一種基于大數據校準的無刷直流電機換相控制方法

劉磊 南京信息職業技術學院

關鍵字：無刷電機 有感模式 無感模式 反電動勢

引言

無刷直流電機（簡稱BLDCM）因為去除了換向器和電刷，不易產生摩擦火花、運行聲音小、壽命長、速度高等原因，收到了越來越多的認可，而無傳感器BLDCM 的省去了傳感器，收到更多認可，但也存在啟動換相時間不準確的問題。如何克服電機使用過程中的傳感器位移和性能的劣變以及負載和環境參數的影響，以何種狀態為基準，除了停機，如何通過對控制參數的實時優化來改良對電機的驅動控制，提升控制效率，值得探究。

1 傳統驅動器換相思路

在有感模式下，無刷電機的三個霍爾傳感器，空間上相差120 度，電機的轉子作為永磁體，在轉動過程中，他的磁場隨之轉動，每個霍爾傳感器會按規律持續輸出180 度高電平；在高電平上升沿、下降沿就是相應線圈的換相時刻；對于無感模式下，反電動勢是正負皆有120 度平臺的梯形波，其過零點滯后30 度就是該線圈的換相時刻，各相線圈依據各自信號實施換相。

2 換相思路的改良

2.1 設置全工作時段采樣模塊

在功率開關管導通狀態采樣時，采樣單片機端口設置為低，實現電壓讀取；在開關管關閉時，采樣接單片機端口設置為懸浮輸入，直接實現電壓讀取，具體電路結構如圖1 所示。

圖1 全工作時段采樣模塊

2.2 回復的基準點設立方法

回復的基準點設立方法包括以PWM固定和換相點固定為基準，在達到門限角速度ω0 之前，以霍爾傳感器信號上升沿為換相時刻，且換相時間保留120 度；超過門限角速度ω0 之后，設計反電動勢過零點時刻即換相時刻，通過PWM 固定和換相時刻固定，確立回復的基準點。檢測無刷電機角速度是否超過門限角速度ω0，若是，反電動勢過零點換相；若否，霍爾傳感器上升沿換相；調整PWM 是最近的點，根據換相時間差距信息表修改最佳換相滯后時間，延時并運行一圈；

重復以上步驟直至無刷直流電機勻速運行。

2.3 構建所述換相時間差距信息表

在PWM 取值固定模式下，以霍爾傳感器信號上升或下降沿為換相時刻，且換相時間保留120 度角度時間，記錄每一個換相時刻、反向電動勢過零點的時刻、當前角速度ω、功率P、溫度、抖動幅度；通過大數據擬合，以溫度變化低、振動幅度小為佳得出尤其是在速度較低時的反向電動勢過零點信號擬合表達式；采用存儲法，存儲換相點信息，所述PWM 取值為30%或50%或80%或100%。

2.4 異常狀態的參數修正

當無刷直流電機出現異常時，對無刷直流電機進行參數修正：

檢測無刷電機角速度是否超過門限角速度ω0，若是，反電動勢過零點換相，；若否，霍爾傳感器上升沿換相；調整PWM 是最近的點，根據換相時間差距信息表修改最佳換相滯后時間，延時并運行一圈；重復以上步驟直至無刷直流電機勻速運行。

3 結論

優化了反電動勢過零點的檢測方法，使得驅動板中MOS 管工作與否不影響狀態的采集，提高了驅動板的工作效率；在有感方式下，提取并校準推導無感模式下的相關反電動勢的信號，用于無感模式下的驅動參數校準，構建相關參數表；

分別以功率、角速度、PWM 為固定因子，選擇換相時間點參考霍爾傳感器上升沿以及反電動勢多零點狀態為基準點，構建了工作狀態下，因負載變化、溫升狀態異常下的非停機方式回復到動態基準點的方法，并提供了依據參數表進行參數優化的方法，提高了驅動板工作效率。