一種基于SPWM的無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)新方法
李穎，馬瑞卿，劉冠志，譚博（西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安710072）
摘要：方波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，而傳統(tǒng)正弦波驅(qū)動(dòng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)雖然轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，但系統(tǒng)控制電路復(fù)雜，且需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器。針對(duì)具有Hall位置傳感器的正弦無刷直流電動(dòng)機(jī)，提出了一種利用三相Hall位置信號(hào)，通過軟件算法生成六路正弦脈寬調(diào)制波來實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)的新方法。建模與仿真證明了該方法的在抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)方面的有效性。
關(guān)鍵詞：正弦波驅(qū)動(dòng)；無刷直流電動(dòng)機(jī)；Hall位置信號(hào)；正弦脈寬調(diào)制
中圖分類號(hào)：TM36 +1；tT271+．4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848（2010】01-0042-04
0引 言
BLDCM的方波驅(qū)動(dòng)以其相對(duì)簡(jiǎn)單的控制電路、廉價(jià)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，得到了廣泛應(yīng)用。然而，方波驅(qū)動(dòng)BLDCM，電樞磁場(chǎng)含有豐富的諧波分量，轉(zhuǎn)子磁鋼切割諧波分量，容易引起較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。正弦波驅(qū)動(dòng)BLDCM具有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、可聞噪聲低、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的正弦波驅(qū)動(dòng)BLDCM需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置傳感器，如光學(xué)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。這些傳感器不但價(jià)格昂貴，而且安裝調(diào)試復(fù)雜[1]。因此，研究開發(fā)較為經(jīng)濟(jì)的BLDCM正弦波驅(qū)動(dòng)技術(shù)值得關(guān)注，用合理可行的方法來取代價(jià)格不菲的
光學(xué)編碼器值得關(guān)注[2]。
針對(duì)具有Hall位置傳感器的正弦波BLDCM，提出了一種利用三相Hall位置信號(hào)提取正弦波的周期、幅值信與，并根據(jù)不規(guī)則采樣法數(shù)學(xué)模型，采用軟件查表與實(shí)時(shí)計(jì)算相結(jié)合的方法生成三相SPWM波，再利用一定的換相邏輯輸出六路SPWM信號(hào)，進(jìn)行BLDCM的正弦波驅(qū)動(dòng)，可有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)低成本平穩(wěn)運(yùn)行。
1 正弦波生成原理
正弦波驅(qū)動(dòng)方法的工作原理如圖1。外部電位計(jì)用于期望轉(zhuǎn)速給定，通過單片機(jī)輸入捕獲通道的Hall位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置角度的區(qū)間檢測(cè)和轉(zhuǎn)速計(jì)算，再用生成的六路SPWM信號(hào)控制三相橋式逆變器六只功率管的通斷，進(jìn)而可驅(qū)動(dòng)BLD-CM運(yùn)行于正弦狀態(tài)。
1.1正弦波周期、幅值、相位信號(hào)的計(jì)算
要實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)BLDCM，首先要提取正弦波的兩個(gè)關(guān)鍵信號(hào)：周期和幅值。由于BLDCM的相電壓與Hall位置信號(hào)同周期，因而正弦波周期信號(hào)可通過單片機(jī)測(cè)量輸入捕獲通道的A相Hall位置傳感器信號(hào)相鄰兩個(gè)上下跳變沿時(shí)刻，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到，如圖2所示。
由于 T= △t =t2 -t1 (1)式中，T正弦波周期的半值(s)；t1下跳變沿時(shí)刻(s)；t2上跳變沿時(shí)刻(s)。
按照公式(1)，可利用A相Hall位置信號(hào)對(duì)其半周期值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，為了保證計(jì)數(shù)器不會(huì)溢出，在每個(gè)T開始時(shí)需要將定時(shí)器清零。
由于正弦調(diào)制波幅值的改變可使得正弦調(diào)制波和三角載波的交點(diǎn)也相應(yīng)改變，從而使SPWM波的占空比改變，進(jìn)而改變了逆變器輸出電壓。因而用正弦波的幅值變量可設(shè)囂電機(jī)電流或轉(zhuǎn)矩的大小，而轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的變化，因此，可以通過速度環(huán)對(duì)正弦波幅值進(jìn)行調(diào)控。
當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由電位計(jì)給定的轉(zhuǎn)速nref經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，將得到的有符號(hào)小數(shù)存放到于變量Reference - speed中。而測(cè)量轉(zhuǎn)速可以下式計(jì)算
獲得：
式中，fM為正弦波頻率(Hz)。
由此
式中，nM測(cè)量轉(zhuǎn)速(r/min)；p電機(jī)極對(duì)數(shù)。
用給定轉(zhuǎn)速n ref的****值減擊測(cè)量轉(zhuǎn)速n< |
