無傳感器反電動勢：一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法

摘要：

本發明公開了一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法,步驟為:硬件上,去除九電阻過零檢測電路的三個濾波電容;軟件上,在過零檢測的過程中,每個PWM的上升沿和下降沿附近不檢測比較器的翻轉信號,即過零信號,避免了PWM調制的邊沿位置對過零信號判斷準確性造成的干擾;設置最大換相時間定時器,若未檢測到準確的過零信號時,就定時強制換相,保證了電機的平穩運行.本發明所提供的方法,一方面解決了硬件過零檢測電路濾波電容帶來的相移問題;另一方面,避免了PWM的邊沿信號影響過零信號檢測的準確性.從而提高了轉子位置檢測的準確性.

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無傳感器反電動勢：一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法_1

一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法
【專利摘要】本發明公開了一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法，步驟為：硬件上，去除九電阻過零檢測電路的三個濾波電容；軟件上，在過零檢測的過程中，每個PWM的上升沿和下降沿附近不檢測比較器的翻轉信號，即過零信號，避免了PWM調制的邊沿位置對過零信號判斷準確性造成的干擾；設置最大換相時間定時器，若未檢測到準確的過零信號時，就定時強制換相，保證了電機的平穩運行。本發明所提供的方法，一方面解決了硬件過零檢測電路濾波電容帶來的相移問題；另一方面，避免了PWM的邊沿信號影響過零信號檢測的準確性。從而提高了轉子位置檢測的準確性。
【專利說明】
一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法
技術領域
[0001]本發明涉及電機控制領域，具體涉及一種無位置傳感器無刷直流電機的反電動勢過零檢測法。
【背景技術】
[0002]無刷直流電機利用電子換相器取代了機械電刷和機械換相器，既保留了直流電機良好的線性機械特性，又避免了有刷直流電機機械換相造成的噪聲、火花、結構復雜、可靠性差以及壽命短等一系列缺點。與其它種類的電機相比它具有鮮明的特征:調速范圍寬、啟動轉矩大、機械特性好、節能、低噪聲、體積小、壽命長等優點。無刷直流電機分為位置傳感器控制和無位置傳感器控制，但是位置傳感器都有相應的缺點，體現在元件成本高、體積較大、增加線路復雜度等不同方面，不僅限制了電機在某些場合的應用，而且增加了故障率。因此，無位置傳感器無刷直流電機的轉子位置檢測算法成為了研究的熱點。
[0003]對于無位置傳感器無刷直流電機的控制，必須通過一定的方法檢測轉子位置信號才能實現準確的換相。目前常用的無位置傳感器的轉子位置檢測算法包括反電動勢過零檢測法和定子三次諧波檢測法。定子三次諧波法需要低通濾波器濾除大于三次諧波的高頻信號，這樣當電機轉速較高時，低通濾波器有可能濾除高頻的PWM信號，導致電機無法正常工作，這種方法無法很好的適用于高速運行階段的位置檢測。而反電動勢過零檢測法不僅控制簡單、方法成熟，而且可以很好的適應高速運行階段的位置檢測，但是由于傳統的反電動勢過零檢測電路存在濾波電容帶來的相移問題，同時傳統的過零檢測算法沒有考慮到過零點檢測的最佳時機，從而導致不能準確檢測到轉子的位置。
【發明內容】
[0004]針對傳統的反電動勢過零檢測法存在以上的技術缺陷，本發明實現了一種反電勢過零檢測法，該方法不僅能夠準確的檢測轉子的位置信號，同時能夠適應高速、帶載能力強的電機平穩運轉。
[0005]本發明的技術方案時這樣實現的:
 一種無位置傳感器電機的反電動勢過零檢測法，其特征在在于:
 通過改變現有的反電動勢過零檢測電路提高過零信號檢測的準確性；
 通過選擇最合適PWM時期采樣過零信號避免PWM調制的邊沿位置對過零信號準確性的判斷存在的干擾；
 通過設置最大換相時間保證未檢測到過零信號時進行強制換相。
[0006]所述的過零檢測電路是采用無濾波電容的九電阻過零檢測電路，通過軟件處理相應的濾波操作，避免相移的產生和軟件相位補償的不準確性。
[0007]所述的最合適PWM時期采樣過零信號時期為避開PWM的上升沿和下降沿附近時期對過零信號進行檢測，避免電機運行過程中PWM調制的邊沿信號對過零信號的干擾，保證了過零信號檢測的準確性。
[0008]所述的設置最大換相定時器中斷時間約為穩定運行時四次換相時間間隔之和。不僅保證正常換相可以有序進行，同時保證電機偶爾受到干擾的情況下也可以換相，提高了抗干擾能力和帶載能力。
