A practical sensorless commutation method based on virtual neutral voltage for brushless DC motor

This paper presents a low‐cost and highly practical sensorless control method for brushless DC (BLDC) motor drives. The developed methodology can generate an accurate commutation signal for the BLDC motor by sensing the back electromotive force zero‐crossing point through the virtual neutral voltage of the motor. Since commutation control is critical for the BLDC motor control, a voltage‐controlled phase shifter comprising a hysteresis comparator and voltage‐controlled resistor is proposed in order to perform phase compensation at different speeds and prevent rapid output oscillations due to noise or high‐frequency ripples in the virtual neutral voltage. Finally, several experiments have been performed on a prototype motor to verify the theoretical analysis and demonstrate the practicality and reliability of the proposed sensorless drive method. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

无刷直流电机无位置传感器的一种新型控制方案

讲述一种新型的无刷直流电机控制技术的理论及其应用,它解决了无刷直流电机在低速时的驱动问题。此方法的有效性通过仿真而得到证实。     

A sensorless drive system for brushless DC motors using a digital phase‐locked loop

This paper proposes a sensorless drive system for Brushless DC (BLDC) motors using a Digital Phase‐Locked Loop (DPLL). The Back Electromotive Force (BEMF) voltage is measured from the motor winding to determine the permanent magnet rotor position using the DPLL, and Pulse Width Modulation (PWM) limits the motor current to control the speed of BLDC motors. The proposed method can drive BLDC motors using an open‐loop control without stepping out. Also, the proposed method is compared experimentally with a control method that uses Hall sensors. Experimental results for the BLDC motor show the effectiveness of the proposed method. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 142(1): 57–66, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10074     

基于DSP的新颖无刷直流电机控制器设计

利用DSP2812设计了一个无位置传感器电机控制系统,该系统利用三相四开关电路对无刷直流电机(Brushless DC Motor,简称BLDCM)进行驱动,采用了新颖的无位置传感器控制方法和脉宽调制(PWM)方法.最后通过分析和试验证明了该系统的可行性.     

A New Starting Method of BLDC Motors Without Position Sensor

This paper presents a novel method to detect the rotor position of the brushless dc (BLDC) motor of a hard disk drive (HDD) at a standstill and a startup method to accelerate the rotor up to a certain speed where the conventional position sensorless control methods based on the back electromotive force could work reasonably. The proposed initial rotor-position-estimation method is suitable to avoid the temporary reverse rotation or the starting failure of the HDD. The principle of the estimation is based on the variation of the current response caused by the magnetic saturation of the stator core of the BLDC motor when the current flows along the magnetic axis. This method can be implemented using only one current sensor at the dc link of the inverter, which is a prerequisite for the HDD drive. It does not depend on the model of the motor, and it is robust to motor parameter variations. Using the proposed method, it is demonstrated experimentally that a stable start-up can be achieved even with a severe mechanical disturbance     

无刷直流电机广角波控制方法的研究

针对传统无刷直流电机120°导通型控制方法存在转矩脉动大,不能适应高精度高稳定性要求的缺点,提出了一种新的广角波控制方法,通过控制相电压使相电流达到准正弦波。与传统控制方法相比,采用广角波控制后转矩脉动从14%下降到3.4%,出力增加了3.5%,而且可以利用非导通相检测反电势过零点,实现无位置传感器控制。广角波控制不但具有转矩脉动小、出力大、控制简单等优点,而且实现了无位置传感器控制,适用于高性能场合。     

一种新颖的无刷直流电机无位置传感器控制系统

为了实现无刷直流电机无位置传感器控制,提出了一种新颖的绕组反电动势检测方法.该方法通过比较电机断开相绕组端电压和逆变器直流环中点电压的关系,直接检测到断开相绕组的反电动势过零点,从而获得转子位置信息.本系统仅检测三相绕组中一相绕组的反电动势,通过软件延时得到六个离散的换相信号,简化了检测电路.文中对电路结构进行了分析,并在由该方法构成的无位置传感器控制系统上进行了实验验证,实验结果表明了本文提出的反电动势检测方法的有效性.     

