CN102005993A - 永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法，包括步骤：测量电机的三相的反电动势，启动所述电机；在所述电机的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间；对所述电机进行三相电压正弦脉宽调制来控制所述电机。相应地，本发明还提供一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置。本发明在电机启动之后，在其驱动电路的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，最终得到相电流经过一个360度电角度所需要的时间，然后使用三相SPWM方法来控制电机。本发明基于现有的条件对电机进行控制，无需额外的硬件资源，简单可靠、控制性好且成本低廉。

Description

永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及永磁直流无刷无霍尔电机技术领域，具体来说，本发明涉及一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法及控制装置。
背景技术
永磁直流无刷无霍尔电机在启动之后，需要继续对其进行控制。现有的永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法主要包括：
(1)以低成本MCU为控制器的180度控制算法。上述方法的缺点是需要开关霍尔传感器，导致整个电机系统的运行成本增加。另外，电机系统的可靠性取决于霍尔传感器本身的可靠性，使得所述电机系统的可靠性不能得到保证。
(2)采用永磁转子磁链定向的矢量控制方法。上述方法的缺点是由于其算法的复杂性导致控制芯片成本太高，并且算法本身对电机参数敏感，使得上述方法不能如预期地很好地控制电机的运转。
因此，需要一种简单可靠、控制性好且成本低廉的永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单可靠、控制性好且成本低廉的永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法及控制装置，能够在不增加整个电机系统的运行成本的情况下，简单可靠地控制电机的运转。
为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法，包括步骤：
A.测量电机的三相的反电动势，启动所述电机；
B.在所述电机的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
C.对所述电机进行三相电压正弦脉宽调制来控制所述电机。
可选地，所述控制方法在步骤B之后、步骤C之前还包括：
D.根据不同的负载和/或转速要求，改变所述电机的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节所述相电流与所述反电动势之间的夹角。
可选地，所述相电流与所述反电动势之间的夹角为0度。
相应地，本发明还提供一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置，包括：
启动单元，与电机相连接，用于测量所述电机的三相的反电动势，启动所述电机；
相电流过零点检测单元，分别与所述启动单元和所述电机相连接，用于在所述电机的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
SPWM信号产生单元，与所述相电流过零点检测单元相连接，用于根据所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间来产生相应的SPWM信号；
驱动单元，分别与所述SPWM信号产生单元和所述电机相连接，用于根据所述SPWM信号对所述电机进行三相电压正弦脉宽调制来控制所述电机。
可选地，所述控制装置还包括：
夹角调节单元，与所述SPWM信号产生单元相连接，用于根据不同的负载和/或转速要求，改变所述电机的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节所述相电流与所述反电动势之间的夹角。
可选地，所述相电流与所述反电动势之间的夹角为0度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明在电机启动之后，在其驱动电路的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，最终得到相电流经过一个360度电角度所需要的时间，然后使用三相SPWM方法来控制电机。本发明基于现有的条件对电机进行控制，无需额外的硬件资源，简单可靠、控制性好且成本低廉。
另外，本发明还可以根据不同的负载和/或转速要求，改变电机三相SPWM的取表起始位置，调节相电流与反电动势之间的夹角，改善电机的功率输出。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为本发明一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机及其主要驱动电路的等效示意图；
图2为本发明一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法的流程图；
图3为本发明一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置的示意图；
图4为本发明另一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
在开始描述本发明的具体实施例之前，为了便于理解本发明，先来看一下本发明中的永磁直流无刷无霍尔电机及其主要驱动电路的等效示意图。如图1所示，在理想情况下，该电机M可以等效为由三个定子绕组A、B、C三相组成的结构，其中A相定子绕组可以包括串联连接的电阻RA、电感LA和对定子绕组中位点的反电动势eA，类似地B相定子绕组可以包括串联连接的电阻RB、电感LB和对定子绕组中位点的反电动势eB，C相定子绕组可以包括串联连接的电阻RC、电感LC和对定子绕组中位点的反电动势eC，UN为定子绕组中位点的电压。另外，T1和T2、T3和T4、T5和T6分别为A相定子绕组的上桥臂的开关管和下桥臂的开关管、B相定子绕组的上桥臂的开关管和下桥臂的开关管、C相定子绕组的上桥臂的开关管和下桥臂的开关管，它们都是由PWM信号控制其开关的通断的。类似地，D1和D2、D3和D4、D5和D6分别为与各相定子绕组的上、下桥臂的开关管T1和T2、T3和T4、T5和T6并联连接的续流二极管。最后，Ud为施加在各定子绕组上、下桥臂之间的母线电压。
