阅读说明：本技术 无传感器控制中的自适应滤波控制方法及控制装置 (Adaptive filtering control method and control device in sensorless control ) 是由 王浩陈 魏海峰 张彬 李震 张懿 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无传感器控制中的自适应滤波控制方法,包括：获取无刷直流电机的相电感和相电阻；获取无刷直流电机运转过程中的工作电流；根据无刷直流电机的相电感和相电阻以及工作电流,计算消磁的作用时间；根据消磁的作用时间,计算自适应滤波过程中的滤波对比次数；根据滤波次数和滤波对比次数,执行自适应滤波,当滤波次数大于等于滤波对比次数时,执行换相；当滤波次数小于滤波对比次数时,不执行换相。本发明通过电路等效实现对消磁的作用时间的量化,科学地确定滤波次数,以现实自适应滤波。(The invention discloses a self-adaptive filtering control method in sensorless control, which comprises the following steps: acquiring phase inductance and phase resistance of the brushless direct current motor; acquiring working current of the brushless direct current motor in the running process; calculating the action time of demagnetization according to the phase inductance, the phase resistance and the working current of the brushless direct current motor; according to the action time of demagnetization, calculating the filtering contrast times in the self-adaptive filtering process; performing adaptive filtering according to the filtering times and the filtering comparison times, and performing phase change when the filtering times are more than or equal to the filtering comparison times; and when the filtering times are less than the filtering comparison times, not executing phase conversion. The invention realizes the quantification of the action time of degaussing through circuit equivalence, scientifically determines the filtering times, and realizes the self-adaptive filtering.)

无传感器控制中的自适应滤波控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制领域。更具体地讲，涉及一种无传感器控制中针对消磁现象的自适应滤波控制方法及控制装置。

背景技术

无刷直流电机属于永磁同步电机的一种，具有效率高，响应快，噪音小等优点。

方波无传感器控制中，换相过程中非导通相存在续流问题，导致反电动势波形会出现消磁现象，并且随着负载电流的加大会导致消磁现象加剧。目前，常见的做法是采用经验滤波的方法，不会考虑工作电流的大小和无刷直流电机的相电感特性，这种方法适应性差。

本发明根据工作电流的大小、无刷直流电机的相电阻和无刷直流电机的相电感，提出一种易于实现自适应滤波方法。

发明内容

本发明提供了一种无传感器控制中的自适应滤波控制方法及控制装置，以解决传统无传感器控制中针对消磁现象滤波算法适应性差的问题。

本发明提供了一种无传感器控制中的自适应滤波控制方法，包括：

步骤1：获取无刷直流电机的相电感和相电阻；

步骤2：获取无刷直流电机运转过程中的工作电流；

步骤3：根据步骤1中获取的无刷直流电机的相电感和相电阻，以及步骤2 中获取的工作电流，计算消磁的作用时间；

步骤4：根据步骤3中计算消磁的作用时间，计算自适应滤波过程中的滤波对比次数；

步骤5：执行自适应滤波，当滤波次数大于等于滤波对比次数时，执行换相；当滤波次数小于滤波对比次数时，不执行换相。

可选地，所述步骤2中的工作电流是无刷直流电机三相绕组中的相电流峰值。

可选地，所述步骤2中的工作电流是母线电流。

可选地，步骤3中计算消磁的作用时间，具体公式如下：

其中，“t”为消磁的作用时间；“τ”为时间常数；“L”为无刷直流电机的相电感；“R”为无刷直流电机的相电阻；“I_e”为预设电流阀值；“i₀”为无刷直流电机三相绕组中相电流的峰值；为无刷直流电机三相绕组中相电流的有效值。

