永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法
【專利摘要】本發(fā)明永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法，涉及一種電機(jī)控制技術(shù)，該方法所用裝置中的DSP控制模塊利用所設(shè)定的循環(huán)拍數(shù)bH、超前步數(shù)k、給定電磁轉(zhuǎn)矩T*以及不同空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量is的幅值，計(jì)算出控制所需的電流矢量，并利用電流控制方法，轉(zhuǎn)換為邏輯電平脈寬調(diào)制信號(hào)，來(lái)控制上述功率電路中三相橋式逆變電路的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制。本發(fā)明方法通過(guò)對(duì)三相電流合成的定子電流矢量在電角度空間位置上按一定的循環(huán)拍數(shù)離散，獲得控制電機(jī)運(yùn)行的離散電流矢量，通過(guò)增大循環(huán)拍數(shù)，可得到較小的步進(jìn)角，提高位置分辨率，從而在保證帶載能力的情況下提高永磁直流無(wú)刷電機(jī)定位精度。
【專利說(shuō)明】永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制技術(shù)，特別涉及永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn) 行方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁無(wú)刷直流電機(jī)是由定子繞組和永磁體轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，沒有換相器，其控制特性 與有刷直流電機(jī)相似。由于其具有大轉(zhuǎn)矩、高效率、高轉(zhuǎn)速、控制簡(jiǎn)單和易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并且 隨著電力電子技術(shù)、永磁材料、數(shù)字電子技術(shù)及新型控制理論的發(fā)展，永磁無(wú)刷直流電機(jī)在 高性能的伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。但由于其構(gòu)造的特殊性，使得其氣隙磁場(chǎng) 分布接近于方波，繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，這雖然有利于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)矩，但 電機(jī)通過(guò)霍爾元件檢測(cè)換相，常用的是二二導(dǎo)通或者三三導(dǎo)通方式，換相角度為60°，電機(jī) 跨進(jìn)角度較大，而二三導(dǎo)通雖然將換相角度減小一半，但轉(zhuǎn)矩大小不一，這就影響到永磁無(wú) 刷直流電機(jī)的帶載能力；另外，以上運(yùn)行方式電機(jī)步進(jìn)角較大，不能進(jìn)行較為精確地定位。 因此，提出一種提高永磁直流無(wú)刷電機(jī)定位精度的控制方法十分有意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方 法，該運(yùn)行方法針對(duì)常用的三相永磁無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)對(duì)三相電流合成的定子電流矢量 在電角度空間位置上按一定的循環(huán)拍數(shù)離散，獲得控制電機(jī)運(yùn)行的離散電流矢量，通過(guò)增 大循環(huán)拍數(shù)，可得到較小的步進(jìn)角，提高位置分辨率，從而在保證帶載能力的情況下提高永 磁直流無(wú)刷電機(jī)定位精度。
[0004] 本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制 的運(yùn)行方法，以下簡(jiǎn)稱運(yùn)行方法，其步驟如下：
[0005] A.運(yùn)行方法所用裝置及操作：
[0006] 永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法所用裝置，包括DSP控制模塊、功 率電路、永磁無(wú)刷直流電機(jī)、編碼器位置檢測(cè)模塊和輸入電源模塊，其中，輸入電源模塊為 DSP控制模塊、功率電路和編碼器位置檢測(cè)模塊進(jìn)行供電，DSP控制模塊、功率電路、永磁無(wú) 刷直流電機(jī)和編碼器位置檢測(cè)模塊依次用導(dǎo)線連接，編碼器位置檢測(cè)模塊再與DSP控制模 塊用導(dǎo)線相連；首先由輸入電源模塊給DSP控制模塊、功率電路以及編碼器位置檢測(cè)模塊 供電，再通過(guò)編碼器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置，并將該電機(jī)的 轉(zhuǎn)子位置信號(hào)給到DSP控制模塊中；
[0007] B.運(yùn)行方法的步驟：
[0008] 第一步，確定永磁無(wú)刷直流電機(jī)的位置分辨率：
[0009] 位置分辨率是指電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所包含的機(jī)械步進(jìn)角0 bm的個(gè)數(shù)，根據(jù)定位要求確 定一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的循環(huán)拍數(shù)％及步進(jìn)角0 b，這里步進(jìn)角0,為360°電角度按循環(huán)拍數(shù) bH等分后得到的角度，即0 b= 360° /bH，因?yàn)?bm= 0 b/電機(jī)極對(duì)數(shù)，則位置分辨率為 360° / 0 個(gè)機(jī)械步進(jìn)角/轉(zhuǎn)，又定位點(diǎn)數(shù)=循環(huán)拍數(shù)X電機(jī)極對(duì)數(shù)，于是位置分辨率數(shù) 值上與定位點(diǎn)數(shù)數(shù)值相等；
[0010] 第二步，確定電流矢量的空間離散位置：
[0011] 所述電流矢量是將永磁無(wú)刷直流電機(jī)三相電流按"3-2"變換得到a-0坐標(biāo)分量 所構(gòu)成的矢量，在靜止a-0坐標(biāo)系下將電角度一周360°按第一步中確定的循環(huán)拍數(shù)bH分成％個(gè)空間離散位置，由此確定電流矢量的空間離散位置；
[0012] 第三步，計(jì)算不同空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量is的幅值并列表：
