圖2 SVPWM波形生成及單電流采樣示意圖
從上圖中我們可以看出，一個(gè)SVPWM周期可以劃分成七個(gè)小的時(shí)間段（此即七段法名稱的由來），不同的時(shí)間段對(duì)應(yīng)不同的開關(guān)管控制電壓，不同的控制電壓造成了逆變電路中功率開關(guān)管不同的通斷狀態(tài)，而不同的通斷狀態(tài)則對(duì)應(yīng)著不同的電流流向，因此只要我們知道了當(dāng)前的電流流向狀態(tài)，就可以從兩次不同時(shí)間的采樣電流（分別對(duì)應(yīng)若干電流之和）中提取出需要的電流。以第0扇區(qū)為例（如圖2右側(cè)所示），在第一次電流采樣中得到了Iu，第二次得到了(Iu+Iv)，由于在很短的時(shí)間內(nèi)，電流不會(huì)發(fā)生突變，這樣就可以根據(jù)(Iu+Iv+Iw=0)推算出三相電流，完成了單電流采樣(One-shunt current detection)。
這一算法簡(jiǎn)潔明了，但也存在著一定的問題：第一，在采樣的過程中往往會(huì)引入較多的噪聲，需要進(jìn)行濾波；第二，存在扇區(qū)邊界切換問題，我們從圖2中可以看出，在旋轉(zhuǎn)矢量跨越邊界的時(shí)候，由于某一基本矢量作用時(shí)間太短會(huì)導(dǎo)致采樣無法完成，這個(gè)時(shí)候，可以通過限制作用時(shí)間最小值來保證采樣過程正常進(jìn)行，但這樣必然會(huì)使生成的正弦波發(fā)生畸變，我們通過簡(jiǎn)單的濾波（例如限制兩次電流采樣值的差異幅值，根據(jù)歷史值修正新值等）去掉畸變點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很好的效果。
實(shí)際采樣以及濾波處理結(jié)果如下（圖3），從圖中可以看出通過濾波達(dá)到了很好的電流檢測(cè)效果，完全可以滿足進(jìn)一步的控制需求。
圖3單電流采樣電流結(jié)果(未濾波與濾波后的比較)
4無位置、速度傳感器下電機(jī)控制方法詳述
這里將從電機(jī)的初始化啟動(dòng)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)和調(diào)速三個(gè)方面敘述電機(jī)控制的全過程，并給出電機(jī)控制算法的流程圖，讓讀者更能夠從整體上了解這一控制方法。
啟動(dòng)過程：由于整個(gè)系統(tǒng)沒有傳感器以獲得電機(jī)的實(shí)際位置，如果從任意位置啟動(dòng)，可能會(huì)造成電機(jī)反轉(zhuǎn)甚至啟動(dòng)完全失敗，因此需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行初始化，即把后面控制算法中涉及到的轉(zhuǎn)子角度的初始值清零。我們采用的初始化方法是生成一個(gè)固定的PWM脈沖序列，該序列的特點(diǎn)是只作用于在某一相，最后將電機(jī)鎖定于某一磁極，達(dá)到了初始化的目的。
正常運(yùn)轉(zhuǎn)：目前我們采用TI公司的TMS320LF2407A作為控制的DSP，該DSP本身具備PWM 控制寄存器，通過較簡(jiǎn)單的程序就能完成前面所述的七段法SVPWM波的輸出。
整體控制算法流程如圖4所示：
圖4控制算法流程
電機(jī)通過單電流采樣得到兩個(gè)采樣電流值，通過電流識(shí)別方法，計(jì)算出三相電流，利用Clarke和Park變換將電流映射到d、q坐標(biāo)系下，估算出角度和速度值，通過結(jié)合了積分分離的PI控制算法，完成對(duì)電機(jī)的反饋控制，然后經(jīng)過Park逆變換，控制生成了新的SVPWM波，完成一次循環(huán)。這里用到的位置、速度估算函數(shù)由于篇幅所限，將另做描述。
調(diào)速的方法：在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)需要調(diào)整轉(zhuǎn)速時(shí)，我們采用分段加減速的方法，將給定目標(biāo)速度和電機(jī)當(dāng)前速度之間分成若干小段，逐級(jí)進(jìn)行調(diào)速，從而達(dá)到很穩(wěn)定的調(diào)速效果。
5實(shí)驗(yàn)結(jié)論及進(jìn)一步的工作
目前我們已經(jīng)在一臺(tái)92BL(1)C50-15H的BLDC上實(shí)驗(yàn)成功了上述控制算法，完成了從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)、加減速、拖動(dòng)負(fù)載的全部工作，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。我們測(cè)試了雙電流采樣和單電流采樣的方法，均達(dá)到了理想的效果。目前正在進(jìn)行將控制方法移植到空調(diào)壓縮機(jī)上的嘗試，已取得初步成功，下一步將改進(jìn)算法，增加諧波補(bǔ)償功能，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，測(cè)試對(duì)更多種型號(hào)電機(jī)的控制，并考慮進(jìn)行工業(yè)上的應(yīng)用。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：采用電機(jī)保護(hù)電路電阻作為****的電流采樣電阻，結(jié)合單電流采樣鑒別算法得出三相電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)反電動(dòng)勢(shì)為正弦波的BLDC的無傳感器控制。
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