CN104135199B - 风机/泵恒流量电机驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风机/泵恒流量电机驱动控制方法，它的特点是在电机驱动器的运算单元中预置电机负载电流‑频率或者电机输入功率‑频率的关系曲线，使得电机频率在零静压频率f _p0 和最大静压频率f _pmax 之间变化时，电机负载电流或电机输入功率与电机频率之间始终保持着上述曲线的对应关系。电机运行时，通过检测或计算得到的电机频率f实时查询关系曲线中对应的电机负载电流或电机输入功率，得到电机的电流指令值I ^* 或频率指令值f ^* ，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段，使得当前的实际电机负载电流或实际电机频率与两指令值相符，以驱动电机运行。使用该方法对电机驱动的风机、泵进行恒流量控制，不需要使用压力传感器或流量传感器，投入成本较低，且其运行过程不易受电磁噪声干扰，可靠性较高。

Description

风机/泵恒流量电机驱动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电机的驱动控制方法，具体说是可使带有风机/泵的管道内，电机负载的风机/泵保持恒流量运行的电机驱动控制方法。

背景技术

在风机、泵等流体驱动的场合，按照应用的不同，经常有需要调节驱动系统输出转速来适应负载的变动的需求，以保持风机、泵的流量恒定，达到系统的最佳运行状态。例如抽排油烟机，在实际安装时随着不同的楼层，或者不同的风道，需要系统能自动调节转速以适应环境。同时，管道内其它机组运行与否决定了管道内风压不同，此时需要实现恒风量控制，当静压较大或风口较小时电机转速能够自动提升，保证排出风量的不变，将含有高温油烟的热风顺利地排出室外。又如在空调的风机盘管中，当制冷、制热和单纯排风时，由于空气所含湿度不一样，在同样的电机转速下功率是不相同的，此时为保证整个系统工作的顺利进行，需要系统能自动调整不同工况时的电机转速，保证排出风量的一定。

节能减排的需求，导致工业和民用产品中变频驱动器的普及。风机和泵电机的变频应用，使得旋转速度可以自由调节，为上述控制提供了可靠的控制手段。

直流无刷电机，又称永磁同步电机，以其高效节能和静音、小型等优点得到了广泛地应用。与传统的异步电机相比，转子内嵌的磁钢提供了磁场，使得转子励磁电流大幅下降甚至无需励磁电流，大幅度提高了电机本体效率。

风机泵中大量应用了直流无刷电机，所以需要有一个实用可靠的恒流量控制系统，不但可以在异步电机上使用，还能在直流无刷电机上有效地动作。

目前中小功率风机、泵的驱动电机多数为单相异步电机，在设计电机时往往将电机的机械特性设计的比较软，调速范围较广，使得电机在不同负载下转速差异很明显。当风机和泵的负载在额定工作点附近时，电机的旋转速度较低，滑差较大。当负载变小时，电机本身的转矩-滑差特性使得电机旋转速度明显上升，在风压或水压增加的同时，风量或水流量下降不多。也就是说，在使用异步电机时，电机本身就对负载变化具有一定的自适应特性。这个特性，对风机和泵在实际使用中起到了良好的作用。但是异步机驱动时实际流量无法保持恒定。

随着直流无刷电机的普及，以直流无刷电机为动力源的风机、泵的产品开始大量应用在工业和民用产品上。但是，现有的直流无刷电机驱动器的控制方案，大多数应用了专用芯片或简单编程控制，许多方案属于相对简单的恒转速控制。其特性表现为在一定范围内转速相对固定。不具备按照负载的变化自动调节输出特性的能力。

另外一种简单的直流无刷电机驱动器的控制方案，将驱动器的输出占空比固定，使得电机在轻载时旋转速度较高，重载时旋转速度变低。这种方案可以在一定程度上模拟异步电机的特性，但是同样无法做到真正的恒流量控制。

比较高端的应用，往往通过在风道、水管中安装压力传感器或者流量传感器，利用传感器反馈的压力或流量信号进行反馈控制，调节电机的旋转速度，最终达到适应负载变化的控制效果。这种方案直观简单，容易实现。但是系统配线复杂，需要相应的安装空间，增加了成本，而且传感器容易受电磁噪声干扰，可靠性不高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种风机/泵恒流量电机驱动控制方法，采用该方法对管道内的负载风机/泵的电机进行驱动控制，不需要使用压力传感器或流量传感器，就能够实现风机、泵在不同负载下的恒流量控制，投入成本较低，可靠性较高。