[0009]根據上述方案，首先，對硬件電路的過零檢測電路做出優化，去除三個濾波電容，然后在軟件中加入相應的濾波處理;其次，在軟件上，設置一個定時器并且允許中斷，設置最大換相時間來保證未檢測到過零的情況進行強制換相，一般設置最大換相時間的值為近四次穩定運行的換相時間間隔之和；最后，在實現過零檢測算法過程中，通過設置合理的PffM計數區間作為判別條件，并以此為依據判斷是否進行過零點檢測。
[0010]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細的說明。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的反電動勢過零檢測法的控制流程圖；
 圖2為本發明的反電動勢過零檢測電路原理圖；
 圖3為本發明的換相定時器流程圖；
 圖4為本發明的PffM計數周期中過零檢測最佳時機選擇示意圖；
 圖5為本發明反電動勢過零檢測法測試結果。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖，對本發明進行詳細說明:
 (I)過零檢測電路的設計
 圖2為本發明設計的反電動勢過零檢測電路，傳統的過零檢測電路都會在電阻R2兩端并聯濾波電容，組成一階低通濾波電路，這樣不僅會產生相移，同時會導致軟件相位補償的不準確性。本發明去除九電阻過零檢測電路的濾波電容，通過軟件處理相應的濾波操作，不僅避免了避免相移的產生和軟件相位補償的不準確性，而且節省了控制器的成本。
[0013](2)過零檢測算法的設計
 圖1為本發明的反電動勢過零檢測法的控制流程圖。
[0014]首先，設置連續檢測過零信號的次數，一般取值為6次?10次；
 其次，判斷檢測的時間是否超出了最大換相時間T，T一般取值為近四次的換相時間間隔之和，若超出最大換相時間T則進入定時器中斷執行相應的操作，否則，在判斷比較器輸出信號之前，先對PWM的邊沿進行濾波，因為PWM的邊沿對比較器輸出的過零信號存在干擾。本發明針對PWM邊沿的濾波操作詳細步驟是:
 如圖4所示，避開PffM的上升沿和下降沿附近一定區間對過零信號進行檢測，避免PffM調制的邊沿信號對過零信號準確性的判斷造成干擾。具體的在啟動階段，由于HVM占空比較小，即高電平的時間很短，低電平比例很大，采用的過零點檢測方式是高電平不檢測，僅在低電平且避開t2?t3(本實施例約占整個周期的2.5%)和t4?t5(本實施例約占整個周期的2.5%)的邊沿區間，即在t3?t4區間進行檢測；在穩定運行階段，P麗的占空比在不斷變大，直至加滿。意味著高電平的比例在不斷變大，此時過零點檢測選擇在避開tl?t3(本實施例約占整個周期的5%)、t4?t6 (本實施例約占整個周期的5%)的FffM區間進行檢測。本領域技術人員可以根據本發明教導，合理設置需要避開的PWM上升沿和下降沿附近區間。
[0015]最后，若連續檢測設定次數比較器的輸出電平都與設定的電平相一致，則設置成功檢測到過零檢測標志位，進入定時器中斷中執行相應的換相操作。
[0016]圖3為本發明的換相定時器流程圖。檢測上述過零檢測算法中的成功檢測過零信號標志是否置位，若該標志置位，則計算換相時間，進行正常的定時換相;否則，更新最大定時時間T為近四次換相時間之和，并以此時間進行強制換相，從而保證了電機的平穩運行。
[0017](3)反電動勢過零檢測法測試結果
 圖5為本發明反電動勢過零檢測法測試結果，測試波形中顯示的分別是A、B、C三相的相電壓，從圖中可以看出相電壓波形為非常標準的梯形波，無任何干擾，且高速性能非常穩定。
【主權項】
1.一種無位置傳感器電機的反電動勢過零檢測法，其特征在在于: 采用無濾波電容的九電阻過零檢測電路進行過零檢測； 選擇合適的PWM時期采樣過零信號，即避開PWM的上升沿和下降沿附近對過零信號進行檢測，避免PffM調制的邊沿信號對過零信號準確性的判斷造成干擾； 設置最大換相時間保證未檢測到過零信號時進行強制換相。2.根據權利要求1所述的反電動過零檢測法，其特征在于:所述的最大換相時間為電機穩定運行時四次換相時間間隔之和。
【文檔編號】H02P6/182GKSQ
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】彭輝波, 鹿純禎
【申請人】蘇州聯芯威電子有限公司

無傳感器反電動勢：無刷直流電機無傳感器反電勢過零檢測及校正 ｜ 科研之友

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怎樣去設計一種基于單片機zigbee病房病床呼叫系統

【電路方案】基于單片機zigbee病房病床呼叫系統病房呼叫系統使用了STC89C52RC單片機，cc2530Zigbee無線自組網模塊，MLX...

發表于 11-19 07:20        ?

