一种无刷直流电机无位置传感器控制方法

1.本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种无刷直流电机无位置传感器控制方法。


背景技术：

2.无刷直流电机具有结构简单、控制方便、可靠性高、功率密度大、效率高等优点，在新能源汽车、精密数控机床、工业机器人以及家用电器等方面得到广泛应用。
3.现有技术中，无刷直流电机运行需要位置信号提供换相点，无位置传感器控制方法可以利用电阻网络判断换相点进行电机控制。而在无刷直流电机实际长期运行过程中，无刷直流电机的电阻会随着温度和运行时间的变化使定子绕组出现不对称情况，可能导致无刷直流电机失控。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种无位置传感器控制方法，能保证无刷直流电机在定子绕组不对称情况下保持无位置传感器控制运行，保证无刷直流电机正常运行。
5.具体技术方案如下：
6.在本发明实施的第一方面，首先提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，所述方法包括：
7.采集电机绕组中性点和三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；
8.若定子绕组发生不平衡故障，则根据所述零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值确定不平衡的相位，作为目标相位；
9.确定所述目标相位的定子绕组中的附加电阻和绕组电流；
10.根据所述附加电阻和所述绕组电流，向所述零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压；
11.根据所述补偿零序电压生成第一换相信号；
12.根据所述第一换相信号进行无刷直流电机控制。
13.可选地，所述方法还包括：
14.若定子绕组未发生不平衡故障，根据所述零序电压生成第二换相信号；
15.根据所述第二换相信号进行无刷直流电机控制。
16.可选地，所述根据所述零序电压生成第二换相信号，包括：
17.对所述零序电压进行积分运算，确定所述零序电压进行积分运算地过零点，作为第一换相点；
18.根据所述第一换相点生成第二换相信号。
19.可选地，所述若定子绕组发生不平衡故障，则根据所述零序电压和定子电流中基波的初始相位角差确定不平衡的相位，作为目标相位，包括：
20.若所述零序电压与预设零序电压不相同，则定子绕组发生不平衡故障；
21.根据所述零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值与各相位之间的预设关系，确定不平衡的相位，作为目标相位。
22.可选地，所述根据所述附加电阻和所述绕组电流，向所述零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压，包括：
23.根据公式u＝ri/3计算补偿电压信号；其中r为所述附加电阻，i为所述绕组电流；
24.将所述补偿电压信号与所述零序电压相加，得到补偿零序电压。
25.可选地，所述根据所述零序电压生成第一换相信号，包括：
26.对所述零序电压进行积分运算，确定所述零序电压进行积分运算地过零点，作为第二换相点；
27.根据所述第二换相点生成第一换相信号。
28.在本发明实施的第二方面，还提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，所述装置包括：
29.采集模块，用于采集电机绕组中性点和三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；
30.目标相位确定模块，用于若定子绕组发生不平衡故障，则根据所述零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值确定不平衡的相位，作为目标相位；
31.参数确定模块，用于确定所述目标相位的定子绕组中的附加电阻和绕组电流；
32.补偿零序电压生成模块，用于根据所述附加电阻和所述绕组电流，向所述零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压；
33.第一换相信号生成模块，用于根据所述补偿零序电压生成第一换相信号；
34.第一控制模块，用于根据所述第一换相信号进行无刷直流电机控制。
35.可选地，所述装置还包括：
36.第二换相信号生成模块，用于若定子绕组未发生不平衡故障，根据所述零序电压生成第二换相信号；
37.第二控制模块，用于根据所述第二换相信号进行无刷直流电机控制。
38.可选地，所述第二换相信号生成模块，包括：
39.第一换相点确定子模块，用于对所述零序电压进行积分运算，确定所述零序电压进行积分运算地过零点，作为第一换相点；
40.第二换相信号生成子模块，根据所述第一换相点生成第二换相信号。
41.可选地，所述目标相位确定模块，包括：
42.不平衡故障确定子模块，用于若所述零序电压与预设零序电压不相同，则确定定子绕组发生不平衡故障；
43.目标相位确定子模块，用于根据所述零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值与各相位之间的预设关系，确定不平衡的相位，作为目标相位。
44.可选地，所述补偿零序电压生成模块，包括：
45.补偿电压信号计算子模块，用于根据公式u＝ri/3计算补偿电压信号；其中r为所述附加电阻，i为所述绕组电流；
46.补偿零序电压计算子模块，用于将所述补偿电压信号与所述零序电压相加，得到补偿零序电压。
47.可选地，所述第一换相信号生成模块，包括：
