一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)刷直流電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)為獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，一般采用霍爾磁敏式、電磁式或光電式等位置傳感器進(jìn)行檢測(cè)。但是，用位置傳感器不但增大了電機(jī)的體積和成本，而且維修困難；同時(shí)不能適應(yīng)高溫、高濕等惡劣的工作環(huán)境，在某些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合甚至不允許使用;又由于傳感器連線(xiàn)較多，容易受到外界信號(hào)的干擾，降低了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。同時(shí)傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)控制方法以梯形方式驅(qū)動(dòng)定子，會(huì)導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)振蕩，控制精度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其可通過(guò)采樣電路采集相電壓反電勢(shì)信號(hào)和相電流信號(hào)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)傳送給DSP控制器，經(jīng)DSP控制器處理后輸出PWM控制信號(hào)來(lái)調(diào)控?zé)o刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
[0004]本實(shí)用新型的無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，包括復(fù)合電源、主電路及無(wú)刷直流電機(jī)，所述復(fù)合電源、主電路與無(wú)刷直流電機(jī)依次相連，為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案在于:還包括DSP控制器，所述主電路通過(guò)采樣電路連接DSP控制器，DSP控制器分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路連接主電路，DSP控制器連接接口電路和功能按鍵，所述采樣電路包括端電壓檢測(cè)電路和相電流檢測(cè)電路，所述端電壓檢測(cè)電路包括依次連接的電阻分壓采樣電路、第一 RC濾波電路和由第一運(yùn)算放大器構(gòu)成的減法電路;所述相電流檢測(cè)電路包括依次連接的采樣電阻、第二 RC濾波電路、偏置電路及運(yùn)算放大電路，采樣電阻與主電路中的三相橋式逆變電路的任意兩對(duì)橋壁串聯(lián)。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，主電路通過(guò)升頻升壓電路連接無(wú)刷直流電機(jī)，避免因電機(jī)剛啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)反電勢(shì)幅值較小而使過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)不夠準(zhǔn)確地用來(lái)進(jìn)行換相。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述升頻升壓電路包括依次連接的壓控振蕩器、分頻器和環(huán)形分配器，壓控振蕩器通過(guò)第一 RC濾波電路連接端電壓檢測(cè)電路，通過(guò)此電路將端電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為換相邏輯信號(hào)與端電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)DSP控制器處理后輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)一同控制驅(qū)動(dòng)主電路中逆變器各功率單元的導(dǎo)通關(guān)斷順序與時(shí)長(zhǎng)，使得逆變器輸出電壓發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)以升頻升壓同步啟動(dòng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述復(fù)合電源由超級(jí)電容器和鋰電池組成，超級(jí)電容器可對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行高效回收，避免鋰電池出現(xiàn)過(guò)度充放電的情況，使鋰電池充放電更為平穩(wěn)。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述主電路由雙向DC-DC變換器和逆變器組成，可提高電機(jī)轉(zhuǎn)速及驅(qū)動(dòng)性能。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述DSP控制器連接顯示設(shè)備，通過(guò)顯示設(shè)備顯示出檢測(cè)數(shù)據(jù)及輸出數(shù)據(jù)。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過(guò)采樣電路采集相電壓反電勢(shì)信號(hào)和相電流信號(hào)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)傳送給DSP控制器，由DSP控制器經(jīng)過(guò)處理后確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，DSP控制器將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)與給定轉(zhuǎn)速信號(hào)比較后輸出PWM控制信號(hào)來(lái)調(diào)控?zé)o刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，從而提高無(wú)刷直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)減少電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。此外，因?yàn)殡姍C(jī)剛啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)反電勢(shì)幅值較小，其過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)還不足以準(zhǔn)確地用來(lái)進(jìn)行換相，本實(shí)用新型采用升頻升壓同步啟動(dòng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
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[0011]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0012]圖2為功率輸出采樣電路；
[0013]圖3為升頻升壓控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0014]參照?qǐng)D1，該無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，包括由超級(jí)電容器和鋰電池組成的復(fù)合電源1、由雙向DC-DC變換器和逆變器組成的主電路2、無(wú)刷直流電機(jī)3及DSP控制器5，所述復(fù)合電源1、主電路2與無(wú)刷直流電機(jī)3依次相連，所述主電路2通過(guò)采樣電路4連接DSP控制器5，DSP控制器5分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路9和保護(hù)電路8連接主電路2，DSP控制器5連接接口電路6和功能按鍵10，主電路2通過(guò)升頻升壓電路28連接無(wú)刷直流電機(jī)3，參照?qǐng)D2，所述采樣電路4包括端電壓檢測(cè)電路11和相電流檢測(cè)電路16，所述端電壓檢測(cè)電路11包括依次連接的電阻分壓采樣電路12、第一 RC濾波電路13和由第一運(yùn)算放大器14構(gòu)成的減法電路15;所述相電流檢測(cè)電路16包括依次連接的采樣電阻18、第二 RC濾波電路19、偏置電路20及運(yùn)算放大電路21，采樣電阻18與主電路2中的三相橋式逆變電路17的任意兩對(duì)橋壁串聯(lián)。
