阅读说明：本技术 一种无刷直流电动机斩波控制方法 (Chopping control method for brushless direct current motor ) 是由 胡小菊 王华超 李洋 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无刷直流电动机斩波控制方法，所述无刷直流电动机由控制器、功率变换器和电机本体组成，其控制方法是基于功率变换器硬件电路的基础，在控制器中搭建DSP+CPLD数字平台，完成对功率变换器中6个功率管导通和关断的双管交替斩波控制，从而实现对无刷直流电动机三相绕组的供电控制，完成无刷直流电动机的运行控制。本控制技术通过软件实现，缩短主功率电路的设计周期，简化主动率电路的设计过程，减弱主功率电路硬件器件的分散性对电动机运行的安全威胁，并且交替斩波使得功率驱动可靠复位，功率管发热均匀，能更好的满足航空产品对稳定性和可靠性的技术要求。(The invention relates to a chopping control method of a brushless direct current motor, wherein the brushless direct current motor consists of a controller, a power converter and a motor body, and the control method is based on a hardware circuit of the power converter, a DSP + CPLD digital platform is built in the controller, and double-tube alternate chopping control of connection and disconnection of 6 power tubes in the power converter is completed, so that power supply control of a three-phase winding of the brushless direct current motor is realized, and operation control of the brushless direct current motor is completed. The control technology is realized through software, the design period of the main power circuit is shortened, the design process of the active rate circuit is simplified, the safety threat of the dispersibility of hardware devices of the main power circuit to the operation of the motor is weakened, the power drive is reliably reset through alternate chopping, the power tube heats uniformly, and the technical requirements of aviation products on stability and reliability can be better met.)

一种无刷直流电动机斩波控制方法

技术领域

本发明涉及无刷直流电动机驱动控制设计技术，尤其涉及对无刷直流电动机驱动控制方式的优化和改进。

背景技术

无刷直流电动机基本由控制器、功率逆变器和电机本体组成，控制器完成对电机的起动、运行和保护的控制；功率逆变器是将直流电转换为交流电输入至电机，从而实现电机的转动。无刷直流电动机具有运行效率高、调速好、损耗低等优点，为实现其良好的控制功能，多数情况下采用双闭环的控制策略(转速外环-电流内环)，双环控制中电流内环作为转速外环的反馈和基准，对其快速性和精确性都提出了较高的要求，内环配置的优劣直接决定了整个运行系统稳态的精确度和动态的快速性。

本专利所涉及的无刷直流电动机应用于大功率低压起动发电系统，其较大的起动功率要求导致起动电流非常大，致使功率管的选型以及电动机的起动存在较多的实际问题，并且对主功率电路及驱动电路设计也提出了较大的挑战和难度。因此驱动电路、电流内环稳定性和快速性以及功率变换电路三者之间的综合匹配设计是比较关键的设计思路。

发明内容

本发明的目的是：

提出一种新型的无刷直流电动机斩波控制方法，通过软件编程实现双管交替斩波控制，简化主功率电路及驱动电路设计周期和过程，提高系统的精确性和快速性。同时提高双环控制中电流内环的斩波频率，而主功率管的斩波频率仅为电流斩波频率的一半。

本发明的技术方案是：一种无刷直流电动机斩波控制方法，所述无刷直流电动机由控制器、功率变换器和电机本体组成，如图1所示，其控制方法是基于功率变换器硬件电路的基础，在控制器中搭建DSP+CPLD数字平台，并通过软件编程完成对功率变换器中6个功率管导通和关断的双管交替斩波控制，从而实现对无刷直流电动机三相绕组的供电控制，完成无刷直流电动机的运行控制。

控制器是由数字处理芯片DSP和可编程复杂逻辑器件CPLD组成的数字控制平台，实现对整个无刷直流电动机的运行控制，故障保护和信息传递。

功率变换器采用全桥逆变器结构，其包括直流供电电源、母线电流传感器、6只功率MOS管和6个RDC吸收电路。

电机本体是没有电刷机械换向装置的无刷直流电动机，包括三相绕组和霍尔位置传感器，控制器通过无刷直流电动机中的霍尔位置传感器实现对位置的检测，借助位置信号完成无刷直流电动机三相绕组换相运行控制。

