[发明专利]反电动势函数积分预测的无刷直流电机控制系统及方法

说明书

本发明公开一种反电动势函数积分预测的无刷直流电机控制系统及方法，所述方法包括如下步骤：首先，构造一个反电动势函数，经数字信号处理器的模数转换模块采集后进行二值化处理，并利用最小二乘法原理计算线性化参数，依此得到反电动势过零点；然后，利用二阶龙格‑库塔法对该反电动势函数积分，针对离散采样对换相精度的影响，采用基于线性化反电动势函数积分预测的方法对换相点进行预测，并通过与换相积分阈值对比，生成换相点。本发明实现了无刷直流电机高动态精准换相，避免了电机转速波动及测量误差对无位置传感器换相精度的影响。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其是一种反电动势函数积分预测的无刷直流电机控制系统及方法。

背景技术

无刷直流电机具有能量密度高、机电转换效率高、结构简单等优点，特别是以电子换向器取代机械换向器使其获得更加可靠的性能，在各个领域得到广泛应用。根据无刷直流电机控制中位置反馈的方式，可分为有位置传感器控制和无位置传感器控制两大类。传统的有位置传感器(如开关霍尔传感器)控制增加了系统的复杂性，降低了系统的可靠性。相比之下，无位置传感器控制无需安装传感器，避免了传感器引线和装配精度对电机性能的影响，提高系统的可靠性和对环境的适应性。

无位置传感器控制通过检测电机自身电感、电压和电流等信号，提取所需要的转子位置信息，其中最常用的是反电动势检测法。然而，检测的电压信号中往往存在许多噪声，导致过零点误检而引起换相失败。尽管可以采用低通滤波器滤除，但低通滤波器会引入相位延迟，引起换相误差，降低电机换相精度。

目前，换相误差补偿和闭环校正等方法被广泛应用于无位置传感器控制中以提高换相精度。开环补偿方法原理简单、易于实现，但易受电机参数和工作条件的影响，使换相精度降低；闭环校正方法性能较好，但通常需要额外的采样电路，增加了系统的复杂性，且动态性能无法得到保证。此外，反电动势幅值会受电机转速变化的影响，在判断换相点时极易引起换相误差，而现有控制方法难以兼顾相位偏差校正和高动态性能的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种反电动势函数积分预测的无刷直流电机控制系统及方法，通过简化的电路进行过零点检测，有效消除调制噪声的影响；利用达到换相点时的反电动势函数积分值为一固定阈值的特性进行换相判断；针对离散采样引入的采样误差通过线性化反电动势函数积分预测的方法实现高动态精准换相，避免了电机转速波动及测量误差对无位置传感器换相精度的影响。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种反电动势函数积分预测的无刷直流电机控制系统及方法，包括直流电源、Buck变换器、三相全桥、无刷直流电机、调理电路、过零点检测模块、换相点检测模块；

其中，所述直流电源与Buck变换器、三相全桥、无刷直流电机依次连接；

所述无刷直流电机外围连接到调理电路；调理电路与过零点检测模块、换相点检测模块依次连接，且换相点检测模块连接到三相全桥。

所述控制方法具体包括如下步骤：

步骤1、Buck变换器根据电机转速及负载采用脉冲宽度调制的方式控制Buck变换器的开关管T_B，将直流电源提供的直流电压变换为可控直流电压，供给三相全桥，实现对输入到无刷直流电机电压的调节；

步骤2、构造一个反电动势函数u_xs，利用调理电路将u_xs电压信号进行放大、整形，并经数字信号处理器的模数转换模块采集，由过零点检测模块进行二值化处理，并利用最小二乘法原理计算线性化参数，获取反电动势过零点；其中，x＝a,b,c，u_as、u_bs和u_cs分别表示电机的A相、B相和C相相对S点的电压；

步骤3、换相点检测模块利用二阶龙格-库塔法对该反电动势函数积分，针对离散采样对换相精度的影响，采用基于线性化反电动势函数积分预测的方法对换相点进行预测，并通过与换相积分阈值对比，生成换相点。