脉冲注入法的无刷直流电机转子位置
无刷直流电机无位置传感器转子位置辨识策略
无刷直流电机无位置传感器转子位置辨识策略摘要：无刷直流电机（BLDCM）是一种用电子换相代替机械换相的新型电机，通常采用永磁体转子，因具有功率密度高、结构简单、调速性能好等优点而得到了广泛应用。
关键词：无刷直流电机；转子位置辨识策略无刷直流电动机具有结构本身相对简单、控制系统设计方便、运行稳定、维护成本低、功率密度高、调速性好等优点，已经在伺服控制、精密电子、办公自动化、医疗器械、家用电器、电动车辆、航天航空、工业工控等行业内得到了广泛的应用。
传统的无刷直流电动机需要安装位置传感器，从而得到转子位置信号对三相绕组进行换相控制。
然而位置传感器的安装不但增加了系统自身的尺寸，使内部结构变得复杂，同时增加了成本，特别在高温、高湿等恶劣的工作环境下，传感器信号线容易受外界信号干扰，系统可靠性降低。
一、慨况无刷直流电机因其高效率、长寿命、低噪声及其良好的机械特性等优点，在航空、军事、汽车和办公自动化等行业得到了广泛地应用。
传统无刷直流电机控制系统的正常运行，需要位置传感器来确定转子相对位置。
但位置传感器增大了电机的体积和成本，维修困难，且传感器的连线较多，容易受外界信号干扰。
因此，无刷直流电机无位置传感器控制成为当前研究热点之一。
由于无刷直流电机的反电动势一般难于直接检测，因此通常采用间接方法得到反电动势过零点。
使用端电压法得到反电动势过零点，这种方法虽然结构简单，但是需要重构电机中点，滤波电路的使用也会导致检测到的反电动势过零点信号产生相移，需要额外的硬件或者软件对其进行补偿。
采用三次谐波检测反电动势的过零点，通过虚构电阻网路中点，得到三次谐波过零点与相反电动势过零点的关系。
但实际上由于电阻网路的加入，三次谐波的波形失真。
同时，对于实际的无刷直流电机，由于电机设计，漏磁的存在，反电动势波形平顶宽度往往小于120°。
二、无刷直流电动机电路拓扑及数学模型三相全桥式无刷直流电动机主电路拓扑结构框。
其三相绕组为Y型接法，假设三相绕组的反电动势波形为梯形波，三相绕组的电流波形为方波。
基于脉冲法实现转子初始定位的方法
基于脉冲法实现转子初始定位的方法概述：转子定位是指将转子在电机启动前准确地确定在某个初始位置上的过程。
脉冲法是一种常用的转子初始定位方法，通过给转子施加脉冲来确定转子的初始位置。
本文将详细介绍脉冲法的原理、步骤以及其在转子初始定位中的应用。
1.原理：脉冲法是基于磁阻检测原理的一种转子初始定位方法。
电机转子上通常有一组磁铁或磁极，而定子上具有与之相应的磁阻，当磁阻感应到转子磁极时，会产生一个电脉冲信号。
利用这个电脉冲信号，我们可以将转子的位置准确定位。
2.步骤：脉冲法通常需要经过以下步骤来实现转子的初始定位：1）确定脉冲信号的源：通常，电机的转子上会有一组磁极或磁铁，而定子上会有磁阻。
我们需要确定磁阻对应的位置作为脉冲信号的源。
这一步可通过检测电机的转子结构来确定。
2）检测脉冲信号：在电机启动前，通过传感器检测转子位置对应的脉冲信号。
这个传感器可以是霍尔传感器、磁性传感器等。
3）信号处理：对检测到的脉冲信号进行信号处理，通常通过计数或者滤波等方法获得更可靠的转子位置信息。
信号处理的方法会根据具体的应用场景而不同。
4）判断转子位置：根据信号处理得到的转子位置，判断其是否达到预设的初始位置。
如果转子位置符合初始位置要求，则定位完成。
3.应用：脉冲法广泛应用于电机启动过程中的初始定位中，具体应用场景包括：1）步进电机：步进电机常见的定位方法之一就是脉冲法。
通过给步进电机施加相应的脉冲信号，可以将电机的转子准确地定位在指定的步进位置上。
2）无刷直流电机：无刷直流电机也可以采用脉冲法进行初始定位。
通过检测电机转子的磁铁位置，可以将电机的转子准确定位在相应的起始位置上。
3）其他转子初始定位：除了步进电机和无刷直流电机外，脉冲法还可以应用于其他任何需要在初始位置准确定位转子的场景中。
只要转子带有磁性磁极，利用脉冲法都可以完成转子的初始定位。
脉冲法在转子初始定位中具有以下优点：1）准确性：通过脉冲法，可以实现转子位置的高精度定位，保证转子启动时的稳定运行。
基于高频脉冲注入法的开关磁阻电机转子初始位置判定研究
