阅读说明：本技术 基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法 (Position detection method based on terminal voltage zero crossing point and state register signal storage ) 是由 赵冬冬 王西坡 谭博 皇甫宜耿 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法,针对换相续流干扰信号的规律性,考虑对干扰信号加以利用,而不是对其进行滤波处理。采用寄存器记录端电压过零点信号的状态序列,根据前两个的过零点状态来判断当前的过零点信号是否是正确的过零点信号。与现有技术相比,提出的基于状态寄存器存储部分过零点,根据前两个端电压过零点来判断当前过零点有效与否的方法比较简单,相比于传统的无位置方法不需要增加额外的硬件电路,占用的计算机资源也更少。(The invention relates to a position detection method based on terminal voltage zero crossing points and state register signal storage, which considers the utilization of interference signals instead of filtering the interference signals according to the regularity of commutation follow current interference signals. And judging whether the current zero-crossing point signal is a correct zero-crossing point signal or not according to the first two zero-crossing point states by adopting a state sequence of terminal voltage zero-crossing point signals recorded by a register. Compared with the prior art, the method for judging whether the current zero-crossing point is effective or not according to the zero-crossing points of the front two terminal voltages is simple based on the zero-crossing point of the storage part of the state register, and compared with the traditional position-free method, the method does not need to add an additional hardware circuit and occupies less computer resources.)

基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法

技术领域

本发明属于无刷直流电机无位置传感器方法，涉及一种基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法。

背景技术

随着全球能源供应紧张,环境问题日益突出,人们努力寻找新能源替代传统化石能源。燃料电池是一种由外部提供氧化剂和还原剂的电池,氧化剂可以是空气中的氧气、纯氧,还原剂通常是氢气、甲烷、煤气等,氧化剂与还原剂在燃料电池堆中发生反应,生成水和二氧化碳。氢燃料电池生成物只有水，具有高效，零污染的特点，近年来在汽车、无人机领域受到广泛研究。

燃料电池无人机在高空飞行时，由于空气稀薄，需要空气压缩机增压以提供足够的氧气。为了减小空压机的体积和重量，需要采用超高速无刷直流电机驱动(已知最高转速为100万rpm)，低温、潮湿等恶劣环境可能会造成位置传感器失效，因此研究超高速无刷直流电机的无位置传感器意义重大。

反电势过零点检测法是目前最常用的无位置传感器方法，由于电枢绕组呈现电感性，在换相时会产生续流现象，进而对过零点信号产生干扰。加入低通滤波可以对干扰信号进行抑制，但是会带来一定的信号延迟，在高速时该延迟可能造成较大的位置误差，使电机失步。此外，还有人采用固定延迟时间的滤波器，通过补偿可以得到无滤波延迟的过零点，但是超高速无刷直流电机工作速度范围很宽，在低速、高速、超高速阶段需要不同的固定滤波时间。由于电机的速度是有波动的，在不同速度阶段切换时经常会出现延时和补偿不对应，造成更大的位置误差，甚至使电机失步停转。

文献Jiang Q,Bi C,Huang R.A new phase-delay-free method to detect backEMF zero-crossing points for sensorless control of spindle motors[J].IEEETransactions on Magnetics,2005,41(7):2287-2294.中也采用过零点序列来判断有效的过零点，但是其需要复杂的逻辑判断和理论推导以及相应的硬件电路，也占用了计算机大量的资源。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法，是基于反电势过零点检测，寻找一种适用于任意速度范围内的无位置方法。

技术方案

一种基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：寄存器记录三相过零点信号序列，将当前过零点及前两个过零点放入状态寄存器；其中：状态寄存器内的反电势过零点的三位数字从左至右分别代表A、B、 C三相绕组反电势的状态，当某相反电势电压大于零，记为1，若小于等于零则记为零；端电压过零点的三位数字从左至右分别代表A、B、C三相端电压的状态，当某相端电压大于母线电压的一半，记为1，若小于等于母线电压一半则记为零；

