ST72141K在无位置传感器无刷直流电机驱动中的应用

1引　言无刷直流电机具有出力大、效率高、结构简单、维护少及可靠性高等特点[1] ,因此在工业控制、自动化装置、航空航天等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。本文介绍一种单片机ST72 14 1K ,可实现无转子位置传感器无刷直流电动机的精确控制 ,无需霍尔传感器 ,只需通过三个电阻将电机的三相绕组直接与单片机的输入接口相连即可得到电机转子的位置信息 ,简化了系统结构及控制策略 ,降低了系统成本 ,具有结构简单可靠、易于实现等特点。2典型应用ST72 14 1K对无位置传感器无刷直流电机的驱动主要由片内集成的电机控制器来完成。电…     

电机转子位置传感器的评述与发展趋势

电机作为一种常见的电力驱动装置,广泛应用于航空航天、工业自动化、家用电器等场合。随着应用范围的扩展及研究的深入,开关磁阻电机、永磁同步电机、无刷直流电机等新型电机相继被提出。这些电机的控制均离不开转子位置信息。位置传感器是工程中最常用的转子位置检测装置,其环境适应性及检测精度将直接影响电机控制的各项性能。对目前应用较广的位置传感器归纳总结,阐述其工作原理。通过对各类传感器特性的分析探讨其应用场合,并对发展趋势进行了展望,以期对电机位置传感器的选用及研究提供参考。     

基于霍尔传感器的永磁同步电机高精度转子位置观测

为了获得较高精度的永磁同步电机转子位置,提出一种基于开关型霍尔位置传感器的新型转子位置观测算法。当电机低速运行时,采用改进的一阶加速度算法,引入转速与交轴电流估算转子位置;当电机中高速运行时,利用霍尔位置传感器输出的转子位置信号对滑模观测器算法估算的转子位置数值进行分段线性校正,结合改进的一阶加速度算法进行加权平均处理,得到估算的转速和转子位置。实验结果表明,新型观测算法可减小一阶加速度算法滞后性与霍尔传感器安装误差带来的影响,能在宽速度范围内精确地估算电机转子位置,实现永磁同步电机矢量控制系统的高性能控制。     

霍尔转子位置预估方法及其误差校正

为提高转子位置检测精度,基于三相对称型开关霍尔传感器,设计了霍尔转子位置预估方法。首先,分析了霍尔位置估算方法的原理误差和霍尔安装偏差引起的固有误差。然后,针对直接校正法和线性校正法的不足,提出一种霍尔扇区初始位置校正法,对霍尔位置估算误差进行了校正。仿真和实验结果表明采用三相对称型霍尔传感器进行转子位置检测,利用误差校正算法之后,可以得到较好的位置精度,性价比高,可以应用于对成本要求苛刻的电机控制场合。     

基于传感器集成概念的永磁同步电机转子位置检测

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出了一种基于电机凸极跟踪的转子位置估算自检测方法;讨论了利用高频信号注入、外差法及转子位置跟踪观测器等转子位置检测原理,并应用这种位置检测方法建立了永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的仿真模型。仿真研究表明,上述凸极跟踪方法能在永磁同步电机全速范围(包括零速和极低转速)准确地观测出转子的位置,是一种基于传感器与电机集成概念的无传感器交流调速系统,具有较好的静、动态性能。     

无位置传感器的开关磁阻电机转子位置检测技术

转子位置检测是开关磁阻电机调速系统的重要环节,直接位置检测技术能够提供稳定的转子位置信号,但需要增加附加的机械结构,从而限制了开关磁阻电机的应用范围.目前,无位置传感器检测技术是开关磁阻电机研究领域的热点之一.全面介绍了国内外开关磁阻电机无位置传感器检测技术的研究现状,详细阐述了每一典型检测方法的原理,对其优缺点及适用范围进行了详细讨论与客观评述,并展望了其发展趋势.对新型无位置传感器检测技术的研究具有重要的参考价值.     