ＺＨＡＮＧ Ｙｉ，ＺＨＡＮＧ Ｗ ｅｉ，ＹＡＯ Ｓｈｕ－ｃｈｕｎ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｉｎｓｔａｌｌ ｔｈｅ ｈａ ｌｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａ ｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ，ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ，ｂｕｔ ａ ｌ ｓｏ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｎｔｉ— ｓｅｉｓｍ ｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓ－
较三相 电流响应 幅值 的得 到初 始位置的判定算法 ，在 １２／８极 １．５ ｋＷ 三相开关磁阻 电机上对该方法 的准确性进行 了试验 。研 究结
果 表明 ：相 比于利 用霍尔信号确定初始位置 的方法 ，采用改进后高频注入法 的转 子初 始位 置的判定算法精确 度上提高 了一倍 ，且从
静 止起动到初始给定转速 过程 中无反转或其他过渡过程 ，可实现电机 的平滑起动 。
在 目前 ＳＲＭ 系 统 的启 动 中 ，通 常采 用霍 尔 位 置传
感器 来获 取转 子初 始 位 置 ，额 外 的 硬件 检 测 设 备 不 仅 增加 了驱 动 系统成 本 和 复 杂度 ，同 时 降低 了整 个 系 统 的可 靠性 ¨１］。 因此 无 霍 尔 位 置 传 感 器 的开 关 磁 阻 电 机 驱动 系统 的研 究 受 到 国 内外 学 者 的关 注 ，文 献 ［２］ 采用 电流波形 检测 法 ，利 用 增 量 电感所 引起 的相 电流 变化 率解 算 出转子 的位 置 ，但 该 方 法 电感 的计 算 时 间 较 长 ，算 法易 受噪声 信 号 的的影 响 ；文 献 ［３］利 用 ＳＲＭ
基于脉冲计数的无位置BLDCM转子位置精确检测方法
， ｎ ｄ ｆ ， ） ， （ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ）Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｙ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ０ ４ ４ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ａ ｍｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｂ ｒ ｕ ｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｂ ａ ｃ ｋ ＥＭＦ，ｔ ｅ ｍ ｉ ｒ ｎ ａ ｌ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ａｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓ ＢＬ ＤＣＭ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎｇ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ — ｍｏ ｎ ｇ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ ｐｅ ｅ ｄ，ｃ ｏ ｍｍｕｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ，ＰＷ Ｍ ｒｅ ｆ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎｄ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｇ ｕｉ ｄｅ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｕｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ＰＷ Ｍ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｐｏ ｓ ｉ —
