擇多函數(shù)在無刷直流電動機控制中的應(yīng)用
張淑艷，王行愚，姚曉東
(華東理工大學(xué)，上海200237)
摘要：轉(zhuǎn)子位置信息的獲得是無位置傳感器無刷直流電動機控制的關(guān)鍵技術(shù)，一般采用基于位置檢測電路的反電勢檢測法，而擇多函數(shù)法省掉了位置檢測電路，運用反電勢信號及邏輯運算關(guān)系判定測試條件“真”到“假”的變化，消除噪聲對反電勢信號的影響，獲得正確的反電勢過零點。該方法在基于DSP的無位置傳感器無刷直流電動機控制平臺上進行實驗驗證，實測數(shù)據(jù)證明該方法可以在2～3倍負載條件下有效濾除反電勢虛假過零點，獲得準(zhǔn)確的反電勢過零點，性能可靠，靈活性和實用性較高。
關(guān)鍵詞：擇多函數(shù)；反電勢過零點檢測；虛假過零點；無位置傳感器；無刷直流電動機；濾波
中國分類號：TEM33 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2010)01—0045—03
0引 言
傳統(tǒng)的無刷直流電動機獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法是采用電子式或機電式位置傳感器直接測量[1]。由于大部分傳感器的分辨率較低，運行特性不好，對環(huán)境條件很敏感，使得整個傳動系統(tǒng)的可靠性和精確性難以得到保證，而且傳感器還大大增加了電氣連接線數(shù)目，給抗干擾設(shè)計帶來一定困難。在精確的位置伺服系統(tǒng)中由于空間有限，無法安裝傳感器，因此無位置傳感器無刷直流電動機成為理想的選擇，并具有廣泛的發(fā)展前景。
在無位置傳感器無刷直流電動機(以下簡稱BLDcM)控制中，轉(zhuǎn)子位置信息的獲得是關(guān)鍵技術(shù)。目前應(yīng)用的方法有反電勢法、三次諧波法、電感檢測法、卡爾曼法、狀態(tài)觀測器法、G(Θ)法和智能化控制方法[2]，其中反電勢檢測法是BLDCM控制中應(yīng)用最多、最成熟的方法，該方法的核心是準(zhǔn)確獲得反電勢過零點[3]。在實際應(yīng)用中，反電勢并不是理想的梯形波，存在由PwM調(diào)制產(chǎn)生的干擾，繞組斷電產(chǎn)生的干擾等[4]。因此，一般反電動勢信號都要經(jīng)過分壓電路、模擬濾波電路和電壓比較電路以及鎖相環(huán)電路后，送人控制單元，這樣獲得的反電動勢過零點必然存在一定的延時，造成換相時刻不準(zhǔn)確，必須相移補償環(huán)節(jié)來解決這個問題，給控制帶來難度。
本文采用擇多函數(shù)代替位置檢測電路來實現(xiàn)反電動勢過零點檢測，該方法不需要復(fù)雜的濾波、比較電路，方便實現(xiàn)，靈活性高，而且可以有效去除反電勢檢測中的虛假過零點，獲得準(zhǔn)確的反電動勢過零點，完成對元刷直流電動機的平穩(wěn)控制。本文將該方法應(yīng)用于BLDCM的控制，實驗測得額定電壓、不同負載條件下的BILDCM轉(zhuǎn)速和控制效率。實驗結(jié)果表明，該方法的適用范圍廣，可以在BLDcM的2～3倍負載情況下去除反電勢中的虛假過零點，保證BLDcM運行平穩(wěn)。
1反電勢檢測法概述
反電勢法的基本原理就是在忽略永磁無刷直流電動機電樞反應(yīng)影響的前提下，通過檢測“斷開相”的反電勢過零點，來依次得到轉(zhuǎn)子的六個關(guān)鍵位置信號，并以此作為參考依據(jù)，輪流觸發(fā)導(dǎo)通六個功率管，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)[1]。
本文以電樞繞組采用星形接法的“三相六拍-120。方波型”驅(qū)動的無刷直流電動機為例來說明反電勢檢測方法的原理。圖l是元刷直流電動機的原理圖和等效電路圖，圖2是三相繞組的反電勢信號和轉(zhuǎn)子位置的對應(yīng)關(guān)系，圖3是各功率管的導(dǎo)通時序。通過以上各圖我們可以看到在逆變器供電的任何一瞬間，總有一相其上下橋臂均處于斷開狀態(tài)，即電動機該相繞組是懸空的，故該相繞組的相電壓等于該相繞組所產(chǎn)生的反電勢。檢測這一反電勢的過零點時間，并作適當(dāng)延遲，即可得到功率器件正確觸發(fā)時刻。
可以看出，反電勢檢測法的關(guān)鍵是反電勢過零點的檢測，如果獲得了準(zhǔn)確的反電勢過零點，那么就可以控制無位置傳感器BLDcM。本文詳細討論擇多函數(shù)在無位置傳感器BLDCM反電勢過零點檢測中的應(yīng)用方法。
2擇多函數(shù)在無位置傳感器BLDcM反電勢過零點檢測中的應(yīng)用
2．1擇多函數(shù)概述
擇多函數(shù)是一種布爾函數(shù)，用作一種非線性數(shù)字濾波器，它取n個二進制數(shù)作為輸入并返回這些數(shù)中出現(xiàn)次數(shù)最多的那個數(shù)[5]。擇多函數(shù)的布爾表示法為：
式中：Majority為擇多函數(shù)的輸出；^為與邏輯運算符；V為或邏輯運算符。
|
