专利名称：无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的检测方法
技术领域：
本发明为一种无位置传感器无刷直流电机低速运行状态下转子位置检测方 法，尤其适用于电动车用无位置传感器无刷直流电机在低速运行状态下转子位 置的检测。
背景技术：
无刷直流电机(BrushlessDCMotor， BLDCM)具有无换向火花、运行可靠、 维护方便、结构简单等优点，因而在很多场合得到了广泛应用。但是传统的 BLDCM需要一个附加的位置传感器来检测转子位置，这给其应用带来了很多不 利的影响。因而，BLDCM的无位置传感器控制技术在近几十年中成为国内外较 为热门的研究课题。BLDCM无位置传感器控制研究的核心是构架转子位置信号 检测电路，从软硬件两方面间接获得可靠的转子位置信号，从而触发导通相应 的功率器件，驱动电机运转。当前，应用和研究较多的转子位置信号检测方法 主要有定子电感法、速度无关位置函数法、基波电势换向法、状态观测器法和 反电动势检测法等。其中，反电动势法是迄今为止最成熟、最有效，也是最常 见和应用最为广泛的一种转子位置信号检测方法。
在电机静止及低速运行时，电枢相应端电压及反电势为零或极低，难以利 用反电动势检测出用以确定转子磁极的空间位置，更难以控制三相逆变桥实现 正确换相。针对这一无位置传感器无刷直流电机在起动的低速阶段遇到的问题， 当前存在的主要解决方案有预定位起动法、升频升压同步起动法、短时检测脉 冲转子定位起动法、"三段式"开环起动法等。这些起动方法解决了电机在静止和 低速运行状态下的换相问题，但是其弊端也很明显，那就是起动时适应带载变 化范围小，电机运行的稳定性和灵活性也难以得到有效保证。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提出一种无位置传感器无刷直流电机低速状态 转子位置的检测方法，这种方法能够在电机处于低转速运行状态时准确的判断 出转子当前位置，进而使正常带载情况下的无位置传感器无刷直流电机稳定启 动。
无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的检测方法，包括以下步骤: l)采用脉冲定位方法检测出无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子的 初始位置；2) 处理器根据得到的转子初始位置，控制驱动模块导通下一电压矢量所对应 的逆变桥电路相应的开关管，起动电机旋转；
3) 设定电机转速阈值^，当电机实际转速v〈R时，为低转速运行状态区间， 利用反电动势检测模块持续检测低转速区间内电机产生的反电动势矢量；
4) 处理器在设定的周期7;时间内，对检测到的有效反电动势矢量计数，比较 《时间内的计数值，以最大计数值对应的反电动势矢量为当前转子位置；
5) 处理器根据步骤4)得到的转子当前位置，控制驱动模块导通下一电压矢 量所对应的逆变桥电路相应的开关管，能够使电机在低速运行状态下正常运转， 表明转子当前位置正确。
上述设定的周期7;时间一般为30 80毫秒。
本发明中所述的反电动势检测模块包括三个低通滤波器，三个电阻和三个 比较器。第一低通滤波器的输入端接电机A相绕组，输出端与第一电阻一端及 第一比较器的负端相连，第二低通滤波器的输入端接电机B相绕组，输出端与 第二电阻一端及第二比较器的负端相连，第三低通滤波器的输入端接电机C相 绕组，输出端与第三电阻一端及第三比较器的负端相连，三个电阻的另一端共 同与三个比较器的正端相连，三个比较器的输出端与处理器的输入端相连。
本发明的有益效果
本发明利用最大概率在电机低速运行状态下判定转子当前位置，即比较7;时 间内的计数值，以最大计数值对应的反电动势矢量确定为当前转子位置，可以 在正常带载范围内实现无位置传感器无刷直流电机稳定可靠的起动，控制简单， 易于实现。
图l是本发明检测方法示意图2是反电动势检测模块构成原理图3是利用最大概率法确定转子位置示意图4是处理器控制流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的检测方法，包括 以下步骤
1)用脉冲定位方法(见硕士学位论文"无刷直流电机无位置传感器控制的 研究"，作者浙江大学，李和明)检测出无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子的初始位置。
2) 处理器1根据得到的转子初始位置，控制驱动模块2导通下一电压矢量 所对应的逆变桥电路3相应的开关管，起动电机4旋转。
3) 设定电机转速阈值K，当电机实际转速ZR时，为低转速运行状态区间， 利用反电动势检测模块5持续检测低转速区间内电机产生的反电动势矢量。
4) 处理器1在设定的周期z;时间内，对检测到的有效反电动势矢量计数， 比较z;时间内的计数值，以最大计数值对应的反电动势矢量为当前转子位置。即 利用最大概率在电机低速运行状态下判定转子当前位置。
5) 处理器1根据步骤4)得到的转子当前位置，控制驱动模块2导通下一 电压矢量所对应的逆变桥电路3相应的开关管，能够使电机在低速运行状态下 正常运转，表明转子当前位置正确。
上述的处理器可采用艾特梅尔(ATMEL)公司的atmega48单片机，按照图 4给出的控制流程图进行工作。