磁悬浮飞轮用无刷直流电动机无位置传感器控制研究

给出了一种有效的磁悬浮飞轮(MSFW)用无刷直流电动机无位置传感器控制方法。将不导通相端电压选出与电压参考信号进行比较得到一个方波信号,此信号发生改变时即是不导通相绕组反电动势过零点,延时30°电角度进行换相。实验结果表明,这种无位置传感器控制方法能够在较大的速度范围内有效地进行换相和控制,能大大提高磁悬浮飞轮运行的可靠性和安全性。     

一种半桥驱动的无刷直流电机位置检测方法

绝大多数的无位置传感器无刷直流电机位置检测方法都是基于全桥驱动电路进行设计的。半桥驱动电路结构简单、体积小、功耗低、易于控制,亦得到了广泛应用。该文针对带有电压斩波器的半桥驱动电路,给出了一种改进的端电压反电势位置检测方法,该方法巧妙地解决了PWM开关干扰和换相干扰对位置检测的影响,无需对端电压进行滤波或采样保持,直接通过电压比较和逻辑处理即可检测位置信号,无滤波器延时,检测精度高,实现简单。在Matlab环境下建立了仿真模型,验证了该方法的可行性和有效性。     

一种新颖的无刷直流电机控制方法的研究

针对传统无刷直流电机120°导通型控制方法存在转矩脉动大，不能适应高精度高稳定性要求的缺点，提出了一种新的广角波控制方法，通过控制相电压使相电流达到准正弦波。与传统控制方法相比，采用广角波控制后转矩脉动从原来的14%下降到3.4%，出力增加了3.5%，而且可以利用非导通相检测反电势过零点，实现无位置传感器控制。广角波控制不但具有转矩脉动小、出力大、控制简单等优点，而且实现了无位置传感器控制，适用于高性能场合。     

新型横向磁通永磁电机无位置传感器控制

分析了新型横向磁通永磁电机的无刷直流运行特点,针对常规相电压法应用于该新型电机时会引入附加检测误差问题,深入分析其产生机理,并结合提前换相方式提出了相应的相位补偿方案以实现正确换相.借助有位置控制器实验首先验证了附加检测误差之存在,并测定了其与负载转矩间的定量关系.在此基础上,进一步利用dSPACE搭建无位置传感器控制系统,对检测误差补偿前、后的运行性能进行实验对比.实验结果表明,与常规相电压法相比,所提出的相电压法改进方案有效提升了电机负载能力,且运行结果与有位置传感器运行时也基本一致.     

计及中性点电压的无刷直流电机无位置传感器控制

为解决无刷直流电机在低速状态下检测转子位置的难题,提出了一种新颖的无位置传感器控制方法。该方法基于凸极式永磁无刷直流电机定子绕组电感是转子位置的函数这一特点,采用H_PWM-L_PWM调制方式,通过检测定子绕组中性点电压的波动情况,从而判断通电相的定子绕组自感是否相等,进而推断出反电动势的过零时刻。再借鉴反电动势法的特点,在过零点的基础上滞后30°电角度,即可确定换相时刻,理论推导证明了该方法的正确性。在实验过程中把该方案与霍尔传感器换相的方法进行了对比,验证了这种方法的有效性。     

一种新型无位置传感器无刷直流电动机起动方法

根据无刷直流电动机理论,应用起动时首先施加激励的主动检测方法,得到了转子的初始位置,保证了无刷直流电动机的正确成功起动。作为初始位置检测的关键,文章给出了相电感和转子的位置关系,同时对影响相电感的主要因素做了分析。仿真结果令人满意。     