无刷电机 脉冲定位原理
无刷电机脉冲定位原理
无刷电机是一种采用电子换向技术来驱动转子的电机，它不需
要使用碳刷来实现换向，因此具有结构简单、寿命长、噪音小等优点。
脉冲定位原理是指利用传感器检测转子位置，通过控制器发送
脉冲信号来驱动电机，从而实现精确定位的原理。
脉冲定位原理的具体步骤如下，首先，无刷电机内置传感器
（比如霍尔传感器）用于检测转子位置。
当控制器接收到来自传感
器的信号时，它会根据信号的变化来确定转子的当前位置。
然后，
控制器会根据所需的转子位置和当前位置之间的差异来生成相应的
脉冲信号。
这些脉冲信号会被发送到电机的驱动器，驱动器会根据
这些脉冲信号来控制电机的转动，使转子达到所需的位置。
脉冲定位原理的核心在于控制器根据传感器反馈的信息来精确
地控制电机的转子位置，从而实现精准的定位。
这种原理使得无刷
电机可以在需要精确定位的应用中发挥重要作用，比如工业机器人、数控机床、医疗设备等领域。
总的来说，脉冲定位原理是利用传感器检测转子位置，通过控
制器发送脉冲信号来驱动无刷电机，从而实现精确定位的原理。
这
种原理的应用使得无刷电机在精密定位和控制方面具有了更广泛的应用前景。
BLDC基于脉冲注入法的无刷直流电机转子位置
△iA iA1 iA2
(3)
图 1 状态下各相的测试电流示意图如下所 示，由于 B，C 两相的位置相对与磁铁中心 轴对称，所以它们的电流差应该大小相等。 由于 A 相此时所产生的磁场与磁铁刚好一 致正反电流所受到磁场的影响也是最大的， 产生的电流差理论上也是最大的。
到其它相的电流差。
ih
+
200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200
转子 位置
90
180
270
360
图 6 三相电流差随转子位置变化关系
位置 误差
10 5 0 -5 -10
转子 位置
90
180
270
360
图 7 转子位置误差 5。结论 这篇论文提出了一种利用脉冲注入来检测 永磁电机转子在静止状态下位置的方法。 此 方法是利用磁铁的位置不同而引起定子电 流变化来估测转子的位置的， 能有效的避免 瞬时的反转或者起动失败， 它不仅适用于无 刷直流电机还适用于直流同步电机， 并且不 需要知道电机参数。 实验结果表明估算误差 在[-8 +9]的电角度的范围内，因此可以使电 机在安全状态下起动。 由图 7 可以看出估算 误差也是有一定规律的，要进一步减小误 差，可以对程序的算法做进一步改进。 参考文献
BLDC基于脉冲注入法的无刷直流电机转子位置
VT1
VT3
VT5
i A1
i B1 i C2
-i A2
VT4
VT6
VT2
-i C1 -i B2
i检测
驱动模块
计时 器 PWM 单元
t
T
比较 逻辑
图 2 电流示意图 同理，在其它相上，可以得到：
比较寄 存器
A/D转 换模块
TMS3202407
放大 电路
△iA iA1 iA2 △iB iB1 iB 2 △iC iC1 iC 2
同步，提高电流采样的可靠性，PWM 波形 需要 1us 的延时。 4．实验结果 下图显示出了由上述方法得到的电流差。 实 验非常理想，结果表明，能够得到足够检测 到的电流差， 有效的证明了所提出的方法的 有效性。 可以保证电机一直在安全状态下起 动。
△i(mA)
Application Society Annual Meeting ， New Orleans, 1997, pp. 459-463. [5] F. Parasiliti, R. Petrella, M Tursini, “Low Cost Phase Current Sensing in DSP Based ACDrives” Proc. of the IEEE ISIE’99, Vol. 3, pp. 1284-1289, Bled, Slovenia, 1999.