基于开关型霍尔传感器的PMSM转子位置估计方法研究

为了降低永磁同步电机PMSM（permanent magnet synchronous motor）控制系统的成本并获得高分辨率的转速和转子位置信息,设计了一种采用开关型霍尔位置传感器来获取PMSM转速与转子位置的新型估计法。当电机运行时,通过电流补偿的一阶算法得到一组转速和转子位置数据;同时,将霍尔传感器输出的三相霍尔信号经过坐标变换和低通滤波器,得到含转子位置信息的霍尔矢量基波分量,利用正交锁相环OPLL（orthogonal phase-locked loop）提取出另一组转速和转子位置数据。然后,对两组数据采用加权平均处理的方法得到最终的估计转速和转子位置。仿真与实验结果表明,采用该方法减小了传统一阶算法估计结果的滞后性,提高了转速和转子位置估计精度。     

基于DSP的开关磁阻电机无位置传感器控制

传统开关磁阻电机(SRM)调速系统采用位置传感器,使系统结构的复杂度加大、成本提高、可靠性降低,因此给其推广应用带来了诸多限制.无位置传感器控制直接利用电机的电压和电流信息间接确定转子位置,从而使系统结构更加坚固.这里采用高性能DSP实现无位置传感器控制,首先建立电机的磁链模型,然后利用磁链、相电流对转子位置进行了估算.实验结果证实了位置观测误差小,系统动态特性好,且允许加负载启动,方案简单可靠、有效可行.     

基于开关型霍尔位置传感器的永磁同步电动机正弦波驱动

提出了一种基于三个开关型霍尔位置传感器的位置估算方法,能使电机在相对低速条件下稳态运行,拓展了电机的调速范围。详细分析了电机在动态运况下,如何准确估计转子的位置,实现永磁同步电动机正弦波驱动。实验结果表明,该控制方法在满足永磁同步电动机正弦波驱动要求下能实现大范围调速,有效抑制转矩脉动,电机运行平稳。     

无刷直流电机转子位置传感器故障诊断及容错策略

针对无刷直流电机转子位置检测所使用的霍尔传感器容易出现损坏的现象,提出了霍尔传感器中出现一路或两路故障的诊断方法,该方法实时监测转子位置信号运行状态,根据无刷电机两两导通原理,考虑电机瞬时转速不变性,利用正常的霍尔传感器位置信号通过延时均分来估算故障传感器位置信号,并用于实际的电机转子换相,从而实现无刷直流电机的容错控制,实验结果表明采用本文提出的控制策略可以明显提高无刷直流电机驱动系统的可靠性,其系统性能可以与霍尔传感器无故障时相媲美。     

基于霍尔位置传感器的PMSM转速观测器状态估算误差抑制方法

霍尔位置传感器成本低,同时能够提供相对精确的位置信息,但其存在位置信息分辨率低、转速测算连续性差及滞后严重等缺点。龙伯格全阶转速观测器是一种闭环调节器,有效地利用了电机系统模型,能够为矢量控制提供较好的转速和角度反馈信号。但在数字控制系统的应用中,受霍尔信号采样周期远大于控制周期的影响,常规观测器的参数和结构设计方法在实际应用中仍无法得到理想的观测结果。该文在分析转速观测器在实际应用中存在问题的基础上,通过结合降阶观测器和多采样理论,提出了一种可有效从低分辨率霍尔位置信号中估算转速、转角的方法。多采样降阶观测器在最大程度上利用了霍尔信号的真实信息,在每个数字控制周期内都能产生转速和转角的估计值,具有理想的估算效果。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性,控制效果能够很好地满足中低端伺服应用需求。     

一种采用霍尔传感器的永磁电机矢量控制

给出了一种基于低精度霍尔传感器检测转子位置与转速的永磁电机矢量控制策略。通过利用霍尔传感器进行速度计算与角度估算的理论分析,运用零阶算法实现了速度计算与角度估算,并使用一阶算法进行改进;使用电阻进行电流采样。实验结果证明,应用改进算法可以获得正弦度更好的电流波形和电机启动能力。     

