擇多函數(shù)在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用

張淑艷，王行愚，姚曉東

(華東理工大學(xué)，上海200237)

    摘要：轉(zhuǎn)子位置信息的獲得是無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，一般采用基于位置檢測(cè)電路的反電勢(shì)檢測(cè)法，而擇多麗數(shù)法省掉了位置檢測(cè)電路，運(yùn)用反電勢(shì)信號(hào)及邏輯運(yùn)算關(guān)系判定測(cè)試條件“真”到“假”的變化，消除噪聲對(duì)反電勢(shì)信號(hào)的影響，獲得正確的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。該方法在基于dsp的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明該方法可以在2～3倍負(fù)載條件下有效濾除反電勢(shì)虛假過(guò)零點(diǎn)，獲得準(zhǔn)確的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，性能可靠，靈活性和實(shí)用性較高。

    關(guān)鍵詞：擇多函數(shù)；反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)；虛假過(guò)零點(diǎn)；無(wú)位置傳感器；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；濾波

    中圖分糞號(hào)：tm33  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a  文章編號(hào)：1004一7018(2010)01—0045—03

0引  言

  傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法是采用電子式或機(jī)電式位置傳感器直接測(cè)量[1]。由于大部分傳感器的分辨率較低，運(yùn)行特性不好，對(duì)環(huán)境條件很敏感，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)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(shù)目，給抗干擾設(shè)計(jì)帶來(lái)一定困難。在精確的位置伺服系統(tǒng)中由于空間有限，無(wú)法安裝傳感器，因此無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)成為理想的選擇，并具有廣泛的發(fā)展前景。

    在無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱bldcm)控制中，轉(zhuǎn)子位置信息的獲得是關(guān)鍵技術(shù)。目前應(yīng)用的方法有反電勢(shì)法、三次諧波法、電感檢測(cè)法、卡爾曼法、狀態(tài)觀測(cè)器法、g(θ)法和智能化控制方法^[2]，其中反電勢(shì)檢測(cè)法是bldcm控制中應(yīng)用最多、最成熟的方法，該方法的核心是準(zhǔn)確獲得反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)^[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，反電勢(shì)并不是理想的梯形波，存在由pwm調(diào)制產(chǎn)生的于擾，繞組斷電產(chǎn)生的干擾等^[4]。因此，一般反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)都要經(jīng)過(guò)分壓電路、模擬濾波電路和電壓比較電路以及鎖相環(huán)電路后，送入控制單元，這樣獲得的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)必然存在一定的延時(shí)，造成換相時(shí)刻不準(zhǔn)確，必須相移補(bǔ)償環(huán)節(jié)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，給控制帶來(lái)難度。 

    本文采用擇多函數(shù)代替位置檢測(cè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，該方法不需要復(fù)雜的濾波、比較電路，方便實(shí)現(xiàn)，靈活性高，而且可以有效去除反電勢(shì)檢測(cè)中的虛假過(guò)零點(diǎn)，獲得準(zhǔn)確的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)點(diǎn)，完成對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)控制。本文將該方法應(yīng)用于bldcm的控制，實(shí)驗(yàn)測(cè)得額定電壓、不同負(fù)載條件下的bldcm轉(zhuǎn)速和控制效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的適用范圍廣，可以在bldcm的2～3倍負(fù)載情況下去除反電勢(shì)中的虛假過(guò)零點(diǎn)，保證bldcm運(yùn)行平穩(wěn)。  

1反電勢(shì)檢測(cè)法概述   

    反電勢(shì)法的基本原理就是在忽略永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電樞反應(yīng)影響的前提下，通過(guò)檢測(cè)“斷開(kāi)相”的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，來(lái)依次得到轉(zhuǎn)子的六個(gè)關(guān)鍵位置信號(hào)，并以此作為參考依據(jù)，輪流觸發(fā)導(dǎo)通六個(gè)功率管，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)^[1]。

本文以電樞繞組采用星形接法的“三相六拍120^。方波型”驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明反電勢(shì)檢測(cè)方法的原理。圖l是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的原理圖和等效電路圖，圖2是三相繞組的反電勢(shì)信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖3是各功率管的導(dǎo)通時(shí)序。通過(guò)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(kāi)狀態(tài)，即電動(dòng)機(jī)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(chǎn)生的反電勢(shì)。檢測(cè)這一反電勢(shì)的過(guò)

零點(diǎn)時(shí)間，并作適當(dāng)延遲，即可得到功率器件正確觸發(fā)時(shí)刻。

   可以看出，反電勢(shì)檢測(cè)法的關(guān)鍵是反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，如果獲得了準(zhǔn)確的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，那么就可以控制無(wú)位置傳感器bldcm。本文詳細(xì)討論擇多函數(shù)在無(wú)位置傳感器bldcm反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)中的應(yīng)用方法。

2擇多函數(shù)在無(wú)位置傳感器bldcm反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)中的應(yīng)用

2．1擇多函數(shù)概述

    擇多函數(shù)是一種布爾函數(shù)，用作一種非線性數(shù)字濾波器，它取n個(gè)二進(jìn)制數(shù)作為輸入并返回這些數(shù)中出現(xiàn)次數(shù)最多的那個(gè)數(shù)^[5]。擇多函數(shù)的布爾表示法為：

式中：majority為擇多函數(shù)的輸出；^為與邏輯運(yùn)算符；v為或邏輯運(yùn)算