摘要：提出了一种采用脉冲注入来检测无刷直流电机在静止状态时转子位置的方法。基于此方法依次向定子绕组注入一系列脉冲，通过脉冲电流的变化对转子位置进行估算。实验结果表明，它不但具有较高的位置检测准确性，同时对电机参数的依赖性低，又可以应用到其它电机，如永磁同步电动机等。
关键词：无刷直流电动机；转子位置检测；脉冲注入；实验
0 引 言
无刷直流电机(BLDcM)具有调速特性好、无换向火花、无无线电干扰、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点，其应用越来越广泛。
检测转子位置是无刷直流电机研究的重要课题。
转子位置的不确定，将直接导致电机起动失败或短暂反转。目前，无刷直流电机的起动方法有硬件起动和软件起动。硬件起动方式的****缺点就是附加的起动电路加大了电机的尺寸，而且对电机的可靠性也有所降低。软件起动方式中的预定位起动需要先把转子驱动到某一特定位置，停止摆动后再对转子驱动-一-，由于转子的惯性，会使驱动时间变长。本文提出一种在转子静止时检测电机转子位置的方法。永磁电机中转子位置的不同，电机的磁场分布不同，对定子中各相电流的影响也不同，作者利用定子电流的变化，通过向定子中发送一系列电流脉冲，根据测量得到的电流峰值来判断转子位置。本文简要介绍了其工作原理，对在静止状态下检测转子位置进行了实验，验证了方法的可靠性和可行性。该方法不仅适用于无刷直流电机，对永磁同步电机以及其它永磁电机也有效，并且对电机的参数没有特殊要求。
1基本原理
永磁电机的示意图如图l所示。
以A相为例，其内部磁场((φA)由永磁体PM的磁场(φam)和定子电流磁场(φAi)叠加的而成，即：
φA=φAm+φAI (1)如果相电流再高一些，磁路将饱和，并且绕组的自感应系数变小。如果改变电流的方向，则总磁通就变为：
φA=φAm-φAI 。 (2)这样，磁通将退出饱和，绕组的自感应系数将变高。正电压脉冲作用，数字控制器通过电流 传感器不断对电流进行A／D变换，当检测脉冲结束时，得到一个峰值电流，然后再发出一个负电压脉冲，检测得到负的相电流峰值。比较两个被放大后的电流值，可以得到一个电流差：
△iA=iA1一iA2 (3)图1状态下各相的测试电流示意图如图2所示。
由于B、C两相的位置相对于磁铁中心轴对称，所以它们的电流差应该大小相等。由于A相此时所产生的磁场与磁铁刚好一致，正反电流所受到磁场的影响也是****的，产生的电流差理论上也是****的。
综合分析所有三相的电流差，可以检测到转子的位置。设电流差值随转子位置连续变化(设为正弦变化，如图3所示)，根据它们的组合可以测定转子的****位置。
2系统硬件
电路构成本系统基于DSP320LF407A设计。如前所述，可按表1的顺序给出电流脉冲。
如图4所示，首先由PWM单元给VTl、Vt2VT6高电平，这样检测可得到的是某一相的正相电流，然后加反向电流使电流强制为O，再给V13、VT4、VT5高电平，得到这一相负电流，由式(4)得到电流差。同理，可以得到其它相的电流差。
本实验用到DST的两个模块。首先由事件管理模块A(EVA)发出PWM信号，从电机出来的电流信号经过模数转换(ADC：)，采到电流差值后，与已有值比较判断转子位置。
3实验
本实验采用的是雅合全公司生产的70ZW]N24—30型号电机。它是一有内部传感器的无刷直流电机，因此电机转子的精确位置可以由传感器获得，进而可以和本实验所得值进行比较。其参数如表2。
传感器在电机各相上电流采样时的增益和偏移误差也是不同的。为了避免它带来的问题，在直流总线上安装一个分流电阻(见图4)。这样就具有相同的增益误差，并且没有偏移误差，得到的电流差更精确。这种设计的优点是：6个晶闸管中的某个直流电路电流精确地等于相电流中的一个或它的相反值。根据表l，可以得到：
因此，在电路测量中可能出现的调整偏差不会对计算电流差的精度有影响。增益误差对各相的电流差 都是一样的，所以不会对转子的判断造成影响。
为了能使AD转换和PwM波形的正确同步，提高电流采样的可靠性，PwM波形需要1μs的延时。
4实验结果
图5显示出了由上述方法得到的电流差。图6为估计的转子位置误差曲线。实验非常理想。结果表明，能够得到足够检测到的电流差，有效地证明了所提出的方法的有效性。可以保证电机一直在安全状态下起动。
5结论
提出了一种利用脉冲注入来检测在静止状态下永磁电机转子位置的方法。此方法利用磁铁的位置不同而引起定子电流变化来估测转子的位置，能有效避免瞬时反转或者起动失败，它不仅适用于无刷直流电机，还适用于永磁同步电机，并且不需要知道电机参数。实验结果表明估算误差在[一8+9]的电角度的范围内，因此可以使电机在安全状态下起动。由图6可以看出估算误差也是有一定规律的，要进一步减小误差，可以对程序的算法做进一步改进。
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