为解决上述问题，采取以下技术方案。

本发明的风机/泵恒流量电机驱动控制方法的特点是包括以下步骤：

第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机负载电流或电机输入功率。零静压频率f_p0是指在按照系统预先设定的流量前提下，在带有风机或泵的特定的管道配置时，静压为零时的电机频率。最大静压频率f_pmax是指上述管道配置中同一流量下最大静压工况下的电机频率。上限频率f_u是指驱动器和电机允许设置的最大正常工作频率。最高频率f_h是指驱动器和电机的极限安全运行频率。零静压频率f_p0<最大静压频率f_pmax<上限频率f_u<最高频率f_h。上述频率、电流或功率的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到。

第二步，绘制电机负载电流与频率的关系曲线。以电机频率f为横坐标、电机负载电流I为纵坐标，建立坐标轴。

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a’段电流-频率曲线，该段曲线为恒电流曲线，对应电机的恒转矩区域，在该区域内，电机负载电流I始终等于零静压频率f_p0所对应的电流I_p0，即该曲线为水平直线。

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b’段电流-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机负载电流I呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机负载电流I达到最大静压频率f_pmax所对应的电流I_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；或者通过测量法确定该段曲线，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机负载电流I和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b’段电流-频率曲线。

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c’段电流-频率曲线，该段曲线对应电机的恒功率区域，在该区域内，电机输入功率保持不变，电机负载电流I与电机频率f呈反比，即该段曲线为反比例曲线。

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d’段电流-频率曲线，该段曲线为电流垂下曲线，在该区域内，电机负载电流I呈线性迅速降低，当驱动器输出频率f等于最高频率f_h时，其所对应的负载电流I_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线。

将绘制好的电机负载电流与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存。

或者绘制电机的输入功率与频率的关系曲线。以电机频率f为横坐标、电机输入功率P为纵坐标，建立坐标轴。

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于零静压频率f_p0所对应的电机输入功率P_p0，即该曲线为水平直线。

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b段功率-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机输入功率P呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机输入功率P达到最大静压频率f_pmax所对应的功率P_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；该段曲线也可通过测量法确定，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机输入功率P和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b段功率-频率曲线。

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于最大静压频率f_pmax所对应的电机输入功率P_pmax，即该曲线为水平直线，上限频率f_u所对应的电机输入功率P_u等于P_pmax。

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d段功率-频率曲线，该段曲线为功率垂下曲线，在该区域内，电机输入功率P呈线性迅速降低，当电机频率f等于最高频率f_h时，其所对应的电机输入功率P_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线。

将绘制好的电机输入功率与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存。

第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机负载电流I_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机负载电流I_pmax、上限频率f_u及所对应的电机负载电流I_u和最高频率f_h及所对应的电机负载电流I_h这四组数值，即电流-频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机负载电流-电机频率的a’b’c’d’四段曲线。

或者在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机输入功率P_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机输入功率P_pmax、上限频率f_u及所对应的电机输入功率P_u和最高频率f_h及所对应的电机输入功率P_h这四组数值，即功率-频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机的输入功率-频率的abcd四段曲线。

第四步，当电机内安装有位置传感器时，根据该位置传感器就可以直接采集到当前电机频率f；当电机内没有位置传感器时，利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，运用无位置传感器驱动控制方法，通过计算得到当前电机频率f。

第五步，当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机负载电流与电机频率的关系曲线，而且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机负载电流，并将其定为当前电机的电流指令值I^*。

当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率P_in；根据电机输入功率指令值P^*和有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的电流指令值I^*。

当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电压控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率P_in；根据电机输入功率指令值P^*和有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的旋转频率指令值f^*。

第六步，当电机驱动控制采用电流控制流程时，通过电机驱动器内置的电流传感器，检测、计算出此时的实际电机负载电流；将第五步中查表或计算得到的电流指令值I^*与实际电机负载电流进行比较，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段将实际电机负载电流控制为当前的电流指令值I^*，以驱动电机运行。