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怎樣去設計一個基于單片機的液位測量系統

工作頻率：壓電晶片的共振頻率，波長越長，頻率越小，檢測距離越大但是精度會降低。　　靈敏度：輸出功率越高，靈敏度高。　　波...

發表于 11-19 07:19        ?

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基于單片機的環境空氣質量檢測系統的設計

【資源下載】下載地址如下：設計簡介：本設計是基于單片機的環境空氣質量檢測系統的設計，主要實現以下功能：實現通過甲烷氣體傳...

發表于 11-19 07:03        ?

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如何去實現基于單片機家庭防盜報警系統設計

【資源下載】下載地址：點擊下載(805)百度網盤安全、隱蔽家庭防盜報警器設計    該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模...

發表于 11-19 06:51        ?

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如何去實現基于單片機RGB顏色智能識別系統設計

【資源下載】下載地址：點擊下載(825)百度網盤電路描述：本文檔介紹的是RGB顏色識別系統設計。電路采用STC89C52單片機來控...

發表于 11-19 06:24        ?

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設計一種計算機教室溫度、濕度檢測系統

設計一種計算機教室溫度、濕度檢測系統，用于控制機房的溫、濕度。整個系統采用STC89C51微處理器作為主控系統，硬件電路主要...

發表于 11-19 06:23        ?

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-M -M 位置傳感器配套儀表

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電氣特征

線路電源電壓要求?(VDC):
9 – 30

信號調節 - LVDT/RVDT 輸出類型?(mA):
4 – 20

信號調節 - LVDT/RVDT 輸出類型?(VDC):
0 – 10

勵磁電壓?(Vrms):
3

信號特征

勵磁頻率?(kHz):
7.5

主體特性

信號調節 - LVDT/RVDT 重量?(g):
117

機械附件

信號調節 - LVDT/RVDT 安裝?:
DIN 3

使用環境

工作溫度范圍?:
-20 – 75?°C?[?0 – 165?°F?]

操作/應用

...

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-006 -006 線性位移傳感器 - LVDT

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目前沒有詳細產品特性的在線信息。?

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-012 -012 線性位移傳感器 - LVDT

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-006 -006 線性位移傳感器 - LVDT

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-012 -012 線性位移傳感器 - LVDT

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電氣特征

線性位移傳感器 - LVDT/LVIT 電源電壓?(V):
±15

模擬輸出?:
±10 V

電氣連接?:
PT02A-10-6P

主體特性

線性位移傳感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圓柱形

彈簧回彈式?:
分離式鐵芯, 分離式鐵芯

殼體特性

線性位移傳感器 - LVDT/LVIT 外殼材料?:
不銹鋼

外殼直徑?:
4.78?mm?[?.188?in?]

使用環境

工作溫度范圍?:
0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?]

環境規范?:
1,000 PSI 壓力

...

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-M -M 角位移傳感器 - RVDTRVIT

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產品類型特性

角度位移傳感器 - RVDT/RVIT 類型?:
RVDT

結構特性

電氣連接?:
M12.5 針

電氣特征

Input Current (Max)?(mA):
25

角度位移傳感器 - RVDT/RVIT 輸出類型?:
0 – 10 VDC

主體特性

角度感應范圍?(°):
0 – 120

角度位移傳感器 - RVDT/RVIT 重量?(g):
99

外殼材料?:
鋁

機械附件

角度位移傳感器 - RVDT/RVIT 安裝?:
Servo Groove

...

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-00 -00 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

加速度計類型?:
MEMS DC

即插即用加速度計傳感器類型?:
直流響應即插即用加速度計

結構特性

電氣連接?:
5 針連接器

電氣特征

滿量程輸出電壓?(VDC):
±2

勵磁電壓?(VDC):
4 – 30

零加速輸出?(mV):
±50

信號特征

頻率響應?(Hz):
0-1500

主體特性

軸數?:
1

重量?:
16?g?[?.56?oz?]

材料?:
不銹鋼

...

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-1 -1 角度位置傳感器 - 空心軸旋轉變壓器

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結構特性

Resolver Size?:
21

Pole Pairs?:
1

其他

Angular Error?('):
20

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315-120 315-120 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

即插即用加速度計傳感器類型?:
電纜組件

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-00 341A-240 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

即插即用加速度計傳感器類型?:
電纜組件

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4000A-005-060 4000A-005-060 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

加速度計類型?:
MEMS DC

即插即用加速度計傳感器類型?:
直流響應即插即用加速度計

結構特性

電氣連接?:
一體式電纜

電氣特征

滿量程輸出電壓?(VDC):
±2

勵磁電壓?(VDC):
8 – 36

零加速輸出?(mV):
±100

勵磁電流?(mA):
5

信號特征

頻率響應?(Hz):
0-300

主體特性

軸數?:
1

重量?:
7?g?[?.245?oz?]

