一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法，增加硬件换相角补偿模块，通过处理器的PWM信号，控制换相角补偿大小。检测每一相导通阶段检测母线电流大小，计算母线电流平均值，并与参考值进行比较，控制PWM信号占空比的增减，达到自适应调节换相角补偿的目的。
【专利说明】
一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法
技术领域
[0001]本发明涉及电机控制方法领域，具体是一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机通常安装有霍尔传感器来观测转子位置信息，三相无刷直流电机安装有三个霍尔传感器，当霍尔传感器从低电平向高电平发生跃变时，说明此时反电动势过零点，正常情况下需要延迟一定电角度，从而保证与相电流正负同步，这样电磁转矩才能保证不出现负值，从霍尔传感器信号的到来至换相点的到来之间存在这一个角度，就是所谓的换相角。换相角随着转速发生变化，转速越快，换相角越大，转速越慢，换相角越小。根据转速的不同对换相角进行适当的补偿，不仅有利于抑制换相转矩脉动，而且可以提高能量利用率，扩大电机转速范围。
[0003]现有的解决方案1:固定的相位角补偿策略
该方案的缺点是:固定的相位角补偿策略是不考虑电流大小，根据霍尔传感器信号获得转速信息，同时计算出30°电角度所需要的时间，在下一阶段导通中对此时间进行补偿。然而这种方法是通过软件计算，反应速度慢，同时30°电角度的固定相位角补偿不能对电流进行最佳改善，换相转矩脉动依然很大。
[0004]现有的解决方案2:基于参数最大化的相位角补偿策略
该方案的缺点是:有学者通过电机转矩曲线、转速曲线以及效率曲线对相位角进行智能补偿，这种方法针对个别电机是可用的，然而并非是一种通用的策略，同时这种方法计算量大，且在补偿前需要对目标电机进行实测，不利于推广使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法，以解决现有技术电机换相角补偿方法计算成本高的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法，所述三相无刷直流电机上设置有霍尔传感器，其特征在于:三相无刷直流电机中每个霍尔传感器信号分别依次经过积分器、比较器后输出至处理器，通过外部相位角补偿电路对三相无刷直流电机中霍尔传感器信号进行相位角补偿，所述处理器检测三相无刷直流电机中母线电流后计算母线电流平均值，并输出PffM占空比控制补偿角度的大小；
三相无刷直流电机参考转速设定后，根据负载转矩以及电机参数值，计算出此参考转速对应所需母线电流参考值，在处理器中保存三相无刷直流电机不同转速与母线电流参考值对应表格，控制补偿角度由处理器输出的PWM占空比决定，初始设定PWM占空比值为O，此PWM信号经过一个RC电路后，对RC电路中电容C进行充放电，电容C上的电压值作为比较器的负相输入端信号，每一个霍尔信号经过积分器进行积分，输出结果作为比较器的正向输入端信号，比较器的输出值进入处理器，作为换相信号代替之前的霍尔信号，此时信号已经进行延迟，当P丽占空比越大，电容C的电压越高，换相角补偿越多，导通时间越短，当PWM占空比越小，电容C的电压越低，换相角补偿越小，导通时间越长，换相角补偿角度不超过50°电角度，RC电路中电容C和电阻R的值决定了负相输入端信号的形状，选择RC的值需要考虑在一个换相阶段中电容C不应该充满电，每个霍尔信号下降沿到来时，对电容C进行放电，直到下一次充电进行，每一阶段导通期间采样母线电流，计算实时母线电流平均值，当下一阶段换相信号到来时，比较实时母线电流与参考值之间的关系，当实际母线电流平均值小于母线电流参考值时，增大PWM值，换相角补偿加大，当实际母线电流平均值大于或等于母线电流参考值，保持PWM值至下一个导通阶段，换相角保持稳定。
[0007]本发明针对在有传感器的条件下，增加外部换相角补偿电路，通过检测母线电流来控制补偿角度，简单实用，可以进一步减小换相转矩脉动。
[0008]本发明如果应用于无传感器的条件下，需要进一步考虑采集端电压的阻容模块产生的相位偏移，此相位偏移可以通过PWM值的提高来消除，也可以通过调节相位补偿电路中RC的值来消除，PWM对RC充电的曲线需要更加平缓。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本方案仅使用两片运放和几个比较器即可达到智能相位角补偿的目的，方便使用，同时经济成本很低。通过对母线电流的采集优化，使得电机运行更加平稳，很好的做到了智能补偿换相角的目的。
【附图说明】
[0010]图1为无刷直流电机的自适应换相角补偿原理框图。
[0011 ]图2为换相角补偿电路模块波形图。
[0012]图3为自适应换相角补偿程序流程图。