单相开路故障下五相直流无刷电机无位置传感器控制

为了增强五相电机驱动系统的可靠性和容错能力,对五相永磁无刷直流电机在单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行了研究。引入一种新颖的五相电机开路模型,实现了在单相开路故障下的场定向控制及载波脉宽调制。并在此基础上,采用滑模观测器估算五相电机的基波反电动势。然而当五相电机开路在故障模式下运行时,三次谐波绕组及逆变器非线性等因素引起观测反电动势含有较强的抖震谐波。采用了一种改进型复系数滤波器,并取代了传统一阶低通滤波器,对观测反电动势基波分量进行无失真滤波,改善位置观测精度和无位置控制电机动态性能。在实验平台上实现了单相开路模式下的无位置控制技术,验证了其的有效性。     

一种新的无刷直流电动机驱动系统

提出了一种新的低成本四开关无刷直流电动机驱动系统。为了有效地利用该系统,设计了一种直接电流控制的脉宽调制(PWM)方案,以得到良好的动、静态的速度-转矩特性。该四开关变换器的可行性可推广到二相无刷直流电动机驱动以及用于功率因数校正和速度控制的六开关变换器。从理论上分析了该无刷直流电动机四开关变换器的工作原理,并通过仿真和试验演示了其性能。     

一种缩短无刷直流电动机换相续流时间的有效方法

详细分析了无刷直流电动机换相续流过程以及由此带来的危害，阐述了过长的换相续流时间导致无位置传感器无法准确检测位置信号以及增大换相转矩脉动等问题，提出了一种缩短换相续流时间和减小转矩脉动的有效方法。通过仿真和实验证明了该方法可以有效缩短换相续流时间和减小转矩脉动，从而避免了无位置传感器因检测不到位置信号而导致的电机失步现象，进一步提高系统稳定性。     

An Improved Microcontroller-Based Sensorless Brushless DC (BLDC) Motor Drive for Automotive Applications

The direct back-electromotive-force (EMF) detection method previously described in a sensorless brushless dc (BLDC) motor-drive system (Proc. IEEE APEC, 2002, pp. 33–38) synchronously samples the motor back EMF during the pulsewidth-modulation (PWM) off time without the need to sense or reconstruct the motor neutral. Since this direct back-EMF-sensing scheme requires a minimum PWM off time to sample the back-EMF signal, the duty cycle is limited to something less than 100%. In this paper, an improved direct back-EMF detection scheme that samples the motor back EMF synchronously during either the PWM on time or the PWM off time is proposed to overcome the problem. In this paper, some techniques for automotive applications, such as motor-rotation detection, and current sensing are proposed as well. Experimental results are presented.     

A Novel Starting Method of the Surface Permanent-Magnet BLDC Motors Without Position Sensor for Reciprocating Compressor

This paper describes a new position sensorless starting method, specialized for low-cost applications, of a brushless dc (BLDC) motor with a surface permanent-magnet (SPM) rotor to prevent demagnetization of permanent magnet and vibrations due to pulsating currents during the starting period. That the magnitude of peak current causes irreversible demagnetization of permanent magnet, has been measured through experimental tests. The proposed method limits the motor currents during the starting period to lower than the demagnetization currents by doing commutation depending on the level of the measured phase currents. Experimental results show that the proposed method implemented in an inverter for a BLDC motor-driven reciprocating compressor considerably reduces not only the pulsating currents but also the vibration of the compressor during starting.      

基于DSP的无刷直流电动机的控制设计

无位置传感器无刷直流电动机的控制实现方案一直是近年的研究热点。文中介绍了一种新颖的以电流注入方式求得凸极转子位置的检测方法，并给出了基于DSP的无刷直流电机无位置传感器的控制方案及其软硬件设计。     

基于数字信号处理器的无位置传感器无刷直流电机起动方法

对反电动势检测转子位置的无传感器无刷直流电机的控制方法进行了研究。分析了几种常用的电机起动方法。阐述了利用dsPIC30F6010芯片实现无位置传感器无刷直流电机预定位起动的方法，给出了相电流和转速波形。试验结果表明，该方法具有起动稳定、可靠的特点。