永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法
【专利摘要】本发明永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法，涉及一种电机控制技术，该方法所用装置中的DSP控制模块利用所设定的循环拍数bH、超前步数k、给定电磁转矩T*以及不同空间位置对应的电流矢量is的幅值，计算出控制所需的电流矢量，并利用电流控制方法，转换为逻辑电平脉宽调制信号，来控制上述功率电路中三相桥式逆变电路的开关管的导通与关断，从而实现对永磁无刷直流电机的恒转矩步进控制。本发明方法通过对三相电流合成的定子电流矢量在电角度空间位置上按一定的循环拍数离散，获得控制电机运行的离散电流矢量，通过增大循环拍数，可得到较小的步进角，提高位置分辨率，从而在保证带载能力的情况下提高永磁直流无刷电机定位精度。
【专利说明】永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机控制技术，特别涉及永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运 行方法。
【背景技术】
[0002] 永磁无刷直流电机是由定子绕组和永磁体转子构成的，没有换相器，其控制特性 与有刷直流电机相似。由于其具有大转矩、高效率、高转速、控制简单和易维护的优点，并且 随着电力电子技术、永磁材料、数字电子技术及新型控制理论的发展，永磁无刷直流电机在 高性能的伺服驱动领域显示出广阔的应用前景。但由于其构造的特殊性，使得其气隙磁场 分布接近于方波，绕组感应电动势为梯形波，这虽然有利于电动机产生一个恒定的转矩，但 电机通过霍尔元件检测换相，常用的是二二导通或者三三导通方式，换相角度为60°，电机 跨进角度较大，而二三导通虽然将换相角度减小一半，但转矩大小不一，这就影响到永磁无 刷直流电机的带载能力；另外，以上运行方式电机步进角较大，不能进行较为精确地定位。 因此，提出一种提高永磁直流无刷电机定位精度的控制方法十分有意义。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方 法，该运行方法针对常用的三相永磁无刷直流电机，通过对三相电流合成的定子电流矢量 在电角度空间位置上按一定的循环拍数离散，获得控制电机运行的离散电流矢量，通过增 大循环拍数，可得到较小的步进角，提高位置分辨率，从而在保证带载能力的情况下提高永 磁直流无刷电机定位精度。
[0004] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：永磁无刷直流电机恒转矩步进控制 的运行方法，以下简称运行方法，其步骤如下：
[0005] A.运行方法所用装置及操作：
[0006] 永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法所用装置，包括DSP控制模块、功 率电路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，其中，输入电源模块为 DSP控制模块、功率电路和编码器位置检测模块进行供电，DSP控制模块、功率电路、永磁无 刷直流电机和编码器位置检测模块依次用导线连接，编码器位置检测模块再与DSP控制模 块用导线相连；首先由输入电源模块给DSP控制模块、功率电路以及编码器位置检测模块 供电，再通过编码器位置检测模块检测永磁无刷直流电机的转子初始位置，并将该电机的 转子位置信号给到DSP控制模块中；
[0007] B.运行方法的步骤：
[0008] 第一步，确定永磁无刷直流电机的位置分辨率：
[0009] 位置分辨率是指电机旋转一周所包含的机械步进角0 bm的个数，根据定位要求确 定一个循环周期内的循环拍数％及步进角0 b，这里步进角0,为360°电角度按循环拍数 bH等分后得到的角度，即0 b= 360° /bH，因为0bm= 0 b/电机极对数，则位置分辨率为 360° / 0 个机械步进角/转，又定位点数=循环拍数X电机极对数，于是位置分辨率数 值上与定位点数数值相等；
[0010] 第二步，确定电流矢量的空间离散位置：
[0011] 所述电流矢量是将永磁无刷直流电机三相电流按"3-2"变换得到a-0坐标分量 所构成的矢量，在静止a-0坐标系下将电角度一周360°按第一步中确定的循环拍数bH分成％个空间离散位置，由此确定电流矢量的空间离散位置；
