一种无位置传感器的三相无刷电机控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种电机控制技术，特别是设及一种无位置传感器的=相无刷电机控 制器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 电机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备。电机主要由定子与转子组成，它 是利用通电线圈（也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合侣框)形成 磁电动力旋转扭矩，通过磁场对电流受力的作用，使电机转动，通电导线在磁场中受力运动 的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向）方向有关。由于电机的一系列优点，即使用和控制 非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、擧住等能力，能满足各种运行要求;而且电机的工 作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小，所W在工农业生产、交通运输、国 防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。
[0003] 随着新能源汽车的开发使用的普及，W及传统汽车智能化、电子化的改进，原有的 机械水累、风扇和有刷电动水累、风扇明显的不能满足新发展的需求。=相无刷直流电机具 有结构简单、运行效率高、调速性能好和控制简单等优点，已经在自动化控制领域得到了广 泛应用。一般的=相无刷直流电机需要转子位置传感器提供转子位置信号，控制器根据位 置信号控制电力电子开关逆变器对=相绕组进行换相控制，但安装位置传感器增大了电机 的体积和成本，且传感器连线较多，属于弱点信号，易受电机强电、外界信号干扰，降低了电 机运行的可靠性。
[0004] 然而，高性能无传感器控制技术的实现，不但避免了位置传感器的安装、维护问 题，而且降低了电机成本，因此，无位置传感器的=相无刷直流电机成为车用电机的一个重 要发展方向，可应用于汽车水冷累、燃料累、变速箱油累、空调风机、散热风扇等应用中。
[0005] 因此，本发明为了解决上述问题点，其目的在于:提供一种无位置传感器的=相无 刷电机控制器及其控制方法，不需要位置传感器，利用单电阻采集电机电流，从电流中计算 出电机位置信息，用于控制=相电机的稳定运行。
【发明内容】
[0006] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无位置传感器的=相 无刷电机控制器及其控制方法，不需要位置传感器，利用单电阻采集电机电流，从电流中计 算出电机位置信息，用于控制=相电机的稳定运行。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无位置传感器的=相无刷电机 控制器，包括:通讯接口，与电机控制电路相连，用于接收上位机或主控制器的控制命令，并 将电机控制器的状态反馈给上位机；电机控制电路，与=相六桥逆变器电路和采样电阻相 连，用于重构电机的=相相电流值;=相六桥逆变器电路，与电机控制电路和采样电阻相 连，用于将直流电源斩波，变为正弦交流信号控制=相无刷电机;采样电阻，与所述=相六 桥逆变器电路W及电机控制电路相连，用于采集母线电流;所述电机控制电路、=相六桥逆 变器电路W及采样电阻形成闭环回路。
[0008] 优选地，所述电机控制电路包括连接于所述通讯接口的微控制器，与所述微控制 器连接的转速环PI控制器，连接于所述转速环PI控制器且与所述微控制器连接的磁场定向 控制器，分别与所述微控制器、磁场定向控制器W及=相六桥逆变器电路连接的空间矢量 脉宽调制模块，与所述微控制器连接的ADC模数转换电路W及与所述ADC模数转换电路连接 的信号放大器。
[0009] 优选地，所述信号放大器的输入端分别连接于所述采样电阻的两端。
[0010] 优选地，所述采样电阻为电流采样。
[0011] 优选地，所述电机控制器还包括防反电路，所述防反电路分别连接于所述电源与 电机控制电路之间W及电源与所述=相六桥逆变器电路之间。
[0012] 优选地，所述防反电路为MOS管防反电路。
[0013] 优选地，所述通讯接口为单线串行通讯总线或脉冲宽度调制信号。
[0014] 本发明还提供了一种无位置传感器的=相无刷电机控制器的控制方法，包括:所 述电机控制电路接收到通讯接口传送过来的控制指令后，电机控制电路将所述控制指令转 化为=相六桥逆变器电路的6路开关状态，控制=相六桥逆变器电路的输出，所述采样电阻 采集母线电流，经电机控制电路，重构出电机的=相相电流值。
[0015] 优选地，所述电机控制电路包括连接于所述通讯接口的微控制器，与所述微控制 器连接的转速环PI控制器，连接于所述转速环PI控制器且与所述微控制器连接的磁场定向 控制器，分别与所述微控制器、磁场定向控制器W及=相六桥逆变器电路连接的空间矢量 脉宽调制模块，与所述微控制器连接的ADC模数转换电路W及与所述ADC模数转换电路连接 的信号放大器。
[0016] 优选地，所述电机控制器还包括防反电路，所述防反电路分别连接于所述电源与 电机控制电路之间W及电源与所述=相六桥逆变器电路之间，用W电源反接保护。
