基于电感测量无位置传感器无刷电机实验研究 - 图文(8)

触发信号, 这给软件或硬件的实现带来一定的难度。本文采用一种固定相位滞后的低通滤波器, 使电机转速在一定范围内, 相位滞后90°(电角度) 不变, 得到的相位信号在无需使用相位补偿的情况下经过逻辑器件变换成逆变器触发信号的驱动系统。

该电机在通电运行时的端电压是由图5.6 所示的反电势和高频斩波信号叠加而成, 因此, 需对端电压进行深度低通滤波, 而滤波后的反电势波形存在相位滞后, 如图5.7 所示。

图 5.5半桥PWM 调制

U / V A B C 180 360 540 720 ?t/(?图5.6 反电势波形(无高频斩波信号迭加)

U U / V V W 90 270 450 630 810 ?t/(?图5.7 滤波电势波形

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R3 C2 R1 A R2 1 2 C1 1 + — R4

图5.8 低通滤波器

图5.8 所示的低通滤波器的传递函数为：

（1）

令s= j?, 代入式(1) 得:

（2） 由式(2) 可知, 若反电势角频率X 满足:

?=1/R1R2C1C2 （3） 则反电势相位滞后?/2弧度, 波形如图5.7 所示。

在具体系统中, 取R1= R2= R , C1= C2= C, k= 115,式(3) 可写为:

??1/RC （4） 为保证电机在一定工作频率范围内式(4) 恒成立, 电阻R 应与X 成反比关系。在本文所论述的系统中, 电阻R 用开关电容等效, 它受开关频率f令反电势波形?=2?f, 当远远大于f 时, 开关电容等效电阻为:

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R控制。

R=1/fRCR (5) 利用倍频器可得:fR = 6?f ,? 为倍频器固定放大倍数。当满足2?C= 6?CR 的约束条件时, 式(4) 恒成立。为了得到倍频器的输入频率信号, 必须将图5.7所示反电势波形经过比较器比较, 得到如图5.9 所示的波形。由于倍频器的末端电路含有D 触发器, 于是, 倍频器输出所需要的频率为f R 相位相反的两列方波信号。

UE/V 0 90 270 450 630 810 ?t/() UF/V ? 0 30 210 390 570 750 ?t/(?) UC/V 0 150 330 510 690 ?t/() ?

图5.9 过零比较器波形

5.3 单片机AD转换分析

单片机的A /D 转换顺序器包含两个独立的8 状态顺序器, 也可以当作一个16 状态的顺序器使用。在这两种情况下,单片机 的ADC 单元都有将要转换的模拟量自动排序的能力。对于每一次转换, 可通过模拟互斥开关选择16 个输入通道中的任何一个。转换完毕, 通过被选中通道转换成的数字结果存放于相应的结果寄存器。单片机还允许对同一个通道采样多次,即重采样。A /D 转换的启动信号可以由软件、事件管理器或者外部信号引脚触发。用汇编语言实现A /D 转换。

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本文介绍一种利用555定时器和单片机构成的A/ D转换器，其A／D转换的输入电压范围为4 V一18 V。基于单片机和555定时器的A／D转换器的组成原理如图5.10所示。图5.10中，单片机和555定时器构成一路16位A／D转换器，其实现A／D转换的基本思想是：当输入电压 不同时，555定时器输出脉宽不同的矩形脉冲波，加到单片机的外部中断输入端丽而。单片机对脉宽进行测量，得到一个16位的数字量．完成对输入信号的A／D转换。不同的输入电压对应的脉宽不同，得到的数字量也不相同。

图5.10 A／D转换器的组成原理

为了验证该A／D转换器的可信度．实验中利用A／D转换器对5 H2的三角波(图5.11所示)进行转换。其转换结果如表1所示。

图5.11 Hz三角波

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5.4 无刷电机初始定位及开环起动实验

起动时首先施加激励电压,应用主动检测方法,测得响应相电流,利用相电流和相电感的关系,便可以得到转子的初始位置。这种方法保证了无刷直流电动机的正确成功起动,同时不需要附加起动电路。作为初始位置检测的关键,必须找出相电感和转子的位置关系。相电感和转子的位置关系的推导在本文前面部分已有说明。步进起动时从初始位置开始，按前面的导通次序依次导通各功率管，但导通时间按一定规律递减，以达到提速的目的。步进起动结束后进行自由切换，保证换相的正确性，同时，PWM斩波使直流侧电压逐渐加到主电路上，使无刷电机的转速按控制要求加速，相当于电机转速的软起动过程，这样就避免了电机在起动初期会产生大电流，减少了对主电路的冲击，延长了功率管的寿命。

初始化模块主要完成程序所用变量的初始化，PWM中断初始化，捕捉中断初始化，发初始定位脉冲；捕捉中断完成反电势过零点的捕捉及换相周期的确定；采样保护模块主要用来采集直流侧电压和电流，以及判定和处理故障。实验数据证明，换相时刻的准确性和相位跟踪的快速性对电机控制的性能影响极大，电子开关的准确换相点每次都在该相不激励绕组的反电势过零后30°的电角度位置，由于电机的运行是变速运行，换相周期是变化的，所以并不能准确确定延迟30°电角度的换相时间，只能根据前若干个换相周期的变化趋势，对该次换相时刻进行合理有效的滤波和预估

采用软件方式实现对无刷直流电机的起动控制. 首先由程序控制给预定两相定子绕组通电而另一相断开, 控制电流的大小使电机定子合成磁势轴线在空间有一确定方向, 把转子转动到预定位置. 然后按事先设定的转子位置代码表(预设定6 种模式) , 得出随后起动时需要通电的相序, 由程序控制电压和换相时间, 导通相应的绕组使电机起动. 待上一脉冲结束后, 再次发出6 个检测脉冲确定转子的位置, 导通相应的绕组并进行加速, 待电机运行平稳后, 再进行反电势检测, 若检测不到反电势信号则继续加速, 如此不断重复检测—加速—检测—加速，直到电机转速达到可以稳定的检测反电势过零点时, 转换成自同步方式运行. 在电机起动期间, 程序不进行反电势过零点检测, 换相不受反电势检测信号的控制, 换相时刻间隔由程序进行延时控制. 换相时间间隔根据电机具体参数算出电

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