之 间，用于将所述信号放大器126传送过来的模拟信号进行模数转换，转化为数字信号。
[0051] 具体的，所述=相六桥逆变器电路13连接于所述空间矢量脉宽调制模块124和采 样电阻14之间，所述=相六桥逆变器电路13在电机控制电路12的控制下将直流电源斩波， 变为正弦交流信号，用W控制=相无刷电机。
[0052] 需要说明的是，所述=相六桥逆变器电路13是将直流电源变换为所需频率的交流 电源的电路。所述=相六桥逆变器电路13是由六个开关器件构成的=个半桥，同一桥臂的 上下半桥的信号相反。在本实施例中，采用醒OS管构成S相六桥逆变器电路。S相六桥逆变 器电路13通过W确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断，从而在输出端得到 相位相差120度的=相交流电。
[0053] 作为示例，所述采样电阻14为电流采样。
[0054] 需要说明的是，所述采样电阻14分为电流采样和电压采样，所述采样电阻并联为 电压采样，所述采样电阻串联为电流采样;在本实施例中，所述采样电阻14与所述=相六桥 逆变器电路13串联，为电流采样，所述采样电阻14用于采集=相六桥逆变器电路13的母线 电流。
[0055] 作为示例，所述电机控制器1还包括防反电路15,所述防反电路15分别连接于所述 电源与电机控制电路12之间W及电源与所述=相六桥逆变器电路13之间，所述防反电路15 为MOS管防反电路。在本实施例中，通过所述防反电路15,实现电源反接保护，即当电源正负 极接反后不会损坏电机控制器1。
[0056] 如图4所示，本实施例还提供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12接收到通讯接口 11传送过来的控制指令后，电机控制电路12 将所述控制指令转化为=相六桥逆变器电路13的6路开关状态，控制=相六桥逆变器电路 13的输出，所述采样电阻14采集母线电流，经电机控制电路12,重构出电机的=相相电流 值。
[0057] 具体的，所述电机控制电路12中的微控制器121接收到控制指令后，将控制指令发 送给转速环PI控制器122,所述转速环PI控制器122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，所述磁场定向控制器123根据所述转速环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，所述空间矢量脉 宽调制模块124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，控制=相六桥逆变器电路13的输出，所述采样电阻14采集=相六桥逆变器电路 13的母线电流，经信号放大器126放大后，由ADC模数转化电路转换为数字信号，电机控制电 路12内的微控制器121根据当前的=相六桥逆变器电路13的开关状态及电流值，重构出电 机的=相相电流值;微控制器121通过重构的=相相电流值，进行电机磁通估计，得到电机 磁场角度，从而得到电机转子的位置角度，并通过固定时间周期内的位置角度差值计算出 电机转速。
[0058] 下面对相电流重构、电机磁通计算、电机磁场角度计算、电机转子位置角度计算W 及电机转速计算进行说明。
[0059] 根据空间矢量脉宽调制原理，=相六桥的开关状态共有8种，其中每相上桥与下桥 的状态相反，S相上桥U、V、W的开关状态为:000、100、110、010、011、001、101、111;0代表关 断，1代表导通;其中〇〇〇、111为零矢量状态，是没有有效电流的。另外6种状态下采集到的母 线电流与相电流的对应关系如下表所示：
[0061 ]具体计算步骤如下：
[0062] 步骤一:在空间矢量脉宽调制的每个脉冲宽度调制(PWM)周期内有巧巾有效开关状 态，可在相应状态采集两次获得两相的相电流，并根据=相相电流相加之和为零，计算出另 一相的相电流。
[0063] 步骤二:将相电流进行克拉克(Clark)变换，公式如下，切换为a-e坐标系内的电流 Ia、Ie。其中，Iu和Iw为相电流值。
[0066] 步骤S :根据步骤二得到的a-e坐标系内的电流Ia、Ie，按下述公式计算在a-e坐标 系下的电机磁链Wsa、Wse。其中Ua、化为a-e坐标系下的电压，R为电机相电阻。
[0067] Itsa = J(Ua-R^Ia)Clt [006引托P = j(化-R* IfOdt
[0069] 步骤四：根据步骤；的电机磁链Wsa、Wse，按下述公式计算转子磁链Wpa、Wpe。其 中，L为电机相电感。
[0070] Ilv =托a-L*Ia = J(Ua-R*Iadt-L*Ia [0071 ]恥 e=托e-L*Ie=J(Ue-R*Iedt-L*Ie
[0072]步骤五:根据步骤四的转子磁链Wpa、Wpe，按下述公式计算转子角度带。
[0074]步骤六:转子角度每个脉冲宽度调制(PWM)周期计算一次，前后两周期的角度差除 W周期值，即得到电机转速《，公式如下。其中，T为脉冲宽度调制周期，恥、化-I为前后两 周期的转子角度差。
[0076] 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1包括:通讯接口 11，连接上位机或主控制器和电机控制电路12,用于接收 上位机或主控制器的控制命令，并将电机控制器1的状态反馈给上位机；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;=相六桥逆 变器电路13,与电机控制电路12、电机和采样电阻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;采样电阻14,与所述=相六桥逆变器电路13、电机控制电路12 W及参考地相连，用于采集母线电流;所述电机控制电路12、=相六桥逆变器电路13W及采 样电阻14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。所W，本发明有效克服了现有技术中的种 种缺点而具高度产业利用价值。
[0077] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人±皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所掲示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于:所述电机控制器包括： 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，与三相六桥逆变器电路和采样电阻相连，用于重构电机的三相相电流 值； 三相六桥逆变器电路，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 弦交流信号控制三相无刷电机； 采样电阻，与所述三相六桥逆变器电路以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、三相六桥逆变器电路以及采样电阻形成闭环回路。2. 根据权利要求1所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于: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、磁场定向控制器以及三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模数转换电路以及与所述ADC模数转换电路连接的信号放大器。3. 根据权利要求2所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于: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。4. 根据权利要求1所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于:所述采样 电阻为电流米样。5. 根据权利要求1所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于: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以及电源 与所述三相六桥逆变器电路之间。6. 根据权利要求5所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于:所述防反 电路为MOS管防反电路。7. 根据权利要求1所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器，其特征在于:所述通讯 接口为单线串行通讯总线或脉冲宽度调制信号。8. -种如权利要求1所述的无位置传感器的三相无刷电机控制器的控制方法，其特征 在于: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 制指令转化为三相六桥逆变器电路的6路开关状态，控制三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，重构出电机的三相相电流值。9. 根据权利要求8所述的无位置传感器的三相无刷电机控制方法，其特征在于: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、磁场定向控制器以及三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模数转换电路以及与所述ADC模数转换电路连接的信号放大器。10. 根据权利要求8所述的无位置传感器的三相无刷电机控制方法，其特征在于: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以及 电源与所述三相六桥逆变器电路之间，用以电源反接保护。
【专利摘要】本发明提供一种无位置传感器的三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，连接上位机和电机控制电路，用于接收上位机的控制命令，并将电机控制器的状态反馈给上位机；电机控制电路，与三相六桥逆变器电路和采样电阻相连，用于重构电机的三相相电流值；三相六桥逆变器电路，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三相无刷电机；采样电阻，与所述三相六桥逆变器电路以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、三相六桥逆变器电路以及采样电阻形成闭环回路。本发明利用单电阻采集电机电流，从电流中计算出电机位置信息，用于控制三相电机的稳定运行。
【IPC分类】H02P101/45, H02P6/08, H02P6/18
【公开号】CN105553344
【申请号】CN201610030984
【发明人】韩伟, 刘荣鹏
【申请人】上海金脉电子科技有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月18日