第8卷第11期中国水运Vol.8No.112008年11月ChinaWaterTransportNovember2008收稿日期:2008-09-08作者简介:卢航远(1985-,男,浙江金华人,杭州电子科技大学生物医学工程研究所硕士研究生,研究方向为检测技术及自动化装置。基金项目:省重大科技攻关项目(2006C13019V1V3V5V4V6V2VDC+-ACBNn一种新的无位置传感器无刷直流电机起动方法卢航远1,薛凌云1,严志焜2(1杭州电子科技大学生物医学工程研究所,浙江杭州310018;2浙江省人民医院,浙江杭州310014摘要:无位置传感器无刷直流电机近年来得到快速发展,但其起动控制一直是研究的重点和难题。电机能否正常起动取决于起动策略的优劣。本文在比较各种起动方法之后,对预定位-起动技术进行优化,提出一种基于插值函数的换相列表。实验表明,换相列表优化后,大大提高了起动的稳定性和成功率。关键词:无位置传感器;无刷直流电机;起动控制:TM33文献标识码:A:1006-7973(200811-0166-03一、引言无刷直流电动机具有调速性能好、控制方法灵活多变等优点正得到越来越广泛的应用。而对无位置传感器的控制是研究的热点,但无位置传感器对控制方法要求较高,软件控制的精确度直接影响电机的起动过程。一般电机起动分为预定位、外同步加速和切换三个步骤。经典起动控制有三段式起动方法[1]、脉冲检测方法[2]、升频升压法[2]等,但这几种方法有控制过程相对复杂,带负载不强,应用受限制等缺点。为此,进一步提出了简单、实用、高效的方法——预定位-切换起动技术[1][3],并对此方法进行了优化[4][5][6]。但这些优化方法都集中在反电动势滤波及精确检测上,而对起动方法中起动换相时间的确立缺乏一个完整的描述。起动时由软件控制的换相时间表是起动成功与否的关键,目前主要采用换相时间表线性递减的方法,但这种方法成功率低,切换不稳定。本文针对换相时间的非线性,提出了一种确定三点再进行插值的新技术,整定换相表。既实现了起动时间短的要求,又能实现电机的平稳切换。1.无位置传感器电机的预定位定位-起动技术是新型的起动技术,分为预定位和起动两阶段,其中,预定位部分与三段式起动技术的预定位相同。无刷直流电机相电阻与功率开关管结构如图1所示,在实际应用中,先对任意两项绕组如A相和C相绕组通电,即V1V2功率管导通,使电流从A相绕组流入,C相绕组流出,产生合成磁场,把转子磁极转动到合成磁场轴线的位置。由于通电之前,转子的位置是随机的,因此转子磁场和定向磁场之间的电磁转矩是不确定的值,最大和最小都可能出现。尤其是转子d轴和定向磁势夹角为180度时,这时的电磁转矩大小为零,理论上将使得转子无法定位到预定的位置。实际上,在这种情况下,转子处于一个非稳定平衡状态,任意的随机扰动都会使得转子偏移该位置,一旦转子偏离了这个位置,就会在定子磁场的作用下,向定子磁势方向运转。因此,只要施加足够的电压,控制绕组电流,产生足够的电磁转矩就可以使得转子定位到预定的位置。图2所示为预定位时电机转过的角弧度θ随时间变化的仿真曲线图,开始时不断波动,约到0.3s时达到特定位置,再随换相逻辑起动。图1相电阻与功率开关管结构图图2预定位时电机角度随时间变化图二、基于换相表的起动定位之后可以认为转子在一个已知的位置,根据人为给定的正反转信号判断下一应导通的功率管,即若正转时time(stheta第11期卢航远等:一种新的无位置传感器无刷直流电机起动方法167V2V3导通,若反转时V6V1导通。在预定位之后,起动换相表开始作用。1.起动原理电机速度与电压关系:2222(aaaaeEUUIrUUIrnrpmCKσ−∆−−∆−==Φ(1其中EeKCσ=Φ为电机反电势系数。由此分析电动机的转速与电压的关系,同时得到大致的电压与电流的关系。即施加电压不断升高,而换相间隔不断减少。考虑到实际应用中,电机起动前期需要快速,而后期电机需要在一个比较平稳的外部速度下进行切换。所以为避免波动,设计时固定外施电压,而将换相时间表拆分为两个阶段分别进行处理,第一个阶段是电机的升速阶段,相应换相间隔快速减少;第二个阶段是外同步到自同步的切换阶段,相应换相间隔缓慢减少。两个阶段之间有一个过渡值,称之为中间值。为计算切换时间,需要知道电机起动时的制动和持续的转矩。在电机的系统中有:22iidJTdtθ=∑(...