...

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4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

加速度計類型?:
MEMS DC

即插即用加速度計傳感器類型?:
直流響應即插即用加速度計

結構特性

電氣連接?:
一體式電纜

電氣特征

滿量程輸出電壓?(VDC):
±2

勵磁電壓?(VDC):
8 – 36

零加速輸出?(mV):
±100

勵磁電流?(mA):
5

信號特征

頻率響應?(Hz):
0-800

主體特性

軸數?:
1

重量?:
7?g?[?.245?oz?]

...

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603-0100-120 603-0100-120 速率和慣性傳感器

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產品類型特性

速率和慣性傳感器類型?:
Rate Sensors/Gyros

電氣特征

勵磁電壓?(VDC):
5 – 16

尺寸

尺寸 MM?:
20.8 x 20.8 x 14.5

使用環境

工作溫度范圍?:
-40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?]

包裝特性

速率和慣性傳感器包裝?:
Anodized Aluminium

其他

精確度?:
±0.5% Non-Linearity

FS 范圍 (±) DEG/SEC?:
100...

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-00 610-12K-276 速率和慣性傳感器

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產品類型特性

速率和慣性傳感器類型?:
Rate Sensors/Gyros

電氣特征

勵磁電壓?(VDC):
5 – 16

尺寸

尺寸 MM?:
14.6 x 10.2 x 7.6

使用環境

工作溫度范圍?:
-40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?]

包裝特性

速率和慣性傳感器包裝?:
Anodized Aluminium

其他

精確度?:
±0.5% Non-Linearity

FS 范圍 (±) DEG/SEC?:
...

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-000 -000 位置傳感器配套儀表

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電氣特征

線路電源電壓要求?(VDC):
±12, ±15

信號調節 - LVDT/RVDT 輸出類型?(VDC):
±10

勵磁電壓?(Vrms):
3

信號特征

勵磁頻率?(kHz):
2.5 – 10

機械附件

信號調節 - LVDT/RVDT 安裝?:
Printed Circuit Board Edge or Terminal Block

使用環境

工作溫度范圍?:
-1 – 55?°C?[?30 – 130?°F?]

其他

傳感器類型?:
帶 5 或 6 根導線的 LVDT 或 RVDT

傳感器通道?:
1

...

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-000 -000 線性位移傳感器 - LVDT

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使用環境

工作溫度范圍?:
5 – 60?°C?[?41 – 140?°F?]

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7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度傳感器

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產品類型特性

加速度計類型?:
IEPE

即插即用加速度計傳感器類型?:
交流響應即插即用加速度計

結構特性

電氣連接?:
10-32 同軸連接器

電氣特征

滿量程輸出電壓?(VDC):
±5

勵磁電壓?(VDC):
18 – 30

勵磁電流?(mA):
2 – 10

信號特征

頻率響應?(Hz):
0.3-

主體特性

軸數?:
1

重量?:
8.6?g?[?.303?oz?]

材料?:
不銹鋼

...

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-020 -020 傾角傳感器和傾角儀

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結構特性

接口?:
模擬

電氣特征

電源電壓?(VDC):
12 – 24

模擬接口?(mA):
4 – 20

端接特性

傾角傳感器和測斜儀安裝?:
垂直

尺寸

尺寸?(mm):
最多 70

傾角傳感器和測斜儀精確度?(°):
最多 +/- .5

分辨率?(°):
最多 +/- .01

使用環境

測量原理?:
液體

工作溫度范圍?:
-25 – 60?°C?[?-13 – 140?°F?]

包裝特性

傾...

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-00 AST4300AP4P1000 壓力傳感器

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產品類型特性

壓力傳感器類型?:
非易燃壓力變送器

壓力類型?:
測量儀

結構特性

壓力端口/接頭?:
1/4 MNPT

電氣連接?:
10 英尺導管

電氣特征

壓力傳感器電源電壓?(V):
10 – 28

主體特性

端口材料?:
316L

使用環境

壓力?:
344.73?bar?[?5000?psi?]

工作溫度范圍?:
-40 – 80?°C?[?-40 – 176?°F?]

操作/應用

耐壓范圍?:
2X，最小值

...

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-00 AST4600AP4W1000 壓力傳感器

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產品類型特性

壓力傳感器類型?:
防爆型壓力變送器

壓力類型?:
測量儀

結構特性

壓力端口/接頭?:
1/4 MNPT

電氣連接?:
導管 2 m 引線

電氣特征

壓力傳感器電源電壓?(V):
10 – 28

主體特性

端口材料?:
316L

使用環境

工作溫度范圍?(°C):
-40 – 85

工作溫度范圍?(°F):
-40 – 185, -40 – 185

操作/應用

耐壓范圍?:
2X，最小值

...

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