[1]王冉冉， 刘玉庆. 无位置传感器无刷直流电 机起动的比较与研究. 微电机 2003 年第 1 期. [2] L. Cardoletti, A. Cassat, M. Jufer, “Indirect Position Detection at Standstill for Brushless DC and Step Motors” Proc. of EPE 89, Aachen, 1989, pp. 1219-1222. [3] 邓灿， 张森林 一种新的无刷直流电机起动 方法 微电机 2002 第6期 [4] P. B. Schmidt, M. L. Gasperi, G. Ray, A. H. Wijenayake, “Initial Rotor Angle Detection of Non-Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Machine” Proc. IEEE Industry
无位置传感器无刷直流电机转子位置检测
无位置传感器无刷直流电机转子位置检测传统的获取无刷直流电机转子位置信息的方法是采用电子式、机电式、光电式等位置传感器直接测量，如霍尔效应器件(HED)，光学编码器，旋转变压器等位置传感器。
然而，这些位置传感器有的分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件敏感，如震动、潮湿和温度变化等都会使性能下降，使得整个传动系统的可靠性难以得到保证。
传感器还大大增加了电气连接线数目，给抗干扰设计带来一定困难。
略去无刷电动机的位置传感器而用其他方法检测转子的位置，是一项具有实际意义的工作，能进一步扩大无刷直流电动机的应用领域和生产规模。
无位置传感器无刷直流电机，顾名思义，就是省去了无刷直流电机中的转子位置传感器。
虽然，无位置传感器无刷直流电机不需要直接安装转子位置传感器，但在电机运转过程中，控制电机换相的转子位置信号还是需要的，因此，无位置传感器无刷直流电机控制技术的关键是架构一转子位置信号检测电路，通过软硬件间接获得可靠的转子位置信号。
就无刷直流电动机而言，目前国内外对无位置传感器无刷直流电动机做了不少的研究，提出了不少转子位置检测方法，按其原理分为以下几种：（1）利用反电势检测转子位置；（2）利用绕组电感检测转子位置；（3）利用瞬时电压的方程检测转子位置；（4）利用绕组端电压检测转子位置；（5）利用相电流检测转子位置；下面对几种典型无位置检测的方法进行比较1.1利用电机反电势信号控制电机的换向有三种检测电机反电势的方法：零交叉法、锁相环法和反电势积分法：a)零交叉法：当检测到未导通项绕组的反电势过零时，触发定时器，在定时时间结束时，逆变器实现下一个相序的换向。
该方法简单，价格便宜。
缺点是静止或低速时反电势信号为零或很小，难以准确检测绕组的反电势，因而无法得到有效的转子位置信号，系统低速性能比较差；另外，为消除干扰信号，需要对反电势信号进行深度滤波，这样造成与电机转速有关的信号相移，为了保证正确的换相需要对此相移进行补偿。
高频信号注入法估计无刷直流电机转子位置的物理机理
用 于无刷 直 流 电机 （ Ｌ Ｃ） 还 没 有 人 进 行 深 入 ＢＤ ，
的 原 因在 于 ， 转子 同步 旋转 坐标 系 中的方 程 ， 只是
一
种坐标 变换 的结 果 ， 反映 电机 的物理 本 质 ， 不 因
本 文从 永磁 无刷 电机 在三 相静 止 坐标 系 中的
（ ｃ ｏｌ ｆ ｃａ ｉａ Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａｄ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ， ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｉ ｃ ｎ Ｍｅ ｎ ｅ ｉ Ｓ ｅ Ｔ ｃ ｎｌｇ ｅ ｉｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉ ） ｅｈ ｏ ｙＢ ｉｎ ， ｅ ｉｇ１０ ８ ， ｈｎ ｏ ｊ ｊ ａ
而不 能作 为 建模 的依 据 。
一
研究 。目前绝大数文献 圳在讨论高频信号注入
法 的原理 时 ， 是 以永 磁 电机 在 转 子 同步 旋转 坐 都 标 系 中 的 数 学 模 型 为 依 据 的。 按 照 这 种 思 路 ， ＢＤ Ｌ Ｃ和 Ｐ Ｓ 将 具 有 相 同 的高 频 模 型 ， 而 高 ＭＭ 因 频信 号注 入 法 同样 适 用 于 Ｂ Ｄ 这 个 结 论 显 然 Ｌ Ｃ， 是不 符合 实 际情 况 的 。因为 Ｂ Ｄ Ｌ Ｃ和 Ｐ Ｍ虽 然 ＭＳ 同属永磁 无 刷 电机 ， 其 物 理 结构 和 电气 特性 并 但 不完 全相 同 ¨ 。Ｐ Ｓ 的 定子 绕 组 为 分 布 绕组 ， ＭＭ
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研究 与设 计 Ｅ 脚
电 札 与控 制 应 用 ２０ ，４（ ） ０ ７３ ８
高 频 信 号 注 入 法 估 计 无 刷 直 流 电 机 转 子 位 置 的 物 理 机 理
一种基于脉振高频电压注入法的转子位置检测方法