48.第二换相点确定子模块，对所述零序电压进行积分运算，确定所述零序电压进行积分运算地过零点，作为第二换相点；
49.第一换相信号生成子模块，根据所述第二换相点生成第一换相信号。
50.本发明实施例提供的无位置传感器控制方法，可以采集电机绕组中性点和三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；若定子绕组发生不平衡故障，则根据零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值确定不平衡的相位，作为目标相位；确定目标相位的定子绕组中的附加电阻和绕组电流；根据附加电阻和绕组电流，向零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压；根据补偿零序电压生成第一换相信号；根据第一换相信号进行无刷直流电机控制。能够在定子绕组发生不平衡故障时，对零序电压进行补偿，保证无刷直流电机保持无位置传感器控制运行，保证无刷直流电机正常运行。
附图说明
51.图1为本发明实施例中无刷直流电机在正常情况下的电路示意图；
52.图2为本发明实施例提供的一种无刷直流电机无位置传感器控制方法的流程图；
53.图3为无刷直流电机在a相位绕组不平衡的情况下的控制框图；
54.图4为本发明实施例提供的另一种无刷直流电机无位置传感器控制方法的流程图；
55.图5为本发明实施例提供的一种无刷直流电机无位置传感器控制装置的结构图。
具体实施方式
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本发明所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.参见图1，图1为本发明实施例中无刷直流电机在正常情况下的电路示意图。
58.如图1所示，直流电源与逆变器相连，电感线圈ia、ib、ic采用星形连接与逆变器相连，电感线圈ia所在线路为a相位，电感线圈ib所在线路为b相位，电感线圈ic所在线路为c相位，电感线圈ia、ib、ic的连接点n为电机定子绕组中性点，三个电阻rn采用星形连接与逆变器相连，三个电阻的连接点s为电阻网络中性点。
59.正常情况下，零序电压u
sn
为
[0060][0061]
(1)式中：零序电压u
sn
为电阻网络中性点与电机定子绕组中性点之间的电压，ea、eb、ec分别为电感线圈ia、ib、ic所在电路的三相空载反电动势。
[0062]
本发明实施例提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制方法，参见图2，图2为本发明实施例提供的一种无刷直流电机无位置传感器控制方法的流程图，该方法可以包括以下步骤：
[0063]
s201，采集电机绕组中性点和三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压。
[0064]
s202，若定子绕组发生不平衡故障，则根据零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值确定不平衡的相位，作为目标相位。
[0065]
s203，确定目标相位的定子绕组中的附加电阻和绕组电流。
[0066]
s204，根据附加电阻和绕组电流，向零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压。
[0067]
s205，根据补偿零序电压生成第一换相信号。
[0068]
s206，根据第一换相信号进行无刷直流电机控制。
[0069]
基于本发明实施例提供的无刷直流电机无位置传感器控制方法，能够在定子绕组发生不平衡故障时，对零序电压进行补偿，保证无刷直流电机保持无位置传感器控制运行，保证无刷直流电机正常运行。
[0070]
下面以无刷直流电机a相位(b相位和c相位类似)发生绕组不平衡为例进行说明：
[0071]
参见图3，图3为无刷直流电机在a相位绕组不平衡的情况下的控制框图，当出现定子绕组不平衡时，以a相位出现电阻不平衡为例，零序电压u
sn
为
[0072][0073]
(2)式中：r
add_a
为模拟故障时串联在a相位定子绕组中的附加电阻，ia为a相位绕组电流。
[0074]
在定子绕组正常情况下r
add_a
为零，在定子绕组不对称故障下，r
add_a
不再为零，零序电压u
sn
受到反电动势三次谐波及其奇数倍次谐波和定子电流ia共同影响，其中定子电流中除了含有基波之外，也会出现三次、五次和七次等谐波。因此，可以利用零序电压中新出现的谐波来判断绕组不对称故障。即，若u
sn
与正常情况下的零序电压u
sn
不相等，则可以确定定子绕组发生不对称故障。
[0075]
若忽略定子电流中的高次谐波，定子电流ia可以表示为
[0076]
ia＝i
a sin(θ+θa)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0077]
(3)式中：ia和θa分别为ia的幅值和初始相位角。
[0078]
将式(3)代入式(2)中可得
[0079][0080]
(4)式中：u1和α是零序电压u
sn
中基波的幅值和初始相位角，且表示为
[0081][0082]
由式(5)可知，在ia不变的情况下，u1和r
add_a
是呈线性关系的，零序电压u
sn
中基波的初始相位角和定子电流ia中基波的初始相位角相差180度。可以利用零序电压u
sn
中基波的幅值判断绕组不对称故障；利用零序电压u
sn
和定子电流中基波的初始相位角定位故障相。
[0083]
图3中，换相信号的操作为：采集的零序电压在经过积分运算之后，对其过零点进行0到5的计数，每次计数对应一种换相信号，按照从0到5再到0的顺序输出。