基于磁场定向控制理论的无刷直流电机控制

磁场定向控制(FOC)理论是永磁同步电机(PMSM)最常用的控制方法之一。该方法需要电机转子瞬时精确位置,因此限制了其在使用霍尔位置传感器的无刷直流电机(BLDCM)上的应用。为了能够在BLDCM上应用FOC理论,又不增加电机成本,在现有霍尔位置传感器的基础上,提出了一种根据霍尔传感器的输出信号,通过计算前一个扇区平均转速的方法估计转子精确位置。使用MATLAB/Simulink软件对该估算方法进行了仿真,并搭建了以TI的TMS320F28069 DSP为核心的试验系统,通过自动代码生成技术完成算法的编程,可以较好地应用于BLDCM的控制,在一些应用场合可以代替PMSM从而降低使用成本。     

内插式永磁无轴承电机转子位置/位移综合自检测

为实现无轴承电机的低成本与实用化，解决运行控制中电机转子位置/速度及径向位移的检测，提出了一种基于脉动高频电压信号注入法的转子位置/位移综合自检测方法。通过从转矩绕组注入脉动高频电压信号，利用电机空间凸极效应和转矩绕组与悬浮绕组间的互感特性，同时实现对转子位置/速度和径向位移的有效观测。电磁场分析结果表明，该方法可实现位移检测信号在水平、垂直方向的解耦以及转子位置和位移检测信号间的解耦。应用该检测方法构建了内插式永磁型无轴承电机无传感器运行的矢量控制系统，系统仿真运行表明，该自检测方法能在全速范围内准确观测出转子的位置/速度和位移，并能在大负载扰动条件下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。     

基于转子固有高频信号的同步电动机转子位置检测

针对同步电动机矢量控制系统中机械位置传感器存在的问题,对同步电动机的无机械位置传感器控制技术进行了深入研究。提出了基于转子高频信号的无机械位置传感器同步电动机转子位置检测方法,该方法将同步电动机自身结构作为转子位置传感器,依据旋转变压器原理和同步电动机的自身结构,建立了转子位置观测的数学模型;并给出了一种转子注入高频信号的实现方法,即利用转子固有高频信号来对转子位置进行检测。建立了基于转子高频信号的同步电动机无位置传感器矢量控制模型,并进行了仿真分析,结果表明该无机械位置传感器转子位置检测方法具有很好的检测精度和实用性。     

无刷直流电动机转子位置的估计方法

无刷直流电动机的正确换相和控制依赖于正确的转子位置信息 ,但位置传感器的加入增加了电机的成本 ,降低了运行的可靠性。文中比较了现有的无位置传感器电机转子位置的估计方法及启动方法 ,并分析了其优缺点。     

基于滑模观测器的无位置传感器PMSM控制研究

在无位置传感器的永磁同步电机控制策略中,采用观测器通过电压和电流来观测转子位置而取代位置传感器是一种有效的策略,但这种策略在零速及附近的低速范围内存在观测死区。提出一种将电机的它控和自控方式相结合的控制策略,在零速及附近的低速范围内采用它控方式,电机按照压频比控制并在观测器能够观测出转子位置后切换到自控方式而实现空间电压矢量控制。研究表明这种方式能够解决观测器方式在零速及附近的低速范围内存在预测死区问题,适用于对低速控制性能要求不高的风机以及泵类等的永磁同步电机控制。     

Position sensorless control for ultrasonic motors based on input voltage information

This paper presents a method of position sensorless control of ultrasonic motors (USM). The position sensorless control method is useful for reducing the cost and size of drive system. The position estimation method is based on the input voltage information of the ultrasonic motor. The characteristic of input voltage versus rotor position is expressed by a quadratic function which is used to estimate a rotor position based on input voltage information. This estimation method, which uses only the drive voltage of the ultrasonic motor, is a very simple algorithm and shows good estimation ability. The parameters of the quadratic function are adjusted by using the recursive least squares method and are obtained on‐line. Since it can correspond to parameter change, the estimated rotor position shows good agreement with the measured rotor position against load torque and motor temperature changes. Sensorless position control is achieved by using the estimated rotor position instead of the measured rotor position. The validity of the proposed method is confirmed by experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(1): 57–64, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20626