無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)及其換向點捕捉方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無刷直流電機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無刷直流電機無位置控制系 統(tǒng)及其換向點捕捉方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前無刷直流電機無位置控制策略中換向點的捕捉方法，有反電動勢檢測法、磁 鏈估計法、基于觀測器的方法、電感測量法、渦流效應(yīng)檢測法、人工智能法。其中，反電動勢 檢測法是目前各種無位置傳感器控制方法中應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最成熟的方法就。此檢測 法主要包括反電動勢過零檢測法、反電動勢三次諧波積分檢測法、續(xù)流二極管檢測法以及 反電動勢積分法。反電動勢檢測法中反電動勢過零點檢測法是應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的 方法。
[0003] 反電動勢過零點檢測法通過無刷直流電機的相電壓與無刷直流電機的虛擬中性 點通過比較電路得出反電動勢過零點，并通過估算反電動勢過零點之后30度電角度所需 的時間而得到無刷直流電機的理想換向點，即反電動勢過零點后30度電角度的位置。
[0004] 此種方法的缺點如下：
[0005] (1)由于無刷直流電機的換向點位于反電動勢過零點后30度電角度的位置，所以 通過硬件比較電路得到的反電動勢過零點不是電路的直接換向點，還需要通過進一步的軟 件計算才能得到換向點，即軟件根據(jù)反電動勢過零點前30度電角度所需的時間估算出反 電動勢過零點之后通過30度電角度所需的時間。
[0006] (2)軟件估算環(huán)節(jié)不僅增加了軟件部分的負(fù)擔(dān)，而且由于估算導(dǎo)致最終得到的換 向點有一部分的誤差。
[0007] (3)與直接檢測直流無刷電機的換向點相比較，該方法多了一個軟件估算的環(huán)節(jié)， 控制過程較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種無刷直流電機無位 置控制系統(tǒng)及其換向點捕捉方法，以彌補現(xiàn)有的反電動勢過零點檢測法的不足之處。
[0009] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)，包括：
[0010] 換向點檢測電路，檢測到各相換向點后向該控制中心報告，該換向點檢測電路通 過比較無刷直流電機的相反電動勢得到各相換向點；
[0011] 控制中心，對換向點經(jīng)過處理和驅(qū)動向逆變電路輸出控制信號；
[0012] 逆變電路，在控制信號的控制下完成各向輸出電壓的換向并傳送至無刷直流電 機；
[0013] 無刷直流電機，在逆變電路輸出的電壓控制下相應(yīng)將電能向機械能轉(zhuǎn)換。
[0014] 進一步地，該換向點檢測電路將該無刷直流電機的某一相電壓和其后一相電壓一 起輸入比較器進行比較，該比較器的輸出方波，該方波的跳變位置則是此相的換向點。
[0015] 進一步地，該換向點檢測電路包括：
[0016] 低通濾波器，用于濾除各相相電壓的高頻雜波；
[0017] A相換向點檢測電路，用于將A相相電壓和C相相電壓進行比較并輸出A相相電壓 換向點控制信號；
[0018] B相換向點檢測電路，用于將B相相電壓和A相相電壓進行比較并輸出B相相電壓 換向點控制信號；
[0019] C相換向點檢測電路，用于將C相相電壓和B相相電壓進行比較并輸出C相相電壓 換向點控制信號。
[0020] 進一步地，該A相換向點檢測電路包括電阻（R1A)、電阻（R2A)、電容（C1A)和比較 器（CMP1A)，該比較器（CMP1A)的同向輸入端和電阻（R1A)的一端接經(jīng)低通濾波器的A相電 壓，電阻（R1A)另一端接地，C相電壓經(jīng)過電容（C1C)耦合至比較器（CMP1B)的反相輸入端， 電阻（R2A)將反相輸入端接地以維持和同相輸入端具有相同的共模電壓，比較器（CMP1A) 的輸出端連接至該控制中心輸出控制電壓（A0)。
[0021] 進一步地，該B相換向點檢測電路包括電阻（R1B)、電阻（R2B)、電容（C1B)和比較 器（CMP1B)，該比較器（CMP1B)的同相輸入端和電阻（R1B)的一端接經(jīng)低通濾波器的B相電 壓，電阻（R1B)另一端接地，A相電壓經(jīng)過電容（C1A)耦合至比較器（CMP1B)的反相輸入端， 電阻（R2B)將反相輸入端接地以維持和同相輸入端具有相同的共模電壓，比較器（CMP1B) 的輸出端連接至該控制中心輸出控制電壓（B0)。
