專利名稱：一種用于四相雙凸極電機的無位置傳感器控制技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于四相雙凸極電機的無位置傳感器控制方法，屬于電機控制技術。
背景技術：
隨著電機設計與控制技術的發(fā)展，對轉子位置的精確檢測成為國內外電機領域的研究熱點之一。目前已經有許多種控制技術，常規(guī)的電機位置檢測技術包括(I)直接位置檢測法；⑵導通相繞組檢測法；⑶非導通相繞組檢測法；⑷附加電元件檢測法；(5)基于智能技術檢測法等。這些方法中除了直接位置檢測法是通過霍爾傳感器等專用檢測元件來直接檢測轉子位置，其他方法都是尋找一個能夠獲得的參數信息來間接獲取轉子位置。直接位置檢測法因受到環(huán)境影響大，應用場合受到了限制。間接檢測方法更多的用于異步電機、永磁同步電機和直流無刷電機中。雙凸極電機是上世紀八十年代末提出的新結構電 機，對于雙凸極電機的無位置傳感器的研究還非常少。四相雙凸極電機是一種新型雙凸極電機，與同尺寸的三相雙凸極電機相比，它具有更高的功率密度、更小的繞組銅損、更寬的調速范圍和更小的轉矩脈動，因此在航空航天、電動汽車等領域有更好的應用前景。四相雙凸極電機(“四相雙凸極電機”，中國發(fā)明專利201110062872.7)因其結構的原因，使得它的端電壓和繞組反電勢的THD值很大，正弦度低，常規(guī)的無位置檢測方法無法獲得準確的換相點。同時由于轉速變化會引起電壓基波頻率的變化，傳統(tǒng)的方法是采集的電壓先進入一個RC濾波器，然而當濾波器截止頻率小于基波頻率時，基波直接被濾除；當截止頻率遠大于基波頻率時，很多諧波無法被濾除。而且一個RC濾波器無法保證端電壓或反電勢的THD值滿足檢測要求，RC濾波器還會造成電勢相位的偏移。在轉速發(fā)生變化時的濾波及位置檢測技術是四相雙凸極電機無位置傳感器技術的關鍵問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明旨在傳統(tǒng)無位置傳感器控制技術的基礎上，結合雙凸極電機的特點，提供一種實用、簡便的針對四相雙凸極電機的無位置傳感器控制技術，以實現四相雙凸極電機在電動狀態(tài)下的寬轉速范圍控制，提高電機運行時的效率和功率密度。本發(fā)明所述的一種用于四相雙凸極電機的無位置傳感器控制技術的主要特征包括以下步驟I、(I)根據濾波器的幅頻特性曲線，確保這個范圍內的任意轉速下的反電勢經過根據這個范圍設計的濾波器濾波后的THD值在10%以內，從200rpm開始，在200rpm IOOOrpm間每間隔200rpm劃分一個轉速范圍，IOOOrpm 3000rpm間每間隔500rpm劃分一個轉速范圍，3000rpm 6000rpm間每間隔IOOOrpm劃分一個轉速范圍,6000rpm以上的轉速每間隔2000rpm劃分一個轉速范圍,通過理論計算做出每個轉速范圍中每間隔50rpm的轉速對應的補償角的查找表；(2)通過電壓傳感器檢測四相雙凸極電機的任意相鄰兩相端電壓(以A相和B相為例)，為了不超過濾波器的限幅值，電壓傳感器檢測到的電壓值按照比例縮小至O
2.5V，檢測到的端電壓UA和UB首先經過模擬減法器減去直流偏置Uin/2 (Uin是四相全橋電路直流端電壓)，然后根據此時A相電勢過零電壓點來計算此時電機轉速η ；(3)將步驟(2)所述的電機轉速η與步驟(I)所述的預先設定的Ν(Ν是大于2的自然數)個轉速范圍進行比較，根據轉速范圍1、2、……N分別進入濾波器1、2、……N，濾波后的Α、B相反電勢通過AD采樣模塊直接送入DSP ；(4)將步驟(3)所述的經過AD采樣進入DSP中的Α、Β相電勢，根據步驟(I)預先設置的查找表來進行坐標變換以實現精確相位補償，經過補償后的反電勢經過DA轉換在外部的過零比較器中與零基準電壓進行比較，輸出信號給CAP捕獲；(5)步驟⑷所述的CAP 口捕獲信號經過DSP輸出給FPGA，在FPGA中進行邏輯運算，產生八個脈沖驅動信號給四相主功率電路的開關管，完成控制。2、根據權利要求I所述的四相雙凸極電機無位置傳感器技術特征，N種特征角頻率的單級低通濾波器設計準則如下濾波器的傳遞函數為
權利要求