Key words: second-order generalized integrator（SOGI）；
interior permanent magnet synchronous motor（IPMSM）；
high-frequency pulsating voltage injection；
sensorless
内置式永磁同步电机（IPMSM）具有体积轻、
零速或低速运行时，电机绕组反电动势很小或为
效率高和输出转矩能力强等优点，在电动车驱
零，此控制方法就会失效或根本无法检测。低速
动、舰船推进、数控系统及家用电器等领域得到
second- order generalized integrators（SOGI）. A new position observer was made up of the SOGI，which made the
process of the system parameters setting easier. In the dynamic process，
synchronous motors（IPMSM），the filters influences the dynamic performance of the system in the process of
extracting rotor position information. A novel rotor position estimation scheme was proposed which based on the
无刷直流电机转子位置的检测方法
无刷直流电机转子位置的检测方法
无刷直流电机转子位置的检测方法主要有以下几种：
1. 通过传感器检测：这是最常规的方法，可以直接观察到转子的当前位置。
通常使用的是霍尔元件传感器，这是一个非常小巧的元件，对磁场的变化非常敏感，当转子旋转的时候，磁场会发生变化，霍尔元件也就能即时输出信号。
2. 通过反电势法检测：无刷电机的转子在运转的时候，不光会把电能转化成为动能，而且也同时会输出反向的电动势，通过观测转子输出的反向电动势，同样可以估算出转子的位置。
这是一种间接的手法，但目前也同样可以达到比较高的精度。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅无刷直流电机相关书籍或咨询专业人士。
电感辨识电机位置的方法
电感辨识电机位置的方法
电感辨识电机位置的方法通常适用于方波类型的直流无刷电机。
在这种方法中，电机的驱动方式采用六步换向驱动，因此一个360°电周期可以被分成6个扇区，每个扇区占60°电角度。
电机转子位置只能在这六个扇区中的一个。
接下来，向这6个扇区的中心位置通入励磁电流，根据电流的变化情况来判断转子的大概位置。
电压脉冲施加在置于永磁体磁场的定子绕组两端，定子磁场和永磁体转子磁场相加或者相减，可能会导致定子磁场饱和。
如果永磁体的北极靠近定子磁场的轴线，两个磁场相加，磁场饱和，磁导率下降，电感减小，电流变化率增大；相反，如果永磁体南极靠近定子线圈绕组轴线，两个磁场相减，磁导率增大，电感变大，电流变化率变小。
利用相同的激励电压脉冲，不同的电流变化率会产生不同的峰值电流。
因此，通过判断引起不同的电流峰值的电压脉冲相位，就可以判断出永磁体转子的位置。
这种方法可以将转子位置确定在30°~60°范围内。
一种基于电压脉冲注入的对转无刷直流电机起动方法
一种基于电压脉冲注入的对转无刷直流电机起动方法
杜军;张林森;赵军
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2013(000)002
【摘要】为解决反电势法无法实现电机自起动的问题，结合对转无刷直流电机永
磁体转子的凸极性，提出了一种改进的电压脉冲注入定位起动方法，该方法通过向电机电枢绕组注入开关电压矢量，利用电压矢量产生的电流响应估计转子位置角，以此实现电机的转子定位、起动和加速。
试验结果验证了该方法的有效性。
【总页数】4页(P137-140)
【作者】杜军;张林森;赵军
【作者单位】海军装备部军械保障部，北京，100841;海军工程大学兵器工程系，湖北武汉，430033;海军工程大学兵器工程系，湖北武汉，430033
【正文语种】中文
【中图分类】TJ631.2;TM361
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1.一种对转永磁无刷直流电机定转子相对位置检测方法 [J], 李宏;徐德民;焦振宏;
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3.一种基于6进制概念的对转无刷直流电动机起动解算方法研究 [J], 张宏科;袁金焕;袁林兴;焦振宏
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无刷直流电动机转子位置估计的电流注入法
无刷直流电动机转子位置估计的电流注入法
张平;谢运祥;牛海清
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2005(38)2
【摘要】介绍了凸极无刷直流电动机转子位置检测的电流注入法.该方法是在定子绕组中注放微弱的高频交流信号,通过对端电压的处理,计算出转子的位置.文中利用该方法对启动和正常运转的电动机转子位置进行了仿真,验证了其有效性.
