個周期，這樣就可以保證電機起動后轉(zhuǎn)向確定，避免造成反轉(zhuǎn)，開環(huán)換相過程結(jié)束后進行調(diào)壓切換到自控運行方式，至此完成電機

15、的起動過程。上述起動策略中的開環(huán)換相過程的換相時間問隔應(yīng)該選擇得當，否則狀態(tài)切換后會造成電機不能正常起動，其值可以參考電機最小反電動勢周期值進行選取。根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗，其值為電機最小反電動勢周期值的一半時，電機可以順利起動。另外，在切換時，由開環(huán)起動的PWM值轉(zhuǎn)換到閉環(huán)控制的PWM值，要進行適當?shù)娜岷吞幚恚员苊怆姍C的抖動，降低電動車的起動噪音和改善起動的平穩(wěn)性。無位置傳感器直流無刷電機起動控制軟件中主要部分是電機的調(diào)速部分，需控制電機完成