擇多函數在無刷直流電動機控制中的應用

張淑艷，王行愚，姚曉東

(華東理工大學，上海200237)

    摘要：轉子位置信息的獲得是無位置傳感器無刷直流電動機控制的關鍵技術，一般采用基于位置檢測電路的反電勢檢測法，而擇多函數法省掉了位置檢測電路，運用反電勢信號及邏輯運算關系判定測試條件“真”到“假”的變化，消除噪聲對反電勢信號的影響，獲得正確的反電勢過零點。該方法在基于DSP的無位置傳感器無刷直流電動機控制平臺上進行實驗驗證，實測數據證明該方法可以在2～3倍負載條件下有效濾除反電勢虛假過零點，獲得準確的反電勢過零點，性能可靠，靈活性和實用性較高。

    關鍵詞：擇多函數；反電勢過零點檢測；虛假過零點；無位置傳感器；無刷直流電動機；濾波

    中國分類號：TEM33  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2010)01—0045—03

0引  言

  傳統的無刷直流電動機獲取轉子位置信息的方法是采用電子式或機電式位置傳感器直接測量[1]。由于大部分傳感器的分辨率較低，運行特性不好，對環境條件很敏感，使得整個傳動系統的可靠性和精確性難以得到保證，而且傳感器還大大增加了電氣連接線數目，給抗干擾設計帶來一定困難。在精確的位置伺服系統中由于空間有限，無法安裝傳感器，因此無位置傳感器無刷直流電動機成為理想的選擇，并具有廣泛的發展前景。

    在無位置傳感器無刷直流電動機(以下簡稱BLDcM)控制中，轉子位置信息的獲得是關鍵技術。目前應用的方法有反電勢法、三次諧波法、電感檢測法、卡爾曼法、狀態觀測器法、G(Θ)法和智能化控制方法[2]，其中反電勢檢測法是BLDCM控制中應用最多、最成熟的方法，該方法的核心是準確獲得反電勢過零點[3]。在實際應用中，反電勢并不是理想的梯形波，存在由PwM調制產生的干擾，繞組斷電產生的干擾等[4]。因此，一般反電動勢信號都要經過分壓電路、模擬濾波電路和電壓比較電路以及鎖相環電路后，送人控制單元，這樣獲得的反電動勢過零點必然存在一定的延時，造成換相時刻不準確，必須相移補償環節來解決這個問題，給控制帶來難度。

    本文采用擇多函數代替位置檢測電路來實現反電動勢過零點檢測，該方法不需要復雜的濾波、比較電路，方便實現，靈活性高，而且可以有效去除反電勢檢測中的虛假過零點，獲得準確的反電動勢過零點，完成對元刷直流電動機的平穩控制。本文將該方法應用于BLDCM的控制，實驗測得額定電壓、不同負載條件下的BILDCM轉速和控制效率。實驗結果表明，該方法的適用范圍廣，可以在BLDcM的2～3倍負載情況下去除反電勢中的虛假過零點，保證BLDcM運行平穩。

1反電勢檢測法概述

  反電勢法的基本原理就是在忽略永磁無刷直流電動機電樞反應影響的前提下，通過檢測“斷開相”的反電勢過零點，來依次得到轉子的六個關鍵位置信號，并以此作為參考依據，輪流觸發導通六個功率管，驅動電動機運轉^[1]。

    本文以電樞繞組采用星形接法的“三相六拍-120^。方波型”驅動的無刷直流電動機為例來說明反電勢檢測方法的原理。圖l是元刷直流電動機的原理圖和等效電路圖，圖2是三相繞組的反電勢信號和轉子位置的對應關系，圖3是各功率管的導通時序。通過以上各圖我們可以看到在逆變器供電的任何一瞬間，總有一相其上下橋臂均處于斷開狀態，即電動機該相繞組是懸空的，故該相繞組的相電壓等于該相繞組所產生的反電勢。檢測這一反電勢的過零點時間，并作適當延遲，即可得到功率器件正確觸發時刻。

     可以看出，反電勢檢測法的關鍵是反電勢過零點的檢測，如果獲得了準確的反電勢過零點，那么就可以控制無位置傳感器BLDcM。本文詳細討論擇多函數在無位置傳感器BLDCM反電勢過零點檢測中的應用方法。

2擇多函數在無位置傳感器BLDcM反電勢過零點檢測中的應用

2．1擇多函數概述

    擇多函數是一種布爾函數，用作一種非線性數字濾波器，它取n個二進制數作為輸入并返回這些數中出現次數最多的那個數^[5]。擇多函數的布爾表示法為：

式中：Majority為擇多函數的輸出；^為與邏輯運算符；V為或邏輯運算符。

2．