用于識別無感無刷電機初始位置的時變信號采樣方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電機驅動技術領域，具體設及一種用于識別無感無刷電機初始位置的 時變信號采樣方法，其中無感無刷電機包括無刷直流電機和永磁同步電機。
【背景技術】
[0002] 隨著永磁材料、功率MOS管和控制巧片功能的不斷改進和完善，包括無刷直流電 機和永磁同步電機的無感無刷電機在工業控制領域、家電領域和新能源領域得到了越來越 廣泛的應用。相對有位置傳感器的無刷電機而言，無位置傳感器的無感無刷電機具有體積 小、成本低、控制系統不易受干擾和可靠性高等顯著優點。
[0003] 眾所周知，要使電機獲得有效的啟動轉矩順利啟動，需要準確知道轉子初始位置， 如果獲得的轉子初始位置與實際值偏差較大，電機啟動時將會出現帶負載能力下降、甚至 反轉等問題。通常有位置傳感器的電機轉子初始位置可通過傳感器獲得，而無位置傳感器 無感無刷電機的轉子初始位置通常可W通過預定位方法或位置識別來確定。
[0004] 目前確定無感無刷電機轉子初始位置的方法主要是預定位法。但是，預定位法對 驅動器功率容量要求比較高，存在啟動慢、預定位期間電機反轉概率大、震蕩等缺點，該在 某些場合是不允許的。
[0005] 轉子初始位置識別目前一般是基于電感法展開的理論研究。電感法的原理是；電 機定子繞組的電感量與轉子位置有關，通過向電機任意兩相施加短時電壓脈沖（即針對無 感無刷電機的UVWS相依次采用U正V負、U正W負、V正W負、V正U負、W正U負、W正V負 共六種加電方式)，測量并比較由此產生的6個電流取樣信號的大小來識別轉子初始位置。 相對于預定位法，電感法不需要預先定位，而是在識別轉子的初始位置后直接啟動。在能夠 準確識別轉子初始位置的前提下，電機啟動時具有啟動轉矩大、啟動快、啟動時不反轉、啟 動時不震蕩等顯著優點。
[0006] 但是在實際應用過程中，基于電感法的轉子初始位置識別存在下述不利因素；A) 所加電壓脈沖時間短，因而電流取樣信號小；B)存在電源干擾、CPU內核干擾和I/O口等干 擾；C)不同位置電機電感量差別微小；D)ADC分辨率有限。正由于上述不利因素的客觀 存在，使得在技術上采用傳統電感法進行時變信號AD采樣時很難得到準確的采樣值，W致 不能準確識別轉子初始位置，導致電感法識別轉子初始位置的方法實際上并未得到普遍應 用。
【發明內容】
[0007] 本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的上述技術問題，提供一種不需要增 加硬件電路，不需要提高AD轉換器的分辨率，抗干擾性好，分辨率位數高，不會產生明顯電 機噪聲，識別時不會使電機轉子轉動或者抖動的用于識別無感無刷電機初始位置的時變信 號采樣方法。
[000引為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為： 一種用于識別無感無刷電機初始位置的時變信號采樣方法，步驟包括： 1) 從無感無刷電機的UVWS相的六種加電方式U正V負、U正W負、V正W負、V正U 負、W正U負、W正V負中選擇一種加電方式；設定循環次數N和采樣時間AT，設置累加和 SUM;并清0 ; 2) 將指定幅度的短時電壓脈沖按照選擇的加電方式對無感無刷電機加電，在不使用 采樣保持電路時所述短時電壓脈沖的脈沖寬度at。大于或等于采樣時間AT，在使用采樣 保持電路時所述短時電壓脈沖的脈沖寬度at。小于采樣時間AT，在加電后對無感無刷電 機的電流取樣電阻Rsws輸出的時變電流取樣信號進行高頻濾波和放大，并在采樣時間at 時刻對高頻濾波和放大后的時變電流取樣信號進行AD采樣，并將采樣結果累加至累加和 SUMi； 3) 將循環次數N減1，判斷循環次數N是否為0,如果為0則跳轉執行步驟4);如果不 為0則跳轉執行步驟2); 4) 對累加和SUM進行抽取，將抽取結果輸出。
[0009] 優選地，所述步驟2)中的高頻濾波具體是指用低通濾波器進行高頻濾波，通過調 整低通濾波器的截止頻率f。，使得經低通濾波器濾波后的信號所包含的白噪聲幅度大于AD 采樣器的1個最低有效位LSB。
[0010] 優選地，所述步驟4)中的抽取具體是指下述①~⑨=種方法中的一種：①、將累 加和SUMi右移lgN/lg4位后作為抽取結果，其中N是4的正整數次幕；②、將累加和SUMi除 W累加和Si中所包含的采樣結果的數量得到的平均值并保留指定的精度后作為抽取結果； ⑨、將累加和SUMi直接作為抽取結果。