【具体实施方式】
[0013]一种无刷直流电机的自适应换相角补偿方法，自适应换相角补偿原理框图如图1所示，该方法通过软硬件结合的方式完成，换相角补偿电路由三路延迟电路组成，每一路延迟电路通过积分电路与比较器的组合完成延迟功能，延迟的时间由处理器输入进换相角补偿电路的PBi占空比大小决定，PWM占空比大时延迟时间增加，PWM占空比小时延迟时间减小。霍尔信号经过换相角补偿电路进行延迟的信号进入处理器中，延迟时间不超过50°电角度，处理器根据此信号进行换相。每一导通阶段，处理器检测母线电流，计算母线电流平均值，与预先存储在处理器中的母线电流与转速的对应表进行比较，当实时母线电流比表中电流小时，加大PWM占空比，当实时母线电流符合表中电流要求时，保持PWM占空比不变，维持到下一个导通阶段，每一个阶段结束后，对电容进行放电处理，直至换相角补偿至合适值。
[0014]三相无刷直流电机自适应换相角补偿方法控制程序流程图如图2所示，补偿期间换相角补偿模块的波形如图3所示，步骤如下:
第一步:初始化输出至换相角补偿模块的PWMl、PWM2和PWM3占空比为O，设定电机参考转速，不同的转速对应不同的母线电流值，将该电机转速与母线电流对应表格保存于处理器内。根据电机的参考转速，调用表格中相应的参考母线电流值作为比较备用。
[0015]第二步:检测该模块输出的S1、S2或者S3信号过零点是否到来，当过SI零点未到来时，采样母线电流值，保持PWMl占空比不变；当过零点到来时，进行换相处理，比较计算的母线电流平均值与参考值之间的关系，当实际母线电流平均值小于参考值时，增大PWMl占空比，当实际母线电流平均值大于等于参考值时，保持PWMl占空比不变，更新PffMl占空比后重新计算下一阶段实时母线平均值。S2或者S3信号过零点到来，同样的原理对PWM2和PWM3进行处理。
[0016]第三步:检测该模块输出的Z1、Z2或者Z3信号上升沿是否到来，当Zl上升沿时，保存此时PffMl的占空比值，然后设置PWMl占空比为O，对电容C进行放电，同样当Z2或者Z3信号上升沿到来时，对PWM2或者PWM3的占空比进行保存后，设置为O，对电容C进行放电，返回第二步检测S1、S2或者S3信号过零点是否到来为止。当Zl、Z2或者Z3信号上升沿未到来，则进行第四步。
[0017]第四步:当检测到母线电流平均值符合要求，检测电机运行是否正常，当电机运行正常，检测是否继续该程序，如果继续则保持此策略继续进行；如果不继续则退出该程序。当电机运行不正常时，检测换相角是否补偿达到50°电角度，如果达到电角度，程序返回至第一步，如果补偿未达到50°电角度，程序返回至第二步。
[0018]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0019]以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三相无刷直流电机的自适应换相角补偿方法，所述三相无刷直流电机上设置有霍尔传感器，其特征在于:三相无刷直流电机中每个霍尔传感器信号分别依次经过积分器、比较器后输出至处理器，通过外部相位角补偿电路对三相无刷直流电机中霍尔传感器信号进行相位角补偿，所述处理器检测三相无刷直流电机中母线电流后计算母线电流平均值，并输出PffM占空比控制补偿角度的大小； 三相无刷直流电机参考转速设定后，根据负载转矩以及电机参数值，计算出此参考转速对应所需母线电流参考值，在处理器中保存三相无刷直流电机不同转速与母线电流参考值对应表格，控制补偿角度由处理器输出的PWM占空比决定，初始设定PWM占空比值为O，此PWM信号经过一个RC电路后，对RC电路中电容C进行充放电，电容C上的电压值作为比较器的负相输入端信号，每一个霍尔信号经过积分器进行积分，输出结果作为比较器的正向输入端信号，比较器的输出值进入处理器，作为换相信号代替之前的霍尔信号，此时信号已经进行延迟，当P丽占空比越大，电容C的电压越高，换相角补偿越多，导通时间越短，当PWM占空比越小，电容C的电压越低，换相角补偿越小，导通时间越长，换相角补偿角度不超过50°电角度，RC电路中电容C和电阻R的值决定了负相输入端信号的形状，选择RC的值需要考虑在一个换相阶段中电容C不应该充满电，每个霍尔信号下降沿到来时，对电容C进行放电，直到下一次充电进行，每一阶段导通期间采样母线电流，计算实时母线电流平均值，当下一阶段换相信号到来时，比较实时母线电流与参考值之间的关系，当实际母线电流平均值小于母线电流参考值时，增大PWM值，换相角补偿加大，当实际母线电流平均值大于或等于母线电流参考值，保持PWM值至下一个导通阶段，换相角保持稳定。
【文档编号】H02P6/16GK105958874SQ201610195872
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】曹子沛, 葛木明, 曹学林, 朱洪萍
【申请人】曹子沛