当电机驱动控制采用电压控制流程时，根据位置传感器采集到的当前电机频率f，以及第五步中计算得到的电机的旋转频率指令值f^*进行比较，并通过调节输出电压大小的手段将当前电机频率控制为旋转频率指令值f^*，以驱动电机运行。

电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。

其中，第五步中通过电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的电流指令值I^*的计算公式如下：

$I^{*}=K_P{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_I\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_D\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$

式中，I^*为电机的电流指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_P为比例增益；K_I为积分增益；K_D为微分增益；t为时间变量。

第五步中通过电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机频率指令值f^*的计算公式如下：

$f^{*}=K_{P\_P}{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_{I\_P}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_{D\_P}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$

式中，f^*为电机的频率指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_{P_P}为比例增益；K_{I_P}为积分增益；K_{D_P}为微分增益；t为时间变量。

采取上述方案，具有以下优点：

本发明的风机/泵恒流量电机驱动控制方法是在电机驱动器的运算单元中利用表格或计算公式的方式，预置电机负载电流-频率或者电机输入功率-频率的关系曲线。接着，在特定的管道中，在得到流量的具体要求的情况下，确定电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，以及它们所对应的电机负载电流或电机输入功率，并以此为坐标点，得到该流量所对应的电机负载电流-频率的a’b’c’d’四段曲线，或者电机输入功率-频率的abcd四段曲线，其中，b’段和b段曲线均对应于流量的恒定区间。然后，在电机驱动风机、泵运行时，检测或计算当前的电机频率f，当电机驱动控制采用电流控制流程时，利用该电机频率f查表或计算得到电机的电流指令值I^*，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段，使得当前的实际电机负载电流与该电流指令值I^*相符，以驱动电机运行；当电机驱动控制采用电压控制流程时，利用该电机频率f查表并通过计算得到电机的旋转频率指令值f^*，并通过调节输出电压大小的手段，使得当前的电机频率与该旋转频率指令值f^*相符，以驱动电机运行。因此，当电机正常运行时，其电机频率f始终是在零静压频率f_p0和最大静压频率f_pmax之间变化，该控制方法就可以使得电机接收的电流指令值沿b’段曲线变化，或使得电机接收的功率指令值沿b段曲线变化，这两段曲线即对应电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量区域，即当电机频率f在零静压频率f_p0和最大静压频率f_pmax之间变化时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的流量保持恒定不变。使用该方法对电机驱动的风机、泵进行恒流量控制，不需要使用压力传感器或流量传感器，投入成本较低，且其运行过程不易受电磁噪声干扰，可靠性较高。

附图说明

图1是风机、泵在不同负载下对应的电机电磁转矩-频率关系曲线；

图2是电机在不同频率(转速)下的风机、泵的流量-压力关系曲线；

图3是本发明的风机/泵恒流量电机驱动控制方法的电机负载电流-频率关系曲线；

图4是与图3对应的风机、泵的流量-压力关系曲线；

图5是三相交流电机的矢量控制流程；

图6是本发明的风机/泵恒流量电机驱动控制方法的电机输入功率-频率关系曲线；

图7是三相直流无刷电机的120度两相通电控制流程；

图8是电机驱动控制采用电压控制流程时的频率反馈PID运算流程。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，Freq轴为电机频率，也即电机旋转速度；T轴为电机电磁转矩。图1中有①②③④⑤五条不同负载时的负载曲线，这些曲线表明在电机驱动的叶轮不同的情况下，或者同样的叶轮在不同压力、管径及管道长度等因素的影响下，同样转速的电机，其负载是不同的。同时，随着电机速度的提高，负载也随之大幅度提高。

以风机为例，曲线①是风机在出风口敞开、风压为零时的负载，当风机安装在实际风道后，风道的出风口变小，风机的负载曲线变为②。当出风口进一步变小时，负载曲线将会变为③。当出风口继续变小时，同样转速负载将会继续变小，负载曲线将会变为④、⑤。

