一种微型混动系统中BLDCM的单相检测加速方法及装置与流程

本发明属于微型混动系统
技术领域：
，尤其涉及电机无感起动，具体来说是一种微型混动系统中bldcm的单相检测加速方法及装置。
背景技术：
：微型混动系统中的无刷直流电机(brushlessdirectcurrentmotor，bldcm)一般采用霍尔磁敏式、电磁式或光电式等位置传感器进行转子位置信号的检测。但是位置传感器的使用增大了电机的体积和成本，且维修困难；同时不能适应高温、高湿等恶劣的工作环境；又由于位置传感器连线较多，容易受到外界信号的干扰，降低了电机运行的可靠性。此外，位置传感器的安装精度也会影响到电机的运行性能，增加了生产的工艺难度。因此，取消位置传感器已经成为近二十年来微型混动系统中的一个研究热点。现有技术中，微型混动系统的bldcm无感控制的方式有很多种，比如电感法，能够在电机静止状态下利用六组检测脉冲检测转子的初始位置，但在电机加速过程中，由于检测时间的缩短和驱动脉冲的加入，使其无法在电机加速过程中检测转子位置，导致bldcm容易出现换相错误，抗干扰能力、负载鲁棒性差，使无传感器的bldcm在负载变化剧烈的微型混动系统中起动成功率大大降低。技术实现要素：为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种微型混动系统中bldcm的单相检测加速方法及装置，能够在电机加速过程中检测转子位置区间，提高bldcm起动过程中的抗干扰能力、负载鲁棒性，使无传感器的bldcm在负载变化剧烈的微型混动系统中起动成功率大大增加，可以实现自动自启点火。本发明的具体技术方案如下：一种微型混动系统中bldcm的单相检测加速方法，其特征在于，所述微型混动系统的电机为无传感器的永磁无刷直流内转子电机，所述电机由6个n型mos管构成的三相桥电路通过六步换相法驱动，所述方法具体为在电机由静止状态加速到反电势运行的过程中，通过单相检测脉冲逻辑，对电机定子施加两组检测电压脉冲，并采集母线电流，计算转子实时位置信号，控制器进行电机的换相加速操作。进一步地，所述单相检测脉冲逻辑为根据电机的每一个相序step1-step6，通过控制器高级定时器tim8相应通道发出的检测脉冲，打开三相桥电路的相应mos管，具体地，step1相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch3n、ch1n和ch3通道；step2相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch2n、ch1n和ch2通道；step3相序，打开高级定时器tim8的ch2和ch3n、ch2n和ch3通道；step4相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch3n、ch1n和ch3通道；step5相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch2n、ch1n和ch2通道；step6相序，打开高级定时器tim8的ch2和ch3n、ch2n和ch3通道。进一步地，所述采集母线电流分为两次，在第一组检测脉冲开始的时刻进行第一次母线电流的采集，在第二组检测脉冲开始的时刻结束第一次母线电流采集并开始第二次母线电流采集，在第二组检测脉冲结束时，软件延迟一段时间，再结束第二次母线电流采集。进一步地，所述计算转子实时位置信号的方法为比较两次采集的母线电流值的峰值，当两次采集的母线电流值的峰值差值的符号改变时，则转子当前位置区间发生了改变。进一步地，所述微型混动系统中，发动机为单缸二冲程微型活塞发动机，燃料为体积比为18:1的汽油和机油组成的混合油，发动机曲轴和电机转轴通过联轴器直接轴联。一种微型混动系统中bldcm的单相检测加速装置，所述装置包括控制器、三相桥电路和驱动电路，其特征在于，所述控制器具有ad采集母线电流的硬件电路和至少两个高级定时器，每个高级定时器具有3组互补通道，高级定时器的相应通道并联，连接到驱动电路的驱动芯片对应引脚，然后连接到三相桥驱动电路，最后连接至电机；所述三相桥电路由6个n型mos管构成，通过六步换相驱动法驱动电机；所述驱动电路用于驱动三相桥电路的mos管；所述母线电流指在所述三相桥电路的低端和电机的驱动电源地端之间设置一个毫欧姆级的采样电阻，采集电阻上的电压再计算得到的电流。本发明的有益效果在于：1.本发明取消了微型混动系统中bldcm位置传感器的使用，降低了故障几率和维修成本；2.本发明实现了微型混动系统中bldcm在起动加速过程中检测转子位置区间，提高了bldcm起动过程中的抗干扰能力、负载鲁棒性，使无传感器的bldcm在负载变化剧烈的微型混动系统中起动成功率大大增加，可以实现自动自启点火。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：图1是本发明的整体装置示意图；图2是本发明的12路通道信号相序图；图3是本发明的12路通道信号相序图的部分放大图；图4是本发明的ad电流采集时序图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。