【总页数】3页(P13-15)
【作者】张平;谢运祥;牛海清
【作者单位】华南理工大学电力学院,广州,510640;华南理工大学电力学院,广州,510640;华南理工大学电力学院,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】TM361
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基于脉冲注入法实现的无刷直流电机转子位置检测
摘要：本文提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时转子位置的方法。
基于方法依次向定子绕组注入一系列的脉冲，通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。
实验结果表明：该方法不但具有较高的位置检测准确性，同时对电机的参数依赖性低，可以省去电机内部的检测元件，又可以应用到其它电机。
关键词：无刷直流电机转子位置脉冲注入识别
Abstract
This paper presents a method to detect the rotor position of Permanent Magnet motors at standstill by using a suitable sequence of voltage pulses. Based on this method， a suitable sequence of voltage pulses is applied to the stator windings. We can estimate the magnets position by the current variation of the pulses. The obtained results show that this method is not only efficient but also need bit of motor parameters，it can omit motor internal examination parts and may be used on other type of motors.
Key words: BLDCM Rotor position Pulses injection Recognition
引言
近年来，由于无位置传感器无刷直流电机(BLDCM)具有调速特性好、无换向火花、无无线电干扰、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点，其应用越来越广泛。
检测电机转子位置是无刷直流电机研究的一个重要课题。
转子位置的不确定，将直接导致电机起动失败或短暂反转。
目前，无刷直流电机的起动方法有硬件起动和软件起动。
但是硬件起动方式的最大缺点就是附加的起动电路加大了电机的尺寸，而且对电机的可靠性也有所降低。
软件起动方式中的预定位起动，需要先把转子驱动到某一特定位置，停止摆动后再对转子驱动【1】。
由于转子的惯性，会使驱动时间变长。
本文提出了一种在转子静止时检测电机的方法。
永磁电机中转子的位置不同，电机的磁场分布不同，对定子中各相电流的影响也不同【2】，作者就是利用定子中电流的变化，通过向定子中发送一系列的电流脉冲，根据测量得到的电流峰值来判断转子的位置。
本文简要介绍了其工作原理，对在静止状态下检测转子位置进行了实验，验证了方法的可靠性和可行性。
该方法不仅适用于无刷直流电机，对永磁同步电机以及其它永磁电机也有效，并且对电机的参数没有特殊要求。
1. 基本原理
永磁电机的示意图如图1所示：
图1 基本原理
以A相为例，其内部磁场(
A
ϕ)由永磁
体PM的磁场(
AM
ϕ)和定子电流磁场(
A i
ϕ) 两个效果叠加的。
A AM Ai
ϕϕϕ
=+(1)
如果相电流再高一些，磁路将饱和，并且绕组的自感应系数变小。
如果改变电流的方向，则总磁通就变为：
A AM Ai
ϕϕϕ
=-(2)
这样，磁通将退出饱和，绕组的自感应系数将变高。
正电压脉冲作用，数字控制器通过电流传感器不断对电流进行A/D 变换，当检测脉冲结束时，得到一个峰值电流【3】。
然后再发出一个负电压脉冲，检测得到负的相电流峰值。
比较两个被放大后的电流值可以得到一个电流差
12
A A A
i i i
=-
△(3)
图1状态下各相的测试电流示意图如下所示，由于B，C两相的位置相对与磁铁中心轴对称，所以它们的电流差应该大小相等。
由于A相此时所产生的磁场与磁铁刚好一致正反电流所受到磁场的影响也是最大的，产生的电流差理论上也是最大的。
