李颖，马瑞卿，刘冠志，谭博（西北工业大学自动化学院，西安710072）

摘要：方波驱动的无刷直流电动机转矩脉动较大，而传统正弦波驱动的无刷直流电动机虽然转矩脉动小，但系统控制电路复杂，且需要高分辨率的转子位置传感器。针对具有Hall位置传感器的正弦无刷直流电动机，提出了一种利用三相Hall位置信号，通过软件算法生成六路正弦脉宽调制波来实现正弦波驱动无刷直流电动机的新方法。建模与仿真证明了该方法的在抑制转矩脉动方面的有效性。

关键词：正弦波驱动；无刷直流电动机；Hall位置信号；正弦脉宽调制

中图分类号：TM36 +1；tT271十．4    文献标志码：A    文章编号：1001-6848（2010）01-0042-04

                              

0引 言

  BLDCM的方波驱动以其相对简单的控制电路、廉价的转子位置传感器，得到了广泛应用。然而，方波驱动BLDCM，电枢磁场含有丰富的谐波分量，转子磁钢切割谐波分量，容易引起较大的转矩脉动。正弦波驱动BLDCM具有转矩波动小、可闻噪声低、运行可靠等优点。但传统的正弦波驱动BLDCM需要高分辨率的转子位置传感器，如光学编码器、旋转变压器等，来检测转子位置。这些传感器不但价格昂贵，而且安装调试复杂^[1]。因此，研究开发较为经济的BLDCM正弦波驱动技术值得关注，用合理可行的方法来取代价格不菲的

光学编码器值得关注^[2]。

    针对具有Hall位置传感器的正弦波BLDCM，提出了一种利用三相Hall位置信号提取正弦波的周期、幅值信与，并根据不规则采样法数学模型，采用软件查表与实时计算相结合的方法生成三相SPWM波，再利用一定的换相逻辑输出六路SPWM信号，进行BLDCM的正弦波驱动，可有效减小转矩脉动，实现低成本平稳运行。

  正弦波驱动方法的工作原理如图1。外部电位计用于期望转速给定，通过单片机输入捕获通道的Hall位置信号实现转子位置角度的区间检测和转速计算，再用生成的六路SPWM信号控制三相桥式逆变器六只功率管的通断，进而可驱动BLD-CM运行于正弦状态。

  要实现正弦波驱动BLDCM，首先要提取正弦波的两个关键信号：周期和幅值。由于BLDCM的相电压与Hall位置信号同周期，因而正弦波周期信号可通过单片机测量输入捕获通道的A相Hall位置传感器信号相邻两个上下跳变沿时刻，并进行数据处理得到，如图2所示。

 

    由于 T= △t =t₂ -t₁    (1)式中，T正弦波周期的半值(s)；t₁下跳变沿时刻(s)；t₂上跳变沿时刻(s)。

    按照公式(1)，可利用A相Hall位置信号对其半周期值进行实时测量，为了保证计数器不会溢出，在每个T开始时需要将定时器清零。

    由于正弦调制波幅值的改变可使得正弦调制波和三角载波的交点也相应改变，从而使SPWM波的占空比改变，进而改变了逆变器输出电压。因而用正弦波的幅值变量可设嚣电机电流或转矩的大小，而转矩的变化对应转速的变化，因此，可以通过速度环对正弦波幅值进行调控。

    当电机运行时，由电位计给定的转速n_ref经过A/D转换后，将得到的有符号小数存放到于变量Reference - speed中。而测量转速可以下式计算

获得：

 

式中，f_M为正弦波频率(Hz)。

由此

式中，n_M测量转速(r/min)；p电机极对数。

  用给定转速n_ref的绝