[0011] 優選地，所述步驟4)中對累加和SUMi進行抽取之前還包括對得到的所有采樣結 果進行數據篩選的步驟，所述數據篩選具體是指；首先通過在步驟2)中記錄采樣結果，然 后針對循環次數N次執行步驟2)得到的循環次數N個采樣結果，選擇出其中的最大值并從 累加和SUMi中去除該最大值，或者選擇出其中的最小值并從累加和SUMi中去除該最小值， 或者同時選擇出其中的最大值和最小值并從累加和SUMi中去除該最大值和最小值。
[0012] 優選地，所述步驟1)設定循環次數N之前還包括標定循環次數N的步驟，詳細步 驟包括： 1.1)設定識別轉子初始位置時所能接受的最小正確率P;設定采樣時間at;設定循環 變量M的初始值，該初始值大于或等于4 ;設定用于統計正確率的測試次數CNT，設定位置判 別模式MOD,設置累加和SUM1~SUM6并清0,且每一個累加和對應六種加電方式中的一種 加電方式； 1. 2)將無感無刷電機的轉子實際位置P0S定位到1 ; 1. 3)將指定幅度的短時電壓脈沖依次按照六種加電方式對無感無刷電機加電，在不 使用采樣保持電路時所述短時電壓脈沖的脈沖寬度at。大于或等于采樣時間AT，在使用 采樣保持電路時所述短時電壓脈沖的脈沖寬度at。小于采樣時間AT，在加電后對無感無 刷電機的電流取樣電阻Rsws輸出的時變電流取樣信號進行高頻濾波和放大，并在采樣時間 AT時刻對經高頻濾波和放大后的時變電流取樣信號進行AD采樣，并將采樣結果按加電方 式分別累加至對應的累加和，且對每一種加電方式重復步驟1. 3)共M次； 1. 4)將六個累加和SUM1~SUM6分別進行抽取，共得到六個抽取結果；所述抽取具體 是指下述①~⑨S種方法中的一種：①、將累加和SUMl~SUM6分別右移lgN/lg4位后作為 抽取結果S1~S6,其中N是4的正整數次幕；②、將累加和SUM1~SUM6分別除WM得到 的平均值(保留足夠的精度)后作為抽取結果S1~S6 ;⑨、將累加和SUM1~SUM6直接作為 抽取結果S1~S6。
[001引 1. 5)判斷位置判別模式MOD是否為1，如果是，則跳轉執行步驟1. 6);如果不是， 則跳轉至步驟1.11); 1. 6)設置用于位置識別的中間變量i為0 ; 1. 7)判斷抽取結果S1大于抽取結果S4是否成立，如果成立則將中間變量i加1 ; 1. 8)判斷抽取結果S2大于抽取結果S5是否成立，如果成立則將中間變量i加2 ; 1. 9)判斷抽取結果S3大于抽取結果S6是否成立，如果成立則將中間變量i加4 ; 1. 10)根據中間變量i的值查找預設的位置查找表，得到轉子識別位置POS，跳轉至 1. 14); 1. 11)判斷抽取結果S1、S2、S3中S1是否最大，如果抽取結果S1是最大，再判斷抽取 結果S1大于S4是否成立，如果S1大于S4成立則令轉子識別位置POS的值為1并跳轉至 步驟1. 14)，如果S1大于S4不成立則令轉子識別位置POS的值為4并跳轉至步驟1. 14); 如果抽取結果S1不是最大，執行步驟1. 12); 1. 12)判斷抽取結果S1、S2、S3中S2是否最大，如果抽取結果S2是最大，再判斷抽取 結果S2大于S5是否成立，如果抽取結果S2大于S5成立則令轉子識別位置POS的值為2 并跳轉至步驟1. 14)，如果抽取結果S2大于S5不成立則令轉子識別位置POS的值為5并跳 轉至步驟1. 14);如果抽取結果S2不是最大，執行步驟1. 13); 1. 13)判斷抽取結果S1、S2、S3中S3是否最大，如果抽取結果S3是最大，再判斷抽取 結果S3大于S6是否成立，如果成立則令轉子識別位置POS的值為3并跳轉至步驟1. 14)， 如果不成立則令轉子識別位置POS的值為6并跳轉至步驟1. 14);如果抽取結果S3不是最 大，則增加循環變量M的值，重新設定用于統計正確率的測試次數CNT，跳轉執行步驟1. 2); 1. 14)記錄轉子識別位置POS和無感無刷電機當前的轉子實際位置P0S; 1. 15)判斷無感無刷電機的轉子當前實際位置是否為6,如果不為6,預先將無感無刷 電機的轉子實際位置P0S定位到下一位置，并跳轉執行步驟1. 3);如果為6,則執行下一步； 1. 16)將測試次數CNT減1，判斷新的測試次數CNT是否為0,如果新的測試次數CNT不 為0,則跳轉執行步驟1. 2);如果新的測試次數CNT為0,則跳轉執行步驟1. 17); 1. 17)將每一條記錄中轉子識別位置POS和轉子實際位置P0S進行比較，在CNT次的測 試中，統計出每次的六個位置識別全部正確的正確率C;判斷正確率C小于識別轉子初始位 置時所能接受的最小正確率P是否成立，如果成立，則增加循環變量M的值，重新設定用于 統計正確率的測試次數CNT，跳轉執行步驟1. 2)，如果不成