其中，反电动势检测模块如图2所示，包括三个低通滤波器6、 7、 8，三个 电阻R1、 R2、 R3和三个比较器9、 10、 11，第一低通滤波器6的输入端接电机 A相绕组，输出端与第一电阻R1—端及第一比较器9的负端相连，第二低通滤 波器7的输入端接电机B相绕组，输出端与第二电阻R2 —端及第二比较器10 的负端相连，第三低通滤波器8的输入端接电机C相绕组，输出端与第三电阻 R3 —端及第三比较器11的负端相连，三个电阻R1、 R2、 R3的另一端共同与三 个比较器9、 10、 11的正端相连，三个比较器的输出端与处理器1的输入端相 连。
三个电阻R1、 R2、 R3和三个低通滤波器6、 7、 8相结合模拟出电机的电 势中性点，三个比较器9、 10、 11将各相电压分别与模拟电机中性点电势进行 比较后得到反电动势矢量，反电动势矢量用三位二进制数表示，共有OOO、 001、 010、 011、 100、 101、 110、 111这8种状态，在三相六状态无刷直流电机中只 取用其中的6种有效状态001、 010、 011、 100、 101、 110。
利用最大概率法确定转子当前位置，参见图3，图中VI、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6为上述6种有效状态对应的有效反电动势矢量，分别为V1 (001)、 V2 (101)、 V3 (100)、 V4 (110)、 V5 (010)、 V6 (011)，这6个矢量将转子所处 的360。电角度分成了六个区域。图中S16、 S12为以VI为中心的60。电角度区 域，S21、 S23为以V2为中心的60。电角度区域，S32、 S34为以V3为中心的 60。电角度区域，S43、 S45为以V4为中心的60。电角度区域,S54、 S56为以V2为中心的60。电角度区域,S65、 S61为以V6为中心的60。电角度区域。设定电机 转速阈值R，当电机实际转速T^F口即电机处于低速运行状态时，使用定时器 在K时间(一般取值约几十毫秒)内，对反电动势检测模块检测到的6种有效反 电动势矢量分别计数，以最大计数值对应的反电动势矢量为当前转子位置。如 图中所示，假定转子当前处于S12区域，则z;时间内计数结果必为Vl对应矢量 所得数值最大，从而可以判定转子处于以VI为中心的区域内(即S12和S16 共同组成的区域)，得到了转子当前位置。其它情况时亦然。
权利要求
1. 无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的检测方法，包括以下步骤1)采用脉冲定位方法检测出无位置传感器无刷直流电机静止状态下转子的初始位置；2)处理器(1)根据得到的转子初始位置，控制驱动模块(2)导通下一电压矢量所对应的逆变桥电路(3)相应的开关管，起动电机(4)旋转；3)设定电机转速阈值V1，当电机实际转速v<V1时，为低转速运行状态区间，利用反电动势检测模块(5)持续检测低转速区间内电机产生的反电动势矢量；4)处理器(1)在设定的周期T1时间内，对检测到的有效反电动势矢量计数，比较T1时间内的计数值，以最大计数值对应的反电动势矢量为当前转子位置；5)处理器(1)根据步骤4)得到的转子当前位置，控制驱动模块(2)导通下一电压矢量所对应的逆变桥电路(3)相应的开关管，能够使电机在低速运行状态下正常运转，表明转子当前位置正确。
2. 根据权利要求1所述的无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的 检测方法，其特征是设定的周期r,时间为30 80毫秒。
3. 根据权利要求1所述的无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的 检测方法，其特征是反电动势检测模块(5)包括三个低通滤波器(6、 7、 8)， 三个电阻(Rl、 R2、 R3)和三个比较器(9、 10、 11)。第一低通滤波器(6) 的输入端接电机A相绕组，输出端与第一电阻(Rl) —端及第一比较器(9)的 负端相连，第二低通滤波器(7)的输入端接电机B相绕组，输出端与第二电阻(R2) —端及第二比较器(10)的负端相连，第三低通滤波器(8)的输入端接 电机C相绕组，输出端与第三电阻(R3) —端及第三比较器(11)的负端相连， 三个电阻(Rl、 R2、 R3)的另一端共同与三个比较器(9、 10、 11)的正端相 连，三个比较器的输出端与处理器(1)的输入端相连。
全文摘要
本发明公开的无位置传感器无刷直流电机低速状态转子位置的检测方法，首先利用脉冲定位法确定转子初始位置，导通下一电压矢量，使电机由静止旋转。然后设定电机转速阈值V<sub>1</sub>，当电机实际转速v＜V<sub>1</sub>时，为低转速运行状态区间。利用最大概率法在电机低速运行状态下判定转子当前位置，即在T<sub>1</sub>时间内对检测到的有效反电动势矢量计数，以最大计数值对应的反电动势矢量为当前转子位置。利用本方法可以在正常带载范围内实现无位置传感器无刷直流电机稳定可靠的起动，控制简单，易于实现。
文档编号H02P6/14GK101534087SQ20091009763
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者张思建, 陈铁铮, 颜钢锋 申请人:浙江大学