可选地，步骤3中计算消磁的作用时间，具体公式如下：

其中，“t”为消磁的作用时间；“τ”为时间常数；“L”为无刷直流电机的相电感；“R”为无刷直流电机的相电阻；“I_e”为预设电流阀值；“I₀”为母线电流。

可选地，预设电流阀值为0.05。

可选地，步骤5中执行自适应滤波是对无刷直流电机三相绕组的每一相反电势信号进行自适应滤波，每一相自适应滤波的具体步骤如下：

步骤51：以预设采样时间间隔获取无刷直流电机一相绕组的反电势信号的电平，当电平发生跳转时，执行自适应滤波；

步骤52：继续以预设采样时间间隔获取无刷直流电机一相绕组的反电势信号的电平，当电平发生跳转时，完成自适应滤波，重置滤波次数，返回步骤51；当电平未发生跳转时，判断滤波次数是否大于等于滤波对比次数，当滤波次数大于等于滤波对比次数时，停止自适应滤波，重置滤波次数，执行换相，返回步骤51；当滤波次数小于滤波对比次数时，滤波次数加一，返回步骤52。

可选地，步骤51和步骤52中所述预设采样时间为

其中“f_PWM”为无刷直流电机PWM频率。

可选地，步骤4中根据步骤3中计算消磁的作用时间，计算自适应滤波过程中的滤波对比次数的计算公式为：

其中，“N”为滤波对比次数；“t”为消磁的作用时间；“T₀”为预设采样时间；“[]”代表取整运算。

本发明提供了一种无传感器控制中的自适应滤波控制装置，包括：分压滤波模块、比较器模块、电流采集模块、控制器、驱动器模块、逆变器模块、无刷直流电机三相绕组，其中：

所述分压滤波模块和所述无刷直流电机三相绕组相连，用于将采集到的所述无刷直流电机三相绕组的端电压分压滤波后输出；所述比较器模块和所述分压滤波模块相连，用于将所述分压滤波模块的输出信号转化成为方波信号输出；所述电流采集模块和所述无刷直流电机三相绕组相连，用于采集所述无刷直流电机三相绕组的电流；所述控制器分别和所述电流采集模块、比较器模块以及驱动器模块相连，用于将所述电流采集模块的输出信号和所述比较器模块的输出信号进行分析处理，并向所述驱动器模块输出驱动信号；所述驱动器模块和所述逆变器模块相连，用于驱动所述逆变器模块中功率器件的通断；所述逆变器模块和所述无刷直流电机三相绕组相连，用于实现无刷直流电机的换相操作。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明通过无刷直流电机的相电阻、相电感和工作电流计算出消磁的作用时间，计算方法将电路等效成RL典型充放电电路，方法科学、容易实现，为滤波中滤波次数的选择提供准确的计算依据。

2、本发明通过重复校验跳转后电平状态的滤波方法，以消磁的作用时间和预设采样时间/无刷直流电机PWM频率计算滤波对比次数，这种计算方法自适应能力强，适用不同参数的无刷直流电机。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例中无传感器控制中的自适应滤波控制方法流程图；

图2为本发明实施例中无传感器控制中的自适应滤波控制装置的示意图；

图3为本发明实施例中无刷直流电机三相绕组A相各信号的实测图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种无传感器控制中的自适应滤波控制方法，包括：

步骤S1：获取无刷直流电机的相电感和相电阻；

步骤S2：获取无刷直流电机运转过程中的工作电流；

步骤S3：根据步骤S1中获取的无刷直流电机的相电感和相电阻，以及步骤 2中获取的工作电流，计算消磁的作用时间；

步骤S4：根据步骤S3中计算消磁的作用时间，计算自适应滤波过程中的滤波对比次数；

步骤S5：以预设采样时间间隔获取无刷直流电机三相绕组的反电势信号的电平，当电平发生跳转时，执行自适应滤波；

步骤S6：继续以预设采样时间间隔获取无刷直流电机三相绕组的反电势信号的电平，判断电平是否发生跳转：当电平发生跳转时，完成自适应滤波，重置滤波次数，返回步骤S5；当电平未发生跳转时，判断滤波次数是否大于等于滤波对比次数：当滤波次数大于等于滤波对比次数时，停止自适应滤波，重置滤波次数，执行换相，返回步骤S5；当滤波次数小于滤波对比次数时，滤波次数加一，返回步骤S6。

当步骤S2中的工作电流是无刷直流电机三相绕组中的相电流峰值时，此时计算消磁的作用时间的具体公式如下：

其中，“t”为消磁的作用时间；“τ”为时间常数；“L”为无刷直流电机的相电感，单位：H；“R”为无刷直流电机的相电阻，单位：Ω；“I_e”为预设电流阀值；“i₀”为无刷直流电机三相绕组中相电流的峰值，单位：A；为无刷直流电机三相绕组中相电流的有效值，单位：A。