[0017] 如上所述，本发明提供一种无位置传感器的=相无刷电机控制器及其控制方法， 所述电机控制器包括:通讯接口，连接上位机或主控制器和电机控制电路，用于接收上位机 或主控制器的控制命令，并将电机控制器的状态反馈给上位机;电机控制电路，与=相六桥 逆变器电路和采样电阻相连，用于重构电机的=相相电流值;=相六桥逆变器电路，与电机 控制电路、电机和采样电阻相连，用于将直流电源斩波，变为正弦交流信号控制=相无刷电 机;采样电阻，与所述=相六桥逆变器电路、电机控制电路W及参考地相连，用于采集母线 电流;所述电机控制电路、=相六桥逆变器电路W及采样电阻形成闭环回路。具有W下有益 效果:本发明采用单电阻无位置传感器控制方案，只使用一个母线电流采样电阻，就能获得 电机相电流、电机转子位置、转速等信息，实现了电机的转速闭环控制，其控制性能与带位 置传感器和多个相电流传感器的控制方案一致，在不降低控制性能的前提下极大降低了系 统成本。
【附图说明】
[0018] 图1显示为本发明的无位置传感器的=相无刷电机控制器的系统框图。
[0019] 图2显示为本发明的无位置传感器的=相无刷电机控制器的电机控制电路框图。
[0020] 图3显示为本发明的无位置传感器的=相无刷电机控制器的结构框图。
[0021] 图4显示为本发明的无位置传感器的=相无刷电机控制器的控制方法流程图。
[0022] 元件标号说明
[0023] 1 电机控制器
[0024] 11 通讯接口
[0025] 12 电机控制电路
[0026] 121 微控制器
[0027] 122 转速环PI控制器
[002引123 磁场定向控制器
[0029] 124 空间矢量脉宽调制模块
[0030] 125 ADC模数转换电路
[0031] 126 信号放大器
[0032] 13 =相六桥逆变器电路
[0033] 14 采样电阻
[0034] 15 防反电路
【具体实施方式】
[0035] W下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的具体实 施方式加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0036] 请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本 发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数 目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其 组件布局型态也可能更为复杂。
[0037] 如图1至图3所示，本实施例提供一种无位置传感器的=相无刷电机控制器，包括： [003引通讯接口 11，与电机控制电路12相连，用于接收上位机或主控制器的控制命令，并 将电机控制器的状态反馈给上位机；
[0039] 电机控制电路12,与=相六桥逆变器电路13和采样电阻14相连，用于重构电机的 =相相电流值；
[0040] =相六桥逆变器电路13,与电机控制电路12和采样电阻14相连，用于将直流电源 斩波，变为正弦交流信号控制=相无刷电机；
[0041] 采样电阻14,与所述=相六桥逆变器电路13W及电机控制电路12相连，用于采集 母线电流；
[0042] 所述电机控制电路12、S相六桥逆变器电路13W及采样电阻14形成闭环回路。
[0043] 作为示例，所述通讯接口 11为单线串行通讯总线或脉冲宽度调制信号。
[0044] 作为示例，所述电机控制电路12包括连接于所述通讯接口 11的微控制器121，与所 述微控制器121连接的转速环PI控制器122,连接于所述转速环PI控制器122且与所述微控 制器121连接的磁场定向控制器123,分别与所述微控制器121、磁场定向控制器123W及S 相六桥逆变器电路13连接的空间矢量脉宽调制模块124,与所述微控制器121连接的模数转 换器电路125W及与所述ADC模数转换电路125连接的信号放大器126。
[0045] 具体的，所述微控制器121作为电机控制器1的控制单元，根据当前=相六桥逆变 器电路13的开关状态及母线电流值，重构出电机的=相相电流值。
[0046] 具体的，所述转速环PI控制器122连接于所述微控制器121和磁场定向控制器123 之间，通过比较当前电机转速与从通讯接口获得的转速指令的差值，给出电机所需的电流 值。
[0047] 具体的，所述磁场定向控制器123分别与所述转速环PI控制器122和微控制器121 连接，所述转速环PI控制器122将电流值指令传送给磁场定向控制器123,所述磁场定向控 制器123根据转速环PI控制器122给出的电流指令及当前电流数值，计算给出电机所需的电 压矢量值。
[0048] 具体的，所述空间矢量脉宽调制模块124分别与所述=相六桥逆变器电路13和微 控制器连接，将磁场定向控制器123给出的电压矢量转化为=相六桥逆变器电路13的6路开 关状态，用W控制=相六桥逆变器电路13的输出。
[0049] 作为示例，所述信号放大器126的输入端分别连接于所述采样电阻14的两端，当母 线电流流经所述采样电阻14时，所述采样电阻14两端形成压降，所述信号放大器126将采样 电阻14两端的压降进行信号放大。
[0050] 具体的，所述ADC模数转换电路125连接于所述信号放大器126和微控制器121