斩波控制是针对功率变换器每个状态中同时导通的上下管进行通断控制的一种控制方法，分为上下双管同时斩波、上管单管斩波下管固定直通、下管单管斩波上管固定直通三种斩波方式。

功率变换器同一时刻仅有不同桥臂上下两个管子导通，1管和4管、3管和6管，5管和2管各组成一个桥臂，不同桥臂上下管共有六种状态组合，分别为1管和2管、1管和6管、3管和2管、3管和4管、5管和4管及5管和6管，在一个电周期内6个状态按照一定的次序更迭，实现对三相绕组的通电控制。

双管交替斩波控制是基于无刷直流电动机运行的同一时刻两相导通6个状态中的某一状态，上下管借助不同状态进行更换斩波的控制。

双管交替斩波以电机AC两相导通状态为依据，如图1所示，AC绕组导通时，相应导通的管子为上桥臂的1管和下桥臂的2管，在一个斩波周期内，如图2所示，状态1时控制上管1管斩波，下管2管固定直通，状态2时控制上管1管固定直通，下管2管斩波，依次交替循环，实现主功率器件的斩波频率为电流斩波频率的一半。

本发明的优点是：本发明结合起动电流大且满足起动电流平稳快速的要求，提出一种新型的双管交替斩波技术。该双管斩波控制技术完全通过软件编程实现，无须更改硬件设计，简化功率变换电路和驱动控制电路的设计过程，缩短整个产品的设计周期，并且实现电流的平稳控制；该斩波控制技术是基于数字平台实现的一种新型技术，通过匹配上下管进入的状态，在进行换相控制时，无须单独设置死区模块，即可实现5us-100us(斩波周期为100us)的死区控制，可靠避免上下管直通的情况；针对上下双管同时斩波，对管子的分散性要求严格，以及单管斩波上下管发热不均，管子选型困难等问题，交替斩波技术解决不同桥臂上下管分散性以及功率管发热不均匀的问题；每个主开关器件的斩波频率是电流斩波频率的1/2，在保持开关频率不更改的前提下，实现了电流的斩波频率提升，完成电流的平稳控制，保证内环的精度和可靠性。

附图说明

图1是无刷直流电动机原理图；

图2是上下管交替斩波波形；

图3是技术方案实施流程。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。双管交替斩波技术中的双管分别对应无刷直流电动机三相六状态中的某一状态(上下管受同一PWM控制)导通的上管和下管，如图1中的1管和2管。技术实施流程如图3所示，采用DSP+CPLD的数字控制平台，通过DSP的捕获口获取电机位置，获得电动机绕组导通的导通码，根据导通码和电动机的的位置状态，设置标志状态，依据标志状态控制DSP的PWM输出两路交替斩波的方波信号，将方波信号输出至CPLD中，通过CPLD的判定以及锁存后输出至驱动功率电路，驱动功率MOS管导通，为电机绕组通电，带动电机工作。

本发明的工作原理是：无刷直流电动机两相导通的PWM斩波方式中，上下管均受同一PWM控制的斩波方式会导致明显的泵升，因此本文采用双管交替斩波方式的控制策略，以一个斩波周期为单元进行交替更迭，以图1中AC两相导通状态进行分析，AC绕组导通时，相应导通的管子为上桥臂的1管和下桥臂的2管，依据软件中的状态标志在某一个PWM周期T中，如图2，上管1配置为斩波，下管2配置为全通，同时改变状态标志；在接下来的一个周期中，上管1配置为全通，下管2配置为斩波，同时更改状态标志；依次交替循环斩波。

实施例

本发明的一个实施例，数字处理芯片DSP采用TMS320F2812，可编程复杂逻辑器件CPLD采用EPM570T144。本发明通过对数字处理芯DSP芯片编程实现双管交替斩波控制，由可编程复杂逻辑器件CPLD完成对斩波控制信号的锁存输出，经过一定的功率放大电路，实现对功率变换器的斩波控制，在某无刷直流电机的空载，半载和满载试验中，转速和电流都得到平稳控制，试验证明该双管交替斩波控制方法实现简单、运行可靠，控制方便，满足无刷直流电动机平滑可靠运行的技术要求。