图2为本发明一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法的流程图。如图所示，该控制方法可以包括：
执行步骤S101，测量电机M的A、B、C三相定子绕组的反电动势，启动电机M；
在本实施例中，测量电机M的A、B、C三相定子绕组的反电动势以及启动电机M都可以采用本领域现有的技术手段来完成。
执行步骤S102，在电机M的驱动电路中的任一相桥臂(例如A相桥臂、B相桥臂或C相桥臂)的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
在本实施例中，在上述PWM信号死区期间，如果相电流流进该相桥臂，则该相的相电压即为直流母线电压Ud；如果相电流流出该相桥臂，则该相的相电压接近于零。在相电流过零附近，由于没有通过该相桥臂的二极管续流，故该相的相电压电平值在母线电压与零之间，这是判定相电流的过零点的依据。
另外，在本实施例中，相电流经过一个360度电角度所需要的时间与相电压经过一个360度电角度所需要的时间是一致的。
执行步骤S103，对电机M进行三相电压正弦脉宽调制(SPWM)来控制电机M。
在本实施例中，在执行步骤S102之后、执行步骤S103之前可以还包括：
执行步骤S1021，根据不同的负载和/或转速要求，改变电机M的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节相电流与反电动势之间的夹角，从而调节电机M运行时的功率。
在本实施例中，根据公式
Figure BDA0000030459510000041
(其中Pe为电机M的运行功率，IX为某一相的相电流，eX为该相的反电动势，
Figure BDA0000030459510000042
为该相的相电流相位与反电动势相位之间的夹角)可知，为了提高电机M的运行效率，可以减小该相的相电流与反电动势之间的夹角
Figure BDA0000030459510000043
而相电流的相位与相电压的相位有关，为了使相电流的相位赶上反电动势的相位，相电压的相位需要有一个超前量，而通过改变电机M正弦脉宽调制的取表起始位置，可以实现根据不同的负载和/或转速要求，调节相电流与反电动势之间的夹角
Figure BDA0000030459510000044
从而调节电机M运行时的功率。
在本实施例中，相电流与反电动势之间的夹角
Figure BDA0000030459510000045
可以为0度，此时电机M的运行功率最大。
图3为本发明一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置的示意图。如图所示，该控制装置100可以包括：
启动单元101，与电机M相连接，用于测量电机M的A、B、C三相定子绕组的反电动势，启动电机M；
相电流过零点检测单元102，分别与启动单元101和电机M相连接，用于在电机M的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
SPWM信号产生单元103，与相电流过零点检测单元102相连接，用于根据相电流经过一个360度电角度所需要的时间来产生相应的SPWM信号；
驱动单元104，分别与SPWM信号产生单元103和电机M相连接，用于根据SPWM信号对电机M进行三相电压正弦脉宽调制来控制电机M。
图4为本发明另一个实施例的永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置的示意图。如图所示，该控制装置100可以还包括：
夹角调节单元105，与SPWM信号产生单元103相连接，用于根据不同的负载和/或转速要求，改变电机M的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节相电流与反电动势之间的夹角，从而调节电机M运行时的效率。
在本实施例中，相电流与反电动势之间的夹角可以为0度，此时电机M的运行功率最大。
本发明在电机启动之后，在其驱动电路的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，最终得到相电流经过一个360度电角度所需要的时间，然后使用三相SPWM方法来控制电机。本发明基于现有的条件对电机进行控制，无需额外的硬件资源，简单可靠、控制性好且成本低廉。
另外，本发明还可以根据不同的负载和/或转速要求，改变电机三相SPWM的取表起始位置，调节相电流与反电动势之间的夹角，改善电机的功率输出。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制方法，包括步骤：
A.测量电机的三相的反电动势，启动所述电机；
B.在所述电机的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
C.对所述电机进行三相电压正弦脉宽调制来控制所述电机。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法在步骤B之后、步骤C之前还包括：
D.根据不同的负载和/或转速要求，改变所述电机的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节所述相电流与所述反电动势之间的夹角。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述相电流与所述反电动势之间的夹角为0度。
4.一种永磁直流无刷无霍尔电机的控制装置，包括：
启动单元，与电机相连接，用于测量所述电机的三相的反电动势，启动所述电机；
相电流过零点检测单元，分别与所述启动单元和所述电机相连接，用于在所述电机的驱动电路中的任一相桥臂的PWM信号死区期间测量该相的相电压，以得到该相的相电流的过零点，进而确定所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间；
SPWM信号产生单元，与所述相电流过零点检测单元相连接，用于根据所述相电流经过一个360度电角度所需要的时间来产生相应的SPWM信号；
驱动单元，分别与所述SPWM信号产生单元和所述电机相连接，用于根据所述SPWM信号对所述电机进行三相电压正弦脉宽调制来控制所述电机。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
夹角调节单元，与所述SPWM信号产生单元相连接，用于根据不同的负载和/或转速要求，改变所述电机的三相电压正弦脉宽调制的取表起始位置，调节所述相电流与所述反电动势之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述相电流与所述反电动势之间的夹角为0度。
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