[0084]
转速计算的操作为：对采集的零序电压进行过零点检测，得到相邻两次过零点时
间td，即为电机转过60度电角度的时间，再乘以电机极对数p，即为电机转过60度机械角度的时间tm，再乘以6，即为电机转一圈的时间tr，最后用60除以tr即为电机转速。
[0085]
pi的操作为：将参考转速和实际转速的差值m乘以比例系数k
p
，同时将m乘以积分系数ki再积分，将二者相加。
[0086]
在一个实施例中，参见图4，在图2的基础上，该方法还可以包括：
[0087]
s207，若定子绕组未发生不平衡故障，根据零序电压生成第二换相信号；
[0088]
s208，根据第二换相信号进行无刷直流电机控制。
[0089]
一种实现方式中，若u
sn
与正常情况下的零序电压u
sn
相等，则可以确定定子绕组未发生不对称故障。
[0090]
在一个实施例中，步骤s207，包括：
[0091]
步骤一，对零序电压进行积分运算，确定零序电压进行积分运算地过零点，作为第一换相点。
[0092]
步骤二，根据第一换相点生成第二换相信号。
[0093]
在一个实施例中，步骤s202，包括：
[0094]
步骤一，若零序电压与预设零序电压不相同，则定子绕组发生不平衡故障。
[0095]
步骤二，根据零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值与各相位之间的预设关系，确定不平衡的相位，作为目标相位。
[0096]
一种实现方式中，当任一相位的电流初始相位角与零序电压基波的初始相位角之差为180度，即可确定该相位为不平衡的相位。
[0097]
在一个实施例中，步骤s204，包括：
[0098]
步骤一，根据公式u＝ri/3计算补偿电压信号。其中r为附加电阻，i为绕组电流。
[0099]
步骤二，将补偿电压信号与零序电压相加，得到补偿零序电压。
[0100]
一种实现方式中，由式(2)可知，当定子绕组不对称故障发生时，零序电压信号中掺杂有不平衡电阻引起的电压分量，影响无位置传感器控制运行。
[0101]
参见图3，可以在判断出故障大小和故障相位为a相位时，r为r
add_a
，i为ia，向零序电压中添加大小为r
add_a
ia/3的电压信号进行补偿，得到更新后的u
sn
(上述补偿零序电压)，保证无位置传感器控制可以正常运行。
[0102]
在一个实施例中，步骤s205，包括：
[0103]
步骤一，对零序电压进行积分运算，确定零序电压进行积分运算地过零点，作为第二换相点；
[0104]
步骤二，根据第二换相点生成第一换相信号。
[0105]
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种无刷直流电机无位置传感器控制装置，参见图5，图5为本发明实施例提供的一种无刷直流电机无位置传感器控制装置的结构图，装置包括：
[0106]
采集模块501，用于采集电机绕组中性点和三相平衡电阻网络中性点之间的零序电压；
[0107]
目标相位确定模块502，用于若定子绕组发生不平衡故障，则根据零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值确定不平衡的相位，作为目标相位；
[0108]
参数确定模块503，用于确定目标相位的定子绕组中的附加电阻和绕组电流；
[0109]
补偿零序电压生成模块504，用于根据附加电阻和绕组电流，向零序电压中添加补偿电压信号，得到补偿零序电压；
[0110]
第一换相信号生成模块505，用于根据补偿零序电压生成第一换相信号；
[0111]
第一控制模块506，用于根据第一换相信号进行无刷直流电机控制。
[0112]
在一个实施例中，该装置还包括：
[0113]
第二换相信号生成模块，用于若定子绕组未发生不平衡故障，根据零序电压生成第二换相信号；
[0114]
第二控制模块，用于根据第二换相信号进行无刷直流电机控制。
[0115]
在一个实施例中，第二换相信号生成模块，包括：
[0116]
第一换相点确定子模块，用于对零序电压进行积分运算，确定零序电压进行积分运算地过零点，作为第一换相点；
[0117]
第二换相信号生成子模块，根据第一换相点生成第二换相信号。
[0118]
在一个实施例中，目标相位确定模块502，包括：
[0119]
不平衡故障确定子模块，用于若零序电压与预设零序电压不相同，则确定定子绕组发生不平衡故障；
[0120]
目标相位确定子模块，用于根据零序电压和定子电流中基波的初始相位角的差值与各相位之间的预设关系，确定不平衡的相位，作为目标相位。
[0121]
在一个实施例中，补偿零序电压生成模块504，包括：
[0122]
补偿电压信号计算子模块，用于根据公式u＝ri/3计算补偿电压信号；其中r为附加电阻，i为绕组电流；
[0123]
补偿零序电压计算子模块，用于将补偿电压信号与零序电压相加，得到补偿零序电压。
[0124]
在一个实施例中，第一换相信号生成模块505，包括：
[0125]
第二换相点确定子模块，对零序电压进行积分运算，确定零序电压进行积分运算地过零点，作为第二换相点；
[0126]
第一换相信号生成子模块，根据第二换相点生成第一换相信号。
[0127]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0128]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备及存储介质而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0129]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。