[发明专利]一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法，尤其适用于航天用控制力矩陀螺产品高速三相无刷直流电机的位置检测。

背景技术

控制力矩陀螺是航天器重要执行部件之一，主要应用于大型航天器的姿态控制以及中小型航天器的快速机动，具有广阔的发展前景。作为姿控系统的关键执行部件，进一步提高控制力矩陀螺产品的可靠性具有重要意义。控制力矩陀螺的高速转子使用无刷直流电机进行驱动，无刷直流电机需要根据转子位置对电机绕组电流实施换相控制。目前产品中通过位置传感器来得到转子的位置信息。无刷直流电机无传感器位置检测方法，是指在电机控制系统中，利用绕组中的相关变量如定子电流、定子电压等估算出转子的位置和速度，取代位置传感器，实现无刷直流电机的控制。使用无位置传感器位置检测技术将带来如下的优势：减少本体导电环环数，提高整机可靠性；降低电机本体的复杂度，减少引线，简化电机的制造工艺，提高可靠性；不受恶劣外部环境影响，使得电机适用于恶劣外部环境条件；解决了由于位置传感器安装精度带来的换相误差问题；降低电机制造成本。

在国外，俄罗斯的控制力矩陀螺高速电机采用了无位置传感器控制技术，美国NASA的储能飞轮也采用了无位置传感器控制技术，均取得了较好的控制效果。目前国内的控制力矩陀螺产品中，无位置传感器控制技术还未有应用。将无位置传感器控制技术应用于控制力矩陀螺产品，不仅能够保证高速电机驱动线路的控制精度，更将使控制力矩陀螺在本体复杂度、制造工艺、成本等方面得到很大改善，对于提高产品可靠性具有重要意义。

无刷直流电机无传感器位置检测技术已有六十余年的研究历史，期间出现了多种位置检测方法，然而，在已发表的文献中，位置检测算法研究多是针对三相六拍全桥驱动的无刷直流电机，还未有针对半桥驱动无刷直流电机的位置检测方法。半桥驱动电路相对全桥驱动电路需要的功率器件少、体积小、功耗低、可靠性高，在航天领域得到了广泛的应用。无刷直流电机工作时，换相过程会使得三相绕组端电压产生大的电压尖峰干扰，导致线反电势检测信号产生电压尖峰干扰，进而导致检测到的位置信号产生错误位置信息，对于此问题，传统位置检测方法中大多采用滤波器滤掉换相干扰，但滤波器带入的延时会影响位置检测精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法，解决了使用半桥电路驱动的无刷直流电机的位置检测问题，避免了由使用滤波器导致的位置检测误差问题。

本发明的技术解决方案是：一种无刷直流电机无传感器线反电势位置检测方法，包括线反电势检测信号过零比较步骤和线反电势位置检测信号解调步骤；

所述线反电势检测信号过零比较步骤为：将半桥驱动无刷直流电机的三相绕组端电压两两差分，得到三个线反电势e_ab、e_bc、e_ca，三个线反电势e_ab、e_bc、e_ca分别通过三个过零比较器进行过零比较，当某个线反电势大于等于零时，则过零比较器的输出端输出高电平的线反电势位置检测信号，否则输出低电平的线反电势位置检测信号，三个过零比较器输出的三个线反电势位置检测信号分别记作HALL_A、HALL_B、HALL_C；

其中e_ab为A、B相线反电势，e_bc为B、C相线反电势，e_ca为C、A相线反电势，HALL_A为A相线反电势位置检测信号，HALL_B为B相线反电势位置检测信号，HALL_C为C相线反电势位置检测信号；

所述线反电势位置检测信号解调步骤为：

(1)对三个线反电势位置检测信号HALL_A、HALL_B、HALL_C分别利用A相上升沿脉冲生成电路、B相上升沿脉冲生成电路、C相上升沿脉冲生成电路进行上升沿判断，生成三个上升沿监测信号pulse_a、pulse_b和pulse_c，当某相的线反电势位置检测信号有上升沿发生时，则由该相的上升沿脉冲生成电路产生宽度为us级的低电平脉冲，否则该相的上升沿脉冲生成电路产生高电平的上升沿监测信号；

其中pulse_a为A相上升沿监测信号，pulse_b为B相上升沿监测信号，pulse_c为C相上升沿监测信号；