本发明的目的在于实现微型混动系统中bldcm由静止状态加速到反电势运行的过程中的转子位置检测，然后带动曲轴旋转，进行发动机点火起动。单相检测加速利用的是定子铁芯的磁通饱和特性和永磁体转子磁势对带铁心的定子线圈具有增磁或去磁作用。电机电路等效公式为：其中，ud为电机相电压，ls为电机等效电感，rs为电机等效电阻，i为电机相电流，t为时间，当转子的位置不同，导致定子线圈电感的大小也不同，若此时施加幅值和持续时间相同的脉冲电压，则感应出的电流也不同。因此在电机加速过程中，施加两组检测脉冲并采集母线电流，通过电流峰值差异就可以检测出电机转子位置区间是否发生变化，从而判断是否要进行换相加速。具体地，一种微型混动系统中bldcm的单相检测加速方法，其特征在于，微型混动系统的电机为无传感器的永磁无刷直流内转子电机，电机由6个n型mos管构成的三相桥电路通过六步换相法驱动，方法具体为在电机由静止状态加速到反电势运行的过程中，通过单相检测脉冲逻辑，对电机定子施加两组检测电压脉冲，并采集母线电流，计算转子实时位置信号，当两次采集的母线电流值的峰值差值的符号改变时，则认为转子当前位置区间发生了改变，控制器进行电机的换相加速操作。母线电流指在三相桥电路的低端和电机的驱动电源地端之间设置一个阻值很低(毫欧姆级)的采样电阻，采集电阻上的电压再计算得到的电流。单相检测脉冲逻辑如表1所示，根据电机的每一个相序step1-step6，通过控制器高级定时器tim8相应通道发出的检测脉冲，打开三相桥电路的相应mos管，具体地，step1相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch3n、ch1n和ch3通道；step2相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch2n、ch1n和ch2通道；step3相序，打开高级定时器tim8的ch2和ch3n、ch2n和ch3通道；step4相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch3n、ch1n和ch3通道；step5相序，打开高级定时器tim8的ch1和ch2n、ch1n和ch2通道；step6相序，打开高级定时器tim8的ch2和ch3n、ch2n和ch3通道。表1单相检测脉冲逻辑表step1step2step3step4step5step6ch1101000101000ch1n010100010100ch2000110000110ch2n001001001001ch3010001010001ch3n100010100010采集母线电流分为两次，在第一组检测脉冲开始的时刻进行第一次母线电流的采集，在第二组检测脉冲开始的时刻结束第一次母线电流采集并开始第二次母线电流采集，在第二组检测脉冲结束时，软件延迟一段时间，再结束第二次母线电流采集。计算转子实时位置信号的方法为比较两次采集的母线电流值的峰值，当两次采集的母线电流值的峰值差值的符号改变时，则转子当前位置区间发生了改变。微型混动系统中，发动机为单缸二冲程微型活塞发动机，燃料为体积比为18:1的汽油和机油组成的混合油，发动机曲轴和电机转轴通过联轴器直接轴联。图1为本发明的整体装置示意图，单相检测加速装置包括控制器、三相桥电路和驱动电路，控制器应具有ad采集母线电流的硬件电路和至少两个高级定时器，每个高级定时器具有3组互补通，两个高级定时器的相应通道并联，连接到驱动电路的驱动芯片对应引脚，然后连接到三相桥驱动电路，最后连接至bldcm。三相桥电路由6个n型mos管构成，通过六步换相驱动法驱动电机；驱动电路用于驱动三相桥电路的mos管。图2所示为本发明采用的两个高级定时器的12通道发出的pwm信号。上半部分是高级定时器tim1的6通道，用来驱动电机，为六步换相驱动，并采用互补通道和死区，h_pwm-l_on的控制策略；下半部分是高级定时器tim8的6通道，采用单脉冲模式，按照图2所示的单相脉冲检测逻辑表，在加速过程中施加两组单相检测脉冲，同样采用六步换相的策略。图3为图2的12路通道信号相序图的部分放大图，高级定时器tim8的两组检测脉冲发生在高级定时器tim1的pwm脉冲结束后，两组检测脉冲具有一定时间间隔，并且其延迟时间和脉冲宽度可调，可根据不同的电机进行调试修正。图4为ad采集母线电流的时机。在第一组检测脉冲开始的时刻进行第一次母线电流的采集；在第二组检测脉冲开始的时刻，结束第一次母线电流采集并开始第二次母线电流的采集；在第二组检测脉冲结束时，软件延迟一段时间(10us左右)，再结束第二次母线电流采集，软件延迟用来保证感应电流采集完全。本发明启动装置的工作原理描述：(1)电机由静止起动加速时，由于没有位置传感器，需要主动施加脉冲激励得到转子位置信号进行换相。(2)控制器根据换相逻辑，控制两个高级定时器分别发出驱动脉冲和检测脉冲，并采集检测脉冲感应出的母线电流。(3)对采集的感应电流进行计算，当两次检测脉冲感应电流峰值的差值符号变化时，控制器进行电机的换相操作。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12