步骤2：根据前两个端电压过零点信号判断当前端电压过零点信号的是否有效

1、当前端电压过零点状态101：若前两个状态为101和001，则实际过零点为101，否则保持不变；

2、当前端电压过零点状态100：若前两个状态为100和101，则实际过零点为100，否则保持不变；

3、当前端电压过零点状态110：若前两个状态为110和100，则实际过零点为110，否则保持不变；

4、当前端电压过零点状态010：若前两个状态为010和110，则实际过零点为010，否则保持不变；

5、当前端电压过零点状态011：若前两个状态为011和010，则实际过零点为011，否则保持不变；

6、当前端电压过零点状态001：若前两个状态为001和011，则实际过零点为001，否则保持不变。

有益效果

本发明提出的一种基于端电压过零点和状态寄存器信号存储的位置检测方法，针对换相续流干扰信号的规律性，考虑对干扰信号加以利用，而不是对其进行滤波处理。采用寄存器记录端电压过零点信号的状态序列，根据前两个的过零点状态来判断当前的过零点信号是否是正确的过零点信号。与现有技术相比，提出的基于状态寄存器存储部分过零点，根据前两个端电压过零点来判断当前过零点有效与否的方法比较简单，相比于传统的无位置方法不需要增加额外的硬件电路，占用的计算机资源也更少。

与目前现有技术相比，本发明的特点有以下几点：

1、不需要对过零点信号进行滤波。

2、方法与速度无关，适用于超高速无刷直流电机的任意速度范围。

3、相比于现有技术方法更为简单，占用的计算机资源更少。

4、发明提出了一种与文献中不同的技术方案，能够达到现有技术的水平，可以实现无位置无刷直流电机的全速度范围内运行。

附图说明

图1：含有续流干扰信号的过零点

图2：判断过零点信号流程图

图3：仿真结果

图4：仿真结果

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1是含有换相续流干扰信号的三相过零点信号。记录三相过零点信号的状态，通过前两个过零点信号来判断当前过零点信号是否为正确的过零点。

步骤一：寄存器记录三相过零点信号序列，将当前过零点及前两个过零点放入状态寄存器。

其中反电势过零点的三位数字从左至右分别代表A、B、C三相绕组反电势的状态，若A相反电势电压大于零，那么对应状态记为1，若小于等于零则记为零，B、C相同理。端电压过零点的三位数字从左至右分别代表A、B、C三相端电压的状态，若A 相端电压大于母线电压的一半，那么对应状态记为1，若小于等于母线电压一半则记为零，B、C相同理。由于反电势位于电机内部，一般无法测量其状态，目前大多通过测量端电压的状态进行判断反电势过零点。但是由于电机绕组成电感性，在每一相绕组关断时会发生续流，续流现象导致端电压过零点变得与反电势过零点不一致，而反电势过零点代表着电机转子的实际位置信息。结合图1可以列出表1中的过零点序列。

步骤二：根据前两个端电压过零点信号判断当前端电压过零点信号的是否有效。根据表1中的过零点序列进行判断，假设当前过零点信号为100，如果前两个过零点信号为100和101，则此时的过零点信号100为正确的过零点信号，否则应认为该100 是由续流产生的干扰信号，应保持之前的过零点信号不变。判断流程图如图2。

1.表1过零点序列判断

无刷直流电机一个工作周期共有六个工作状态，分别为AB相导通、AC相导通、 BC相导通、BA相导通、CA相导通、CB相导通，分别对应的实际过零点为101，001， 011，010，110，100，通过提出的端电压过零点正确与否的判断方法得到正确的过零点，将过零点延迟30度电角度，就可得到准确的位置信息，具体的判断方法如下：

[1]当前端电压过零点状态101：若前两个状态为101和001，则实际过零点为101，否则保持不变；

[2]当前端电压过零点状态100：若前两个状态为100和101，则实际过零点为100，否则保持不变；

[3]当前端电压过零点状态110：若前两个状态为110和010，则实际过零点为110，否则保持不变；

[4]当前端电压过零点状态010：若前两个状态为010和110，则实际过零点为010，否则保持不变；

[5]当前端电压过零点状态011：若前两个状态为011和010，则实际过零点为011，否则保持不变；

[6]当前端电压过零点状态001：若前两个状态为001和011，则实际过零点为001，否则保持不变；

之后对本发明提出的判断方法进行了建模仿真，图4是仿真结果。图4中虚线为实际霍尔位置信息，实线为使用提出的判断方法得到的位置信息，在0.2s用外同步法起动电机，0.225s之后两者完全重合，说明该方法的正确性。图4中实线为实际速度，虚线为闭环参考速度，点线为无位置起动到无位置运行的切换标志，速度最高达30 万rpm，可以看出该方法适用于超高速无刷直流电机。