如果电机驱动器控制电机转速为一个恒定的数值，慢慢改变风口从全开至关闭风口，此时风机的流量(Q)和压力(H)曲线将是图2中所示的某一曲线。这些曲线也就是通常所说的风机/泵的QH曲线。在电机转速较低时，QH曲线为图2中曲线①，电机转速变大时，QH曲线变为曲线②，电机转速变得更高时，QH曲线变为曲线③。

综合图1的负载曲线和图2的QH曲线，我们从中可以看出，当风口、风压发生变化时，如果能适当地调整电机转速，在某一范围内就可实现流量Q的恒定。而改变电机的转速，又需要电机驱动器拥有能动地改变电机负载电流或输入功率的控制手段。

实施例一

为了实现风机、泵的恒流量控制，本发明提出在驱动器的控制运算单元的存贮装置中，预设图3所示的电机负载电流-电机频率曲线abcd四段，控制运算单元在驱动器工作运行时，定期查询对应电机频率所对应的电流指令值，并实时控制电机负载电流为查询得到的电流指令值的方法，最终实现风机、泵的恒流量控制。该控制方法的步骤如下：

第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机负载电流。

零静压频率f_p0是指在按照系统预先设定的流量前提下，在带有风机或泵的特定的管道配置时，静压为零时的电机频率。最大静压频率f_pmax是指上述管道配置中同一流量下最大静压工况下的电机频率。上限频率f_u是指驱动器和电机允许设置的最大正常工作频率。最高频率f_h是指驱动器和电机的极限安全运行频率。零静压频率f_p0<最大静压频率f_pmax<上限频率f_u<最高频率f_h。

上述频率和电流的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到。

第二步，绘制如图3所示的电机负载电流与频率的关系曲线。

以电机频率f为横坐标、电机负载电流I为纵坐标，建立坐标轴。

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a’段电流-频率曲线，该段曲线为恒电流曲线，对应电机的恒转矩区域，在该区域内，电机负载电流I始终等于零静压频率f_p0所对应的电流I_p0，即该曲线为水平直线。此时，随着电机频率的上升，流量Q是逐步上升的，体现了电机的加速过程对风机、泵的影响，表现为图4中纵轴上A段曲线。正常加速过程完成后，在零静压的工况下，电机工作在图3所示的动作点1’(f_p0，I_p0)上，也即图4所示的动作点1”上。

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b’段电流-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机负载电流I呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机负载电流I达到最大静压频率f_pmax所对应的电流I_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；或者通过测量法确定该段曲线，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机负载电流I和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b’段电流-频率曲线。b’段曲线，对应着图4所示的B段QH曲线，也就是风机或泵的恒风量、恒流量控制区域。由于在这段区域中，风机或泵的流量-压力QH曲线中需要保持流量Q为一恒定的值，因此随着压力H的逐渐上升，风机或泵的输出功率也是大幅上升的。需要注意的是，为了尽可能利用驱动器和电机的设计输出能力，动作点3’(f_pmax，I_pmax)中的最大静压频率f_pmax及所对应的I_pmax的数值将按照实际驱动器和电机的额定设计电流决定。如果负载电流I_pmax超过了设计值，则表明最大静压超出设计范围，需要调整风机/泵系统，包括驱动器和电机在内的设计。

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c’段电流-频率曲线，该段曲线对应电机的恒功率区域，在该区域内，电机输入功率保持不变，电机负载电流I与电机频率f呈反比，即该段曲线为反比例曲线。体现在风机、泵中，则表现出随着压力的上升，风量或流量逐步下降，对应着图4所示的C段QH曲线。在图3的c’段区域中，由于动作点3’的驱动器和电机功率已达到额定值，为了保护电机和驱动器，尽管在动作点3’和动作点5’(f_u，I_u)之间电机旋转速度进一步升高，但电机输入功率则不再增加，因此电机负载电流与电机频率呈反比例关系，而电机输入功率则为一恒定值，该值被设置为小于等于电机的额定输入功率。因此，上限频率f_u对应的电机负载电流I_u可通过实测得到，或者通过下述计算公式计算得到：