[0022] 進一步地，該C相換向點檢測電路包括電阻（R1C)、電阻（R2C)、電容（C1C)和比較 器（CMP1C)，該比較器（CMP1C)的同相輸入端和電阻（R1C)的一端接經(jīng)低通濾波器的C相電 壓，電阻（R1C)另一端接地，B相電壓經(jīng)過電容（C1B)耦合至比較器（CMP1C)的反相輸入端， 電阻（R2C)將反相輸入端接地以維持和同相輸入端具有相同的共模電壓，比較器（CMP1C) 的輸出端連接至該控制中心輸出控制電壓（C0)
[0023] 進一步地，該低通濾波器為有源濾波器。
[0024] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)的換向點捕捉 方法，包括如下步驟：
[0025] 步驟一，利用換向點檢測電路檢測到各相換向點后向控制中心報告；
[0026] 步驟二，控制中心根據(jù)換向點的位置，給逆變電路輸出驅(qū)動信號；
[0027] 步驟三，逆變電路在控制信號的控制下完成各向輸出電壓的換向并傳送至無刷直 流電機；
[0028] 步驟四，無刷直流電機在逆變電路輸出的電壓控制下相應(yīng)將電能向機械能轉(zhuǎn)換。
[0029] 進一步地，于步驟一中，該換向點檢測電路通過比較無刷直流電機的相反電動勢 即可得到其換向點。
[0030] 進一步地，于步驟一中，該換向點檢測電路將無刷直流電機的某一相電壓和其后 一相電壓一起輸入比較器進行比較，比較器的輸出是方波，該方波的跳變位置便是此相的 換向點。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)及其換向點捕捉方法 通過采用相反電動勢比較的方法直接得到無刷直流電機的換向點，克服了反電動勢過零點 檢測法不能直接捕捉換向點的不足之處，同時，本發(fā)明直接捕捉換向點，省略了反電動勢過 零點檢測法中的軟件估算環(huán)節(jié)，既避免了估算環(huán)節(jié)造成的誤差，又簡化了無刷直流電機無 位置控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明中A、C兩相反電動勢比較圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明較佳實施例之換向點檢測電路10的電路示意圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)的換向點捕捉方法的步驟流程 圖。
【具體實施方式】
[0036] 以下通過特定的具體實例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。
[0037] 圖1為本發(fā)明一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1所示，本 發(fā)明一種無刷直流電機無位置控制系統(tǒng)，包括：換向點檢測電路10、控制中心20、逆變電路 30以及無刷直流電機40。
[0038] 其中，換向點檢測電路10檢測到各相換向點后向控制中心20報告，控制中心20 經(jīng)過處理和驅(qū)動向逆變電路30輸出控制信號，逆變電路30在控制信號的控制下完成各向 輸出電壓的換向并傳送至無刷直流電機40,無刷直流電機40在逆變電路輸出的電壓控制 下相應(yīng)將電能向機械能轉(zhuǎn)換。
[0039] 本發(fā)明是一種基于相反電動勢比較的換向點捕捉方法。由無刷直流電機的理論分 析可知，電機某一相的反電動勢和其前一相比較時，二者相等的位置與換向點的位置恰好 重合。所以通過比較無刷直流電機的相反電動勢即可得到其換向點。具體分析如下：
[0040] 為了得到A相的換向點，將C相反電動勢與A相反電動勢比較，如圖2所示。兩相 反電動勢的交點即為理論的最佳換向點。
[0041] 在交點位置，即理論最佳換向點，
[0042] ea= e c
[0043] ia= ic
[0044] 由公式
[0046] Ua= U c
[0047] 由于電機定子繞組的相反電動勢不能直接測量，由以上分析可知，可以通過測量 定子繞組的相電壓來直接捕捉換向點，即兩相電壓相等的時刻。
[0048] 圖3為本發(fā)明較佳實施例之換向點檢測電路10的電路示意圖。如圖3所示，換向 點檢測電路10包括低通濾波器101、A相換向點檢測電路102、B相換向點檢測電路103、C 相換向點檢測電路104,低通濾波器101 -般為有源濾波器，用于濾除各相相電壓的高頻雜 波，A相換向點檢測電路102包括電阻R1-2A、電容C1A和比較器CMP1A，用于將A相相電壓 和C相相電壓進行比較并輸出A相相電壓換向點控制信號，B相換向點檢測電路103包括電 阻R1-2B、電容C1B和比較器CMP1B，用于將B相相電壓和A相相電壓進行比較并輸出B相相 電壓換向點控制信號，C相換向點檢測電路104包括電阻R