高精度双轴对转无刷直流电机内外转子位置检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于双轴对转无刷直流电机驱动控制领域，具体涉及一种高精度双轴对转 无刷直流电机内外转子位置检测方法。
【背景技术】
[0002] 普通无刷直流电机仅仅是转子永磁体旋转，其电枢绕组定子是静止不动的。而双 轴对转无刷直流电机是基于作用力和反作用力的原理设计的，在电磁转矩的推动下内外两 个转子同时向相反方向旋转。这种双轴对转无刷直流电机主要应用于水下双轴对转推进系 统中，可以有效防止发生横滚现象，显著提高水下航行器的推进效率。
[0003] 在电机驱动控制领域中，转子位置检测系统是一个关键部分。使用良好的转子位 置检测系统可以准确地判断电机转子位置信息达到控制目的。目前用于无刷直流电机驱动 控制系统中电机转子位置的检测方法有：旋转变压器、光电编码器、电机内置位置传感器法 等。旋转变压器需要对输入的信号解码，算法复杂，成本也很高；光电编码器虽然精度较高， 但在航空、航天、航海等环境恶劣的领域中，难以保证工作稳定性，使用寿命也很有限；电机 内置位置传感器法可以较好地完成转子位置检测，提供准确的换相信息，达到较好电机控 制效果。
[0004] 目前，普通无刷直流电机大多采用3个霍尔元件，位置信号在经过硬件滤波和消 抖后，输入到MCU控制器，进入换相表，导通相应的电枢绕组。双轴对转无刷直流电机由于 内外转子都在旋转，就必须测量出内外两个转子的实际位置。在附图3所示的双轴对转无 刷直流电机结构图中，通过针对内外转子各自安装固定一个位置霍尔盘提供内外转子的霍 尔位置信号，霍尔位置信号时序逻辑如附图2所示。如果不能利用内外转子的霍尔位置信 号，准确检测内外转子实际位置，将影响到双轴对转无刷直流电机正常运行和工作效率，严 重时发展到电机过热损坏、控制电路烧坏的地步。
【发明内容】
[0005] 要解决的技术问题
[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高精度双轴对转无刷直流电机内 外转子位置检测方法。
[0007] 技术方案
[0008] -种高精度双轴对转无刷直流电机内外转子位置检测方法，其特征在于：在高精 度双轴对转无刷直流电机内外转子各自安装一个位置霍尔盘，以得到内外转子的霍尔位置 信号，检测步骤如下：
[0009] 第一阶段：初始化电机调速系统：
[0010] 步骤1 :电机调速系统启动时刻将内转子计数变量n_count、n_countb，外转子计 数变量w_count、w_countb置零；
[0011] 步骤2 :系统采用定期触发中断方式检测霍尔位置信号；
[0012] 第二阶段：计算内外转子周期计数长度n_countb、w_countb，并且进行实时计数：
[0013] 步骤1 :当电机系统完成初始启动时，检测内外转子的霍尔位置信号；
[0014] 检测内转子霍尔位置信号n_U下降沿，若不是下降沿则不进行计数，若是下降沿， 开始计数，变量n_count=n_count+l;
[0015] 检测外转子霍尔位置信号w_U下降沿，若不是下降沿则不进行计数，若是下降沿， 开始计数，变量w_count=w_count+l;
[0016] 步骤2 :继续检测内转子霍尔位置信号n_U下降沿，若不是下降沿，则继续计数；若 检测到下降沿，则停止计数，同时将n_count值赋给变量n_countb，再将n_count值置0 ;
[0017] 继续检测外转子霍尔位置信号w_U下降沿，若不是下降沿，则继续计数；若检测到 下降沿，则停止计数，同时同时将w_count值赋给变量w_countb，再将w_count置置0 ;
[0018] 第三阶段、计算实时内外转子角度0n、0W:
[0019] 计算内转子实时位1
[0020] 计算外转子实时位置
[0021] 计算内外转子的相对位置0 = 0 n+0 w。
[0022] 当得到内外转子实时相对位置0 > = 360度时，将0与360°比较运算处理，实际 相对位置等于9-360°。
[0023] 有益效果
[0024] 本发明提出的一种高精度双轴对转无刷直流电机内外转子位置检测方法，由于双 轴对转无刷直流电机与普通电机不同的是内外转子都在旋转，必须通过精确检测出内外转 子的实时位置9 n、9w，提供准确的换相信息才能让双轴对转无刷直流电机运转起来。本发 明采用对高精度双轴对转无刷直流电机内外转子各自安装一个位置霍尔盘的方式，提供内 外转子的霍尔位置信号U、V、W、A、Z，霍尔位置信号时序逻辑图如附图4所示。通过检测霍 尔位置信号U的下降沿，完成计数count，并在第一阶段结束时将count数值保存到countb 中，同时将计数变量count清零；通过检测霍尔位置信号U的下降沿，进行计数count，同时 计算转子的实时位置9。通过在双轴对转无刷直流电机控制系统MCU控制器中同时进行 具体分为上述两个阶段的内外转子实时位置检测程序，可以准确的得到内外转子的实时位 置en、。本发明提出的一种高精度双轴对转无刷直流电机内外转子位置检测方法具有 结果精确、执行效率高、实时性好的优点，提高了双轴对转无刷直流电机的工作稳定性和运 行效率。
【附图说明】
[0025] 图1 :高精度内外转子位置检测方法流程图；
[0026] 图2 :霍尔位置信号时序逻辑图；
[0027] 图3 :实施例双轴对转无刷直流电机结构示意图；
[0028] 1内轴，2外轴，3漆包线，4内转子，5外转子，6磁钢，7外转子霍尔盘，8滑环，9内 转子霍尔盘；
[0029] 图4 :实施例双轴对转无刷直流电机控制系统框图；
[0030] 图5 :实施例双轴对转无刷直流电机控制系统主程序流程图。
【具体实施方式】
[0031] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0032] 本实施例是对水下航行器中的双轴对转无刷直流电机进行驱动控制，实现内外转 子实时位置Qn、9"的检测。
[0033] 参照附图3,双轴对转无刷直流电机由内转子、外转子、内转子霍尔盘、外转子霍尔 盘、内轴、外轴、滑环等组成。
[0034] 参照附图4,双轴对转无刷直流电机控制系统由上位机、通讯电路、MCU控制器、逆 变电路、电流检测电路、内外转子霍尔位置信号采集电路、D/A电路、电机本体组成。