i
图2 电流示意图
同理，在其它相上，可以得到： 12
1212
A A A
B B B
C C C i i i i i i i i i =-=-=-△△△ (4) 如下图3所示为图1状态下的电流差示意图。
图3电流差和转子位置关系示意图 综合分析所有三相的电流差【2】，可以检测到转子的位置。
设电流差值随着转子位置连续
的变化【4】
(设为正弦地变化如图3所示)，根据它们的组合可以测定转子的绝对位置。
2. 系统硬件电路构成
本系统是基于TI 公司的DSP320LF2407A 设计的。
如前所述，可按表1的顺序给出电流脉冲。
平。
这样可检测得到的是某一相的正相电流，然后加反向电流使电流强制为0，再给VT3，VT4，VT5高电平，得到这一相负电流，由式（4）得到电流差。
同理，可以得
到其它相的电流差。
图4 检测电路
本实验用到DSP 的两个模块。
首先由时事件管理模块A(EV A)发出PWM 信号，从电机出来的电流信号经过模数转换块(ADC)，采到电流差值后，与已有值比较判断转子位置。
3. 实验方法
本实验采用的是雅合全公司生产的70ZWN24-30型号电机，它是一有内部传感器的无刷直流电机，因此电机转子的精确位置可以由传感器获得，进而可以和本实验所得值进行比较。
其参数如表2： 益和偏移误差也是不同的。
为了避免它带来的问题，作者在直流总线上安装一个分流电阻(见图4)。
这样就具有相同的增益误差并且没有偏移误差，得到的电流差更精确。
这种设计的优点是：工作中的六个晶闸管中的某个直流链路电流精确的等于相电流中的一个或它的相反值【5】。
根据表1，可以得到：
1122h h p
h h p i k i i i k i i ''=⋅+=⋅+ (7)
这里k 和p i 分别是增益和电流偏移误差，其中k>0。
计算电流差,h SA M P L E i △，可得： 1212()h h h h i i i k i i k i '''=-=⋅-=⋅△△ (8)
因此，在电路测量中可能出现的调整偏差是不会对计算电流差的精度有影响的。
增益误差对各相的电流差都是一样的，所以就不会对转子的判断造成影响。
为了能使AD 转换和PWM 波形的正确
同步，提高电流采样的可靠性，PWM波形需要1us的延时。
4．实验结果
下图显示出了由上述方法得到的电流差。
实验非常理想，结果表明，能够得到足够检测到的电流差，有效的证明了所提出的方法的有效性。
可以保证电机一直在安全状态下起动。
图6 三相电流差随转子位置变化关系
图7 转子位置误差
5。
结论
这篇论文提出了一种利用脉冲注入来检测永磁电机转子在静止状态下位置的方法。
此方法是利用磁铁的位置不同而引起定子电流变化来估测转子的位置的，能有效的避免瞬时的反转或者起动失败，它不仅适用于无刷直流电机还适用于直流同步电机，并且不需要知道电机参数。
实验结果表明估算误差在[-8 +9]的电角度的范围内，因此可以使电机在安全状态下起动。
由图7可以看出估算误差也是有一定规律的，要进一步减小误差，可以对程序的算法做进一步改进。
参考文献
[1]王冉冉，刘玉庆. 无位置传感器无刷直流电机起动的比较与研究. 微电机2003年第1期.
[2] L. Cardoletti, A. Cassat, M. Jufer, “Indirect Position Detection at Standstill for Brushless DC and Step Motors” Proc. of EPE 89, Aachen, 1989, pp. 1219-1222.
[3] 邓灿，张森林一种新的无刷直流电机起动方法微电机2002 第6期
[4] P. B. Schmidt, M. L. Gasperi, G. Ray, A. H. Wijenayake, “Initial Rotor Angle Detection of Non-Salient Pole Permanent Magnet Synchronous Machine” Proc. IEEE Industry Application Society Annual Meeting，New Orleans, 1997, pp. 459-463.
[5] F. Parasiliti, R. Petrella, M Tursini, “Low Cost Phase Current Sensing in DSP Based ACDrives”Proc. of the IEEE ISIE’99, Vol. 3, pp. 1284-1289, Bled, Slovenia, 1999.。