[0012] 第三步，计算不同空间位置对应的电流矢量is的幅值并列表：
[0013] 通过上述编码器位置检测模块检测当前时刻永磁无刷直流电机的转子位置和运 行方向，再通过上述DSP控制模块读取永磁无刷直流电机的转子位置，设定超前步数k，给 定电磁转矩T%通过公式（1)计算得到不同空间位置对应的电流矢量is的幅值，据此通过 变换得到相应的三相离散电流作为上述DSP控制模块中的电流矢量给定值，并列表，
【权利要求】
1.永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法，以下简称运行方法，其特征在于步 骤如下： A. 运行方法所用装置及操作： 永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法所用装置，包括DSP控制模块、功率电 路、永磁无刷直流电机、编码器位置检测模块和输入电源模块，其中，输入电源模块为DSP 控制模块、功率电路和编码器位置检测模块进行供电，DSP控制模块、功率电路、永磁无刷直 流电机和编码器位置检测模块依次用导线连接，编码器位置检测模块再与DSP控制模块用 导线相连；首先由输入电源模块给DSP控制模块、功率电路以及编码器位置检测模块供电， 再通过编码器位置检测模块检测永磁无刷直流电机的转子初始位置，并将该电机的转子位 置信号给到DSP控制模块中； B. 运行方法的步骤： 第一步，确定永磁无刷直流电机的位置分辨率： 位置分辨率是指电机旋转一周所包含的机械步进角0bm的个数，根据定位要求确定一 个循环周期内的循环拍数％及步进角0b，这里步进角0,为36〇°电角度按循环拍数1^等 分后得到的角度，即Qb= 360° /bH，因为0bm= 0b/电机极对数，则位置分辨率为360° / 9bni个机械步进角/转，又定位点数=循环拍数X电机极对数，于是位置分辨率数值上与 定位点数数值相等； 第二步，确定电流矢量的空间离散位置： 所述电流矢量是将永磁无刷直流电机三相电流按"3-2"变换得到a-|3坐标分量所构 成的矢量，在静止a-0坐标系下将电角度一周360°按第一步中确定的循环拍数bH分成 %个空间离散位置，由此确定电流矢量的空间离散位置； 第三步，计算不同空间位置对应的电流矢量is的幅值并列表： 通过上述编码器位置检测模块检测当前时刻永磁无刷直流电机的转子位置和运行方 向，再通过上述DSP控制模块读取永磁无刷直流电机的转子位置，设定超前步数k，给定电 磁转矩T%通过公式⑴计算得到不同空间位置对应的电流矢量、的幅值，据此通过变换 得到相应的三相离散电流作为上述DSP控制模块中的电流矢量给定值，并列表，
上式中，9d为最接近转子位置的电流离散位置的绝对角度，k为超前步数，0 b为第一 步中确定的步进角； 第四步，实现永磁无刷直流电机的步进运行： 通过上述编码器位置检测模块检测当前永磁无刷直流电机转子位置0，根据公式（2) 计算出电流矢量序号x，即离散电流矢量位置按逆时针顺序编号，再根据永磁无刷直流电机 转子的运动方向，查第三步制得的列表，得到当前所需的电流矢量isx，最后返回前述的编码 器位置检测模块检测当前永磁无刷直流电机转子位置0，重复此过程，
上式中，％表示取余运算，round为四舍五入取整运算； 上述DSP控制模块利用所设定的循环拍数bH、超前步数k、给定电磁转矩I"以及不同 空间位置对应的电流矢量is的幅值，得到控制所需的电流矢量，并利用电流控制方法，转换 为逻辑电平脉宽调制信号，来控制上述功率电路中三相桥式逆变电路的开关管的导通与关 断，从而实现对永磁无刷直流电机的恒转矩步进控制。
2. 根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法，其特征在 于：所述循环拍数％为6的整数倍。
3. 根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机恒转矩步进控制的运行方法，其特征在 于：所述DSP控制模块中的DSP控制芯片为美国德州仪器TMS320LF2812,编码器位置检测 模块采用12bit精度单圈绝对值编码器，型号为BE122HS58。
【文档编号】H02P21/12GK104506101SQ201510007963
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月8日 优先权日:2015年1月8日
【发明者】孙鹤旭, 荆锴, 董砚, 郑易, 崔向宇, 梁涛, 雷兆明 申请人:河北工业大学