当步骤S2中的工作电流是母线电流时，此时计算消磁的作用时间，具体公式如下：

其中，“t”为消磁的作用时间；“τ”为时间常数；“L”为无刷直流电机的相电感，单位：H；“R”为无刷直流电机的相电阻，单位：Ω；“I_e”为预设电流阀值，单位：A；“I₀”为母线电流，单位：A。

公式(1)或者(2)由

演变而来，该公式为RL电路放电公式，可以计算出电流从I₀衰减到I_e所经历的时间，而无刷直流电机运转的时候可以将浮相电路等效成RL电路，浮相电路消磁过程等效成RL电路放电过程，则通过这个公式可以得出消磁的作用时间。

可选地，预设电流阀值为0.05，单位：A；用作消磁事件结束的电流参考，因为到电流下降至0.05可认定消磁已经结束。

可选地，步骤S5和S6中预设采样时间等于其中“f_PWM”为无刷直流电机PWM频率。因为常用在PWM的定时器中做采样的触发，所以采用时间如此设置。

可选地，步骤S4中滤波对比次数根据消磁的作用时间、预设采样时间的计算方法为：

其中，“N”为滤波对比次数；“t”为消磁的作用时间，单位：s；“T₀”为预设采样时间，单位：s；“[]”代表取整运算。

该公式根据预设采样时间进行对滤波对比次数量化，“+1”是确保滤波次数能够将消磁的作用时间覆盖，以避免消磁对换相的影响。

如图2所示，本发明提供了一种无传感器控制中的自适应滤波控制装置，包括：分压滤波模块、比较器模块、电流采集模块、控制器、驱动器模块、逆变器模块、无刷直流电机三相绕组，其中：

分压滤波模块和无刷直流电机三相绕组相连，用于将采集到的无刷直流电机三相绕组的端电压分压滤波后输出；比较器模块和分压滤波模块相连，用于将分压滤波模块的输出信号转化成为方波信号输出；电流采集模块和无刷直流电机三相绕组相连，用于采集无刷直流电机三相绕组的电流；控制器分别和电流采集模块、比较器模块以及驱动器模块相连，用于将电流采集模块的输出信号和比较器模块的输出信号进行分析处理，并向驱动器模块输出驱动信号；驱动器模块和逆变器模块相连，用于驱动逆变器模块中功率器件的通断；逆变器模块和无刷直流电机三相绕组相连，用于实现无刷直流电机的换相操作。其中，X1为无刷直流电机三相绕组A相的反电势的测试点，Y1为无刷直流电机三相绕组A相的反电势信号经分压滤波模块转化后的测试点，Z1为无刷直流电机三相绕组A相的反电势信号比较器模块转化后的测试点。

如图3所示，为具体实施例中无刷直流电机三相绕组A相各信号的实测图，其中图3(a)是图2中测试点X1的输出波形、图3(b)是图2中测试点Y1 的输出波形、图3(c)是图2中测试点Z1的输出波形。本实施例中，无刷直流电机的相电感为80mH，相电阻为0.8Ω，PWM频率为16KHz，预设采样时间 62.5us；当母线电流为1A时，得到如图3的示波器测试图。根据公式(2)计算得到消磁作用时间为：

根据公式(3)计算得到消磁作用时间为滤波对比次数：

当控制器检测到无刷直流电机三相绕组A相的反电势信号比较器模块转化后的方波信号，在C1点发生电平跳变，则开始滤波，但是经过重复检测不到滤波对比次数5次，发生电平再次发生跳转，即在C2处发生跳转；这时候继续对无刷直流电机三相绕组A相的反电势信号的检测，不执行换相。

当母线电流为2A时，根据公式(2)计算得到消磁作用时间为：

根据公式(3)计算得到消磁作用时间为滤波对比次数：

当无刷直流电机三相绕组中相电流的峰值为3.2A时，根据公式(1)计算得到消磁作用时间为：

根据公式(3)计算得到消磁作用时间为滤波对比次数：

显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。尽管本发明/发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。