1.用于四相雙凸極電機的無位置傳感器技術，其特征包括以下步驟 (1)根據濾波器的幅頻特性曲線，確保這個范圍內的任意轉速下的反電勢經過根據這個范圍設計的濾波器濾波后的THD值在10%以內，從200rpm開始，在200rpm IOOOrpm間每間隔200rpm劃分一個轉速范圍，IOOOrpm 3000rpm間每間隔500rpm劃分一個轉速范圍，3000rpm 6000rpm間每間隔IOOOrpm劃分一個轉速范圍，6000rpm以上的轉速每間隔2000rpm劃分一個轉速范圍，通過理論計算做出每個轉速范圍中每間隔50rpm的轉速對應的補償角的查找表； (2)通過電壓傳感器檢測四相雙凸極電機的任意相鄰兩相端電壓(以A相和B相為例)，檢測到的端電壓UA和UB首先經過模擬減法器去除直流偏置Uin/2 (Uin是四相全橋電路直流端電壓)，然后根據此時A相電勢過零電壓點來計算此時電機轉速η ； (3)將步驟(2)所述的電機轉速η與步驟(I)所述的預先設定的Ν(Ν是大于2的自然數)個轉速范圍進行比較，根據轉速范圍1、2、……N分別進入濾波器1、2、……N，濾波后的Α、B相反電勢通過AD采樣模塊直接送入DSP ； (4)將步驟(3)所述的經過AD采樣進入DSP中的Α、Β相電勢，根據步驟⑴預先設置的查找表來進行坐標變換以實現精確相位補償，經過補償后的反電勢經過DA轉換在外部的過零比較器中與零基準電壓進行比較，輸出信號給CAP捕獲； (5)步驟(4)所述的CAP口捕獲信號經過DSP輸出給FPGA，在FPGA中進行邏輯運算，產生八個脈沖驅動信號給四相主功率電路的開關管，完成控制。
2.根據權利要求I所述的四相雙凸極電機無位置傳感器技術特征，N種特征角頻率的單級低通濾波器設計準則如下 濾波器的傳遞函數為
3.根據權利要求I所述的四相雙凸極電機無位置傳感器技術特征和權利要求2所述的濾波器特征角頻率的設計，位置信號的獲取包括以下步驟 (1)根據權利要求I的步驟⑵中的A相電勢的兩個最近的過零電壓點的時間差t來計算雙凸極電機轉速n = 30/pt,其中P為轉子極數； (2)根據步驟(I)所述的電機轉速來選擇濾波器，反電勢經過濾波器后的滯后角α隨著轉速的不同而不同，換相位置需要補償的角度β = α-90° ； (3)根據步驟(2)所述的β角可以由兩相坐標變換得到Eas = Ea cos β +Eb sin^Ebs = Eb cos β -Ea sin β F=-F F=-Fj^csj^as j^dsj^bs 其中Ea，Eb分別為坐標變換前A，B相的反電勢矢量，Eas, Ebs, Ecs, Eds分別為坐標變換后的A，B, C，D相反電勢矢量； (4)根據步驟(3)所述的坐標變換后得到的四個反電勢矢量的過零電壓點就與實際換相點一致，通過DSP中的DA轉換將坐標變換后的A、B相反電勢輸出給比較器，比較后的值由DSP的CAP捕獲后即為換相參考； (5)步驟(4)所述的捕獲信號由DSP進入FPGA進行邏輯運算，得到的開關信號輸出給八個開關管，完成控制；
4.一次坐標變換實現轉速的計算 對權利要求3中的步驟(3)所述的變換后A相電勢矢量積分得
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于四相雙凸極電機的無位置傳感器控制方法。四相雙凸極電機電動運行時反電勢矢量在d-q坐標系中依次相差90°。該控制方法首先劃分N(N是大于2的自然數)個轉速范圍來設計相應截止頻率的濾波器，其次僅采集任意相鄰兩相的端電壓，進入減法器去除直流偏置，根據此時電勢過零點判斷電機轉速，由轉速范圍來決定進入哪一個截止頻率的濾波器，DSP采集經過濾波器后的電勢波形。對于一個范圍的不同轉速建立與此范圍對應濾波器的相移角對照表供DSP查詢進行準確的相移。最后通過過零比較器獲得實際的換相位置，經DSP運算后，由FPGA輸出驅動信號給開關管，完成換相。本發(fā)明可以在寬的轉速范圍內工作。
文檔編號H02P6/18GK102904502SQ20121039255
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權日2012年10月16日
發(fā)明者趙耀, 王慧貞, 陳晨, 陳偉鵬, 張海波 申請人:南京航空航天大學