[发明专利]一种基于永磁无刷直流电机的电动自行车控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动自行车的控制结构及方法，尤其是基于永磁无刷直流电机的电动自行车控制结构及方法。 

背景技术

永磁无刷直流电机以其结构简单、运行可靠、维护方便、效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，广泛应用于家用电器、仪器仪表、医疗器械等工业领域。 

永磁无刷直流电机控制方式一般为方波(或梯形波)控制，这种控制方式方法简单，容易实现，但是由于定子电流和气隙磁通为方波或梯形波，所以转矩脉动大，静音效果差，对电机控制效率不高。而现有的控制方法有的是在方波控制的基础上对电机电流进行补偿处理，这种方法不能从根本上消除脉动、降低噪音；有的是采用正弦波控制,这种控制方法对电源的利用率较低；还有的是采用空间矢量控制方法，这种控制方法对单片机的要求较高，算法很复杂，不利于实际操作。 

永磁无刷直流电机正弦波控制在启动时一般需要从方波启动切换到正弦波控制，这种控制方法需要增加额外的启动程序，不利于提高控制效率和系统性能。因此，如何设计一种转矩脉动小，控制效率高，算法简单的电机控制结构及方法非常重要。 

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种采用细分的转子位置信息直接启动电机的基于永磁无刷直流电机的电动自行车控制结构及方法。 

技术方案：一种基于永磁无刷直流电机的电动自行车控制方法，包括转子区间计算模块、速度计算模块、角度细分模块、相位调整模块、速度控制模块、限流控制模块、波形调制模块、三相逆变器和电机启动模块； 

转子区间计算模块输入端与电机输出端的三路霍尔传感器相连，输出端分别连接波形调制模块输入端、角度细分模块输入端和速度计算模块输入端；所述波形调制模块输出端连接三相逆变器输入端；所述速度计算模块输出端连接相位调整模块输入端和速度控制模块的输入端；相位调整模块输出端和角度细分模块输出端连接波形调制模块的输入端和电机启动模块的输入端；所述速度控制模块的输出端连接限流控制输入端，限流控制输出端连接波形调制模块输入端；所述三相逆变器一个输出端接入限流控制模块输出端，另一组输出端接入电机； 

该方法包括以下步骤： 

1）检测三路霍尔传感器信号得到电机转子位置所在区间和波形调制模块的周期； 

2）检测母线电流得到限流控制所需的实际电流值i； 

3）三路霍尔传感器信号经过转子区间计算出的数值，经过速度计算模块得到电机实际速度ω； 

4）实际速度ω经过速度环PI控制后，与实际电流i一同经过限流控制，得到波形调制模块的幅值； 

5）实际速度ω通过相位调整模块计算，三路霍尔传感器信号经过转子区间计算出的数值通过角度细分模块计算，共同得到波形调制模块的相位； 

6）波形调制模块依据调制原则，根据步骤1）得到的周期、步骤4）得到的幅值和步骤5）得到的相位，依据调制原则输出马鞍状的脉冲宽度调制电压，在电机正常启动之后，驱动永磁无刷直流电机运行。 

步骤5）中的相位调制模块根据步骤3）得到电机实际速度ω来调整。步骤5）中的角度细分模块的θ根据下式来计算： 

θ＝θ_i+θ_v

其中θ_i(i＝1,2,3,4,5,6)为转子区间所在初始位置，分别是θ₁＝330,θ₂＝30,θ₃＝90,θ₄＝150,θ₅＝210,θ₆＝270，θ_v＝(60t)/T₆₀，t为本次60°区间内实时计数值，T₆₀为上次60°区间所用时间。 

步骤6）中使用电机启动模块来启动电机，启动电机的步骤是：接收到电机启动信号之后，给波形调制模块一个预定的幅值，把根据转子区间信息和角度细分得出的细分转子位置作为相位，确认不过流后启动电机； 

如果电机发生倒转，把倒转之后所在区间作为起始启动区间重新启动，直到电机正常启动之后，退出电机启动程序。 

所述方法的控制芯片为单片机，所述单片机分别与三相驱动电路模块、检测模块、转把输入模块和电流检测模块连接； 

电机驱动电路模块包括三路独立驱动模块，分别与三相桥式功率开关管连接，三相桥式功率开关管与母线电流取样模块和无刷直流电机连接，霍尔位置传感器固定在无刷直流电机定子上。