[0013] 通過(guò)上述編碼器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和運(yùn) 行方向，再通過(guò)上述DSP控制模塊讀取永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，設(shè)定超前步數(shù)k，給 定電磁轉(zhuǎn)矩T%通過(guò)公式（1)計(jì)算得到不同空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量is的幅值，據(jù)此通過(guò) 變換得到相應(yīng)的三相離散電流作為上述DSP控制模塊中的電流矢量給定值，并列表，
【權(quán)利要求】
1.永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法，以下簡(jiǎn)稱運(yùn)行方法，其特征在于步 驟如下： A. 運(yùn)行方法所用裝置及操作： 永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法所用裝置，包括DSP控制模塊、功率電 路、永磁無(wú)刷直流電機(jī)、編碼器位置檢測(cè)模塊和輸入電源模塊，其中，輸入電源模塊為DSP 控制模塊、功率電路和編碼器位置檢測(cè)模塊進(jìn)行供電，DSP控制模塊、功率電路、永磁無(wú)刷直 流電機(jī)和編碼器位置檢測(cè)模塊依次用導(dǎo)線連接，編碼器位置檢測(cè)模塊再與DSP控制模塊用 導(dǎo)線相連；首先由輸入電源模塊給DSP控制模塊、功率電路以及編碼器位置檢測(cè)模塊供電， 再通過(guò)編碼器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置，并將該電機(jī)的轉(zhuǎn)子位 置信號(hào)給到DSP控制模塊中； B. 運(yùn)行方法的步驟： 第一步，確定永磁無(wú)刷直流電機(jī)的位置分辨率： 位置分辨率是指電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所包含的機(jī)械步進(jìn)角0bm的個(gè)數(shù)，根據(jù)定位要求確定一 個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的循環(huán)拍數(shù)％及步進(jìn)角0b，這里步進(jìn)角0,為36〇°電角度按循環(huán)拍數(shù)1^等 分后得到的角度，即Qb= 360° /bH，因?yàn)?bm= 0b/電機(jī)極對(duì)數(shù)，則位置分辨率為360° / 9bni個(gè)機(jī)械步進(jìn)角/轉(zhuǎn)，又定位點(diǎn)數(shù)=循環(huán)拍數(shù)X電機(jī)極對(duì)數(shù)，于是位置分辨率數(shù)值上與 定位點(diǎn)數(shù)數(shù)值相等； 第二步，確定電流矢量的空間離散位置： 所述電流矢量是將永磁無(wú)刷直流電機(jī)三相電流按"3-2"變換得到a-|3坐標(biāo)分量所構(gòu) 成的矢量，在靜止a-0坐標(biāo)系下將電角度一周360°按第一步中確定的循環(huán)拍數(shù)bH分成 %個(gè)空間離散位置，由此確定電流矢量的空間離散位置； 第三步，計(jì)算不同空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量is的幅值并列表： 通過(guò)上述編碼器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)當(dāng)前時(shí)刻永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和運(yùn)行方 向，再通過(guò)上述DSP控制模塊讀取永磁無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，設(shè)定超前步數(shù)k，給定電 磁轉(zhuǎn)矩T%通過(guò)公式⑴計(jì)算得到不同空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量、的幅值，據(jù)此通過(guò)變換 得到相應(yīng)的三相離散電流作為上述DSP控制模塊中的電流矢量給定值，并列表，
上式中，9d為最接近轉(zhuǎn)子位置的電流離散位置的絕對(duì)角度，k為超前步數(shù)，0 b為第一 步中確定的步進(jìn)角； 第四步，實(shí)現(xiàn)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行： 通過(guò)上述編碼器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)當(dāng)前永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置0，根據(jù)公式（2) 計(jì)算出電流矢量序號(hào)x，即離散電流矢量位置按逆時(shí)針順序編號(hào)，再根據(jù)永磁無(wú)刷直流電機(jī) 轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向，查第三步制得的列表，得到當(dāng)前所需的電流矢量isx，最后返回前述的編碼 器位置檢測(cè)模塊檢測(cè)當(dāng)前永磁無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置0，重復(fù)此過(guò)程，
上式中，％表示取余運(yùn)算，round為四舍五入取整運(yùn)算； 上述DSP控制模塊利用所設(shè)定的循環(huán)拍數(shù)bH、超前步數(shù)k、給定電磁轉(zhuǎn)矩I"以及不同 空間位置對(duì)應(yīng)的電流矢量is的幅值，得到控制所需的電流矢量，并利用電流控制方法，轉(zhuǎn)換 為邏輯電平脈寬調(diào)制信號(hào)，來(lái)控制上述功率電路中三相橋式逆變電路的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān) 斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法，其特征在 于：所述循環(huán)拍數(shù)％為6的整數(shù)倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁無(wú)刷直流電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩步進(jìn)控制的運(yùn)行方法，其特征在 于：所述DSP控制模塊中的DSP控制芯片為美國(guó)德州儀器TMS320LF2812,編碼器位置檢測(cè) 模塊采用12bit精度單圈絕對(duì)值編碼器，型號(hào)為BE122HS58。
【文檔編號(hào)】H02P21/12GK104506101SQ201510007963
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月8日
【發(fā)明者】孫鶴旭, 荊鍇, 董硯, 鄭易, 崔向宇, 梁濤, 雷兆明 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)