择多函数在无刷直流电动机控制中的应用

张淑艳，王行愚，姚晓东

(华东理工大学，上海200237)

    摘要：转子位置信息的获得是无位置传感器无刷直流电动机控制的关键技术，一般采用基于位置检测电路的反电势检测法，而择多丽数法省掉了位置检测电路，运用反电势信号及逻辑运算关系判定测试条件“真”到“假”的变化，消除噪声对反电势信号的影响，获得正确的反电势过零点。该方法在基于dsp的无位置传感器无刷直流电动机控制平台上进行实验验证，实测数据证明该方法可以在2～3倍负载条件下有效滤除反电势虚假过零点，获得准确的反电势过零点，性能可靠，灵活性和实用性较高。

    关键词：择多函数；反电势过零点检测；虚假过零点；无位置传感器；无刷直流电动机；滤波

    中图分粪号：tm33  文献标识码：a  文章编号：1004一7018(2010)01—0045—03

0引  言

  传统的无刷直流电动机获取转子位置信息的方法是采用电子式或机电式位置传感器直接测量[1]。由于大部分传感器的分辨率较低，运行特性不好，对环境条件很敏感，使得整个传动系统的可靠性和精确性难以得到保证，而且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。在精确的位置伺服系统中由于空间有限，无法安装传感器，因此无位置传感器无刷直流电动机成为理想的选择，并具有广泛的发展前景。

    在无位置传感器无刷直流电动机(以下简称bldcm)控制中，转子位置信息的获得是关键技术。目前应用的方法有反电势法、三次谐波法、电感检测法、卡尔曼法、状态观测器法、g(θ)法和智能化控制方法^[2]，其中反电势检测法是bldcm控制中应用最多、最成熟的方法，该方法的核心是准确获得反电势过零点^[3]。在实际应用中，反电势并不是理想的梯形波，存在由pwm调制产生的于扰，绕组断电产生的干扰等^[4]。因此，一般反电动势信号都要经过分压电路、模拟滤波电路和电压比较电路以及锁相环电路后，送入控制单元，这样获得的反电动势过零点必然存在一定的延时，造成换相时刻不准确，必须相移补偿环节来解决这个问题，给控制带来难度。 

    本文采用择多函数代替位置检测电路来实现反电动势过零点检测，该方法不需要复杂的滤波、比较电路，方便实现，灵活性高，而且可以有效去除反电势检测中的虚假过零点，获得准确的反电动势过点，完成对无刷直流电动机的平稳控制。本文将该方法应用于bldcm的控制，实验测得额定电压、不同负载条件下的bldcm转速和控制效率。实验结果表明，该方法的适用范围广，可以在bldcm的2～3倍负载情况下去除反电势中的虚假过零点，保证bldcm运行平稳。  

1反电势检测法概述   

    反电势法的基本原理就是在忽略永磁无刷直流电动机电枢反应影响的前提下，通过检测“断开相”的反电势过零点，来依次得到转子的六个关键位置信号，并以此作为参考依据，轮流触发导通六个功率管，驱动电动机运转^[1]。

本文以电枢绕组采用星形接法的“三相六拍120^。方波型”驱动的无刷直流电动机为例来说明反电势检测方法的原理。图l是无刷直流电动机的原理图和等效电路图，图2是三相绕组的反电势信号和转子位置的对应关系，图3是各功率管的导通时序。通过以上各图我们可以看到在逆变器供电的任何一瞬间，总有一相其上下桥臂均处于断开状态，即电动机该相绕组是悬空的，故该相绕组的相电压等于该相绕组所产生的反电势。检测这一反电势的过

零点时间，并作适当延迟，即可得到功率器件正确触发时刻。

   可以看出，反电势检测法的关键是反电势过零点的检测，如果获得了准确的反电势过零点，那么就可以控制无位置传感器bldcm。本文详细讨论择多函数在无位置传感器bldcm反电势过零点检测中的应用方法。

2择多函数在无位置传感器bldcm反电势过零点检测中的应用

2．1择多函数概述

    择多函数是一种布尔函数，用作一种非线性数字滤波器，它取n个二进制数作为输入并返回这些数中出现次数最多的那个数^[5]。择多函数的布尔表示法为：

式中：majority为择多函数的输出；^为与逻辑运算符；v为或逻辑运算