[0015]端電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓采樣電路12與第一 RC濾波電路13低通濾波后，再經(jīng)過(guò)減法電路15后獲得關(guān)斷相的反電勢(shì)信號(hào);所述相電流檢測(cè)電路16包括依次連接的采樣電阻18、第二 RC濾波電路19、偏置電路20及運(yùn)算放大電路21，采樣電阻4與主電路2中的三相橋式逆變電路17的任意兩對(duì)橋壁串聯(lián)，通過(guò)采樣電阻18將電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)第二 RC濾波電路19低通濾波、偏置電路20電壓預(yù)置之后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路21運(yùn)放放大得到相電流信號(hào)，將反電勢(shì)信號(hào)與相電流信號(hào)輸出給DSP控制器5內(nèi)部12位ADC，作為輸入信號(hào)送入F0C算法控制過(guò)程中。
[0016]所述DSP控制器5采用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812為主控芯片，外部控制指令由功能按鍵10經(jīng)信號(hào)調(diào)理發(fā)送給DSP控制器5，主電路2通過(guò)采樣電路4輸出的相電流反饋的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理發(fā)送給DSP控制器5，經(jīng)過(guò)Clark與Park變換計(jì)算輸出電流反饋值；主電路2通過(guò)采樣電路4輸出的相電壓反電勢(shì)檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理利用線(xiàn)反電勢(shì)法計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，作為F0C算法的輸入，與DSP控制器的給定轉(zhuǎn)速信號(hào)比較，經(jīng)過(guò)模糊PI調(diào)節(jié)器輸出電流給定值，再與電流反饋值進(jìn)行比較，經(jīng)模糊PI調(diào)節(jié)器進(jìn)入Clark與Park逆變換計(jì)算后輸出可變的PWM控制信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)3的相電流與相電壓控制無(wú)刷直流電機(jī)3的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，從而提高無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)3的動(dòng)態(tài)性能以及減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0017]參照?qǐng)D3，所述升頻升壓電路28包括依次連接的壓控振蕩器22、分頻器23和環(huán)形分配器24，壓控振蕩器22通過(guò)第一 RC濾波電路13連接端電壓檢測(cè)電路11，在電路通電后，端電壓檢測(cè)電路11得到相反電勢(shì)e，經(jīng)過(guò)第一 RC濾波電路13的電容上的電壓加到壓控振蕩器22經(jīng)分頻器23分頻后作為時(shí)鐘信號(hào)輸入到環(huán)形分配器24上，然后轉(zhuǎn)換為換相邏輯信號(hào)，同時(shí)，該電壓通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊25進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換將信號(hào)送至DSP控制器5內(nèi)部的EV事件管理器26產(chǎn)生變化的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該電壓與參考電壓經(jīng)過(guò)比較電路27后輸出模式控制信號(hào)，通過(guò)得到的換相邏輯信號(hào)與PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)主電路2中逆變器各功率單元的導(dǎo)通關(guān)斷順序與時(shí)長(zhǎng)，使得逆變器輸出電壓發(fā)生變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，包括復(fù)合電源(1)、主電路(2)及無(wú)刷直流電機(jī)(3)，所述復(fù)合電源(1)、主電路(2)與無(wú)刷直流電機(jī)(3)依次相連，其特征在于:還包括DSP控制器(5)，所述主電路(2)通過(guò)采樣電路(4)連接DSP控制器(5)，DSP控制器(5)分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路(9)和保護(hù)電路(8)連接主電路(2)，DSP控制器(5)連接接口電路(6)和功能按鍵(10)，所述采樣電路(4)包括端電壓檢測(cè)電路(11)和相電流檢測(cè)電路(16)，所述端電壓檢測(cè)電路(11)包括依次連接的電阻分壓采樣電路(12)、第一 RC濾波電路(13)和由第一運(yùn)算放大器(14)構(gòu)成的減法電路(15);所述相電流檢測(cè)電路(16)包括依次連接的采樣電阻(18)、第二 RC濾波電路(19)、偏置電路(20)及運(yùn)算放大電路(21)，采樣電阻(18)與主電路(2)中的三相橋式逆變電路(17)的任意兩對(duì)橋壁串聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:主電路(2)通過(guò)升頻升壓電路(28)連接無(wú)刷直流電機(jī)(3)。3.如權(quán)利要求2所述的一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述升頻升壓電路(28)包括依次連接的壓控振蕩器(22)、分頻器(23)和環(huán)形分配器(24)，壓控振蕩器(22)通過(guò)第一 RC濾波電路(13)連接端電壓檢測(cè)電路(11)。4.如權(quán)利要求1所述的一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合電源(1)由超級(jí)電容器和鋰電池組成。5.如權(quán)利要求1所述的一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主電路(2)由雙向DC-DC變換器和逆變器組成。6.如權(quán)利要求1所述的一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP控制器(5)連接顯示設(shè)備(7)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)，包括復(fù)合電源、主電路及無(wú)刷直流電機(jī)，所述復(fù)合電源、主電路與無(wú)刷直流電機(jī)依次相連，其技術(shù)要點(diǎn)是：還包括DSP控制器，主電路通過(guò)采樣電路連接DSP控制器，DSP控制器分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路連接主電路，DSP控制器連接接口電路和功能按鍵，采樣電路包括端電壓檢測(cè)電路和相電流檢測(cè)電路。本實(shí)用新型可通過(guò)采樣電路采集相電壓反電勢(shì)信號(hào)和相電流信號(hào)作為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)傳送給DSP控制器，經(jīng)DSP控制器處理后輸出PWM控制信號(hào)來(lái)調(diào)控?zé)o刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
【IPC分類(lèi)】H02P6/182, H02P6/10, H02P6/08
【公開(kāi)號(hào)】CN205092803
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520948898
【發(fā)明人】周美蘭, 吳磊磊, 張小明, 胡玲玲, 劉占華
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日