[发明专利]一种无刷直流电机无位置传感器转子位置识别系统及方法

权利要求书

1.一种无刷直流电机无位置传感器控制的转子位置识别系统，其特征在于：包括220V交流供电电源(1)、单相不可控整流桥模块(2)、滤波电容组(3)、母线电压传感器(4)、三相逆变桥模块(5)、电流闭环调节单元(6)、DSP控制系统(7)、电源管理电路(8)、电流传感器(12)、位置检测电路(13)以及无刷直流电机(14)；220V交流供电电源(1)通过单相不可控整流桥模块(2)整流后得到直流电压，直流电压经过滤波电容组(3)滤除纹波后输入母线电压传感器(4)测量直流电压值，然后输入三相逆变桥模块(5)；电流传感器(12)串联在三相逆变桥模块(5)与无刷直流电机(14)之间用于测量三相的电流值；三相电流输入位置检测电路(13)后可得到换相信号(11)，即利用硬件电路获得线反电势的过零点来模拟霍尔位置传感器的输出提供6次换相信号；DSP控制系统(7)中的增强捕捉ECAP模块(10)捕获位置检测电路(13)产生的换相信号(11)，利用换相信号(11)经过电流闭环调节单元(6)的计算可得到包含占空比信息的开关信号(9)，然后开关信号(9)输入三相逆变桥模块(5)控制开关管的导通与关断以驱动无刷直流电机(14)；在DSP控制系统(7)中，根据母线电压传感器(4)和电流传感器(12)测得的电压和电流值重构计算得到三相线反电势，再将三相线反电势经坐标变换得到α-β坐标系下的两相电压分量然后求两相电压分量的反正切值即可得到更为精确的无刷直流电机(14)转子位置信息，电源管理电路(8)负责提供母线电压传感器(4)、三相逆变桥模块(5)、DSP控制系统(7)、电流传感器(12)以及位置检测电路(13)可靠工作的电源。

2.一种无刷直流电机无位置传感器控制的转子位置识别方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1，采用两步法启动无刷直流电机(14)，DSP控制系统(7)在设定的转速范围内切换为无刷直流电机(14)自同步运行状态，直到启动无刷直流电机(14)成功；

步骤2，启动无刷直流电机(14)之后，位置检测电路(13)产生表示线反电势过零点的高低电平变化信号，由DSP控制系统(7)中的ECAP模块(10)捕获换相信号(11)，并在DSP控制系统(7)中产生中断处理，每产生一次中断，即刻读取该换相信号(11)，按照占空比控制三相逆变桥模块(5)中的相应开关管导通或关断，使无刷直流电机(14)工作在正常运行状态；

步骤3，DSP控制系统(7)根据步骤2得到的换相信号(11)进一步判断目前转子磁链所在区间，并且根据电压传感器(4)和电流传感器(12)获得的电压、电流信号重构三相线反电势，再将三相线反电势通过坐标变换得到α-β坐标系下两相电压分量，求两相电压分量的反正切值即为转子磁链角度，再与区间校正即得到某一瞬时的转子磁链位置；

所述两步法启动电机的过程是：第一步，按某一顺序即顺时针或逆时针指定控制器输出两组开关信号，实现转子的预定位；第二步，根据电机的升速曲线，调节加速时间，恒压升频拖动电机升速。

3.根据权利要求2所述的无刷直流电机无位置传感器控制的转子位置识别方法，其特征在于：所述步骤2中线反电势过零点的高低电平变化信号的获得能够通过硬件电路实现，根据此硬件电路得到规则的方波信号，高低电平之间的变化表示线反电势由正值变负值或由负值变正值，因为线反电势过零点比相反电势过零点滞后30°电角度，而霍尔位置传感器输出的换相信号也比相反电势过零点滞后30°电角度，所以可推得线反电势的过零点即是换相点，可以模拟霍尔传感器输出的位置信号。