$I_u=\frac{I_{pmax}\&CenterDot;f_{pmax}}{f_u}$ 式1

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d’段电流-频率曲线，该段曲线为电流垂下曲线，在该区域内，电机负载电流I呈线性迅速降低，当驱动器输出频率f等于最高频率f_h时，其所对应的负载电流I_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线，可以有效地防止直流无刷电机空载或轻载驱动时的飞车现象。电机负载电流-电机频率d’段曲线对应着图4所示的D段QH曲线。

上述a’b’c’d’四段曲线分别以动作点1’(f_p0，I_p0)、动作点3’(f_pmax，I_pmax)、动作点5’(f_u，I_u)和动作点7’(f_h，I_h)为分界点，在同样的管道配置下，在预设不同的流量或风量时，这四个分界点的各个参数是不同的，需要根据实际情况一一测量和设置。在测量得到不同流量或风量所对应的上述参数后，按照上述方法绘制电机负载电流与频率的关系曲线，再将该关系曲线以表格或者公式的方式输入电机驱动器运算单元的存贮装置中储存。

第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号等，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机负载电流I_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机负载电流I_pmax、上限频率f_u及所对应的电机负载电流I_u和最高频率f_h及所对应的电机负载电流I_h这四组数值，即电流-频率曲线中的四个坐标点(动作点)，并据此得到该流量所对应的电机负载电流-电机频率的a’b’c’d’四段曲线。

第四步，当电机内安装有位置传感器时，根据该位置传感器就可以直接采集到当前电机频率f；当电机内没有位置传感器时，利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，运用无位置传感器驱动控制方法，通过计算得到当前电机频率f(该控制、计算方法在发明专利ZL200810024588.9《定子磁链定向的交流电机旋转速度和转子位置推测方法》中有详细记载)。

第五步，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机负载电流，并将其定为当前电机的电流指令值I^*。

第六步，当电机驱动控制采用电流控制流程时，通过电机驱动器内置的电流传感器，检测、计算出此时的实际电机负载电流；将第五步中查表或计算得到的电流指令值I^*与实际电机负载电流进行比较，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段将实际电机负载电流控制为当前的电流指令值I^*，以驱动电机运行。

电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。

上述第六步的控制过程，严格来说属于电机的运动控制过程。这个过程随着电机种类的不同，有各种不同的周知控制技术，以下三相交流电机矢量控制流程为例进行详细说明。

如图5所示，这是一个带编码器或者霍尔位置传感器的三相交流电机矢量控制流程，这个流程使用了高速电流闭环控制，属于电流控制流程，可适用于三相直流无刷电机或三相异步电机。异步电机与直流无刷电机略有差别的是，异步电机还需考虑到滑差的影响，这里略去其细微的差别。

众所周知，电机输出转矩与电机的转矩电流成正比。在三相交流异步电机或三相直流无刷电机的控制中，通过图5所示的电机矢量控制法，可以分别实时地控制电机的转矩电流分量和励磁电流分量的大小。图5中电流指令值代表着电机的转矩电流指令值，随着电机转矩大小要求而变；代表着电机的励磁电流指令值，一般是个常数。

按照图5的控制流程，只要指定电机的转矩电流指令值就可以直接控制电机输出的电磁转矩的大小，从而使电机工作在所希望的工作点上。

根据这个特性，这里可将上述第五步所述的查表计算得出的电流指令值I^*直接赋予图5中转矩电流指令值而励磁电流指令值保持一个电机设计时决定的常数。即：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{1T}^{*}=I^{*}\\ i_{1M}^{*}=C\end{array}\right.$ 式2

这里，为转矩电流指令值；I^*是查表计算得出的电流指令值；为励磁电流指令值；C是电机设计时决定的励磁电流值，一般是一个常数。例如三相直流无刷电机控制中往往取C＝0，异步电机取C为设计常数。

随后，位置传感器处理部分根据位置传感器采集的位置信号，计算出当前相位角θ和电机旋转角速度ω＝2πf，这里f为电机频率。

电流传感器采集电机的三相瞬时电流i_u，i_v，i_w。图5中只显示了U相电流i_u和W相电流i_w的电流传感器，此时，V相电流i_v根据下式计算得到。

i_u+i_v+i_w＝0 式3

3/2坐标变换部分按照下式，计算得到励磁电流反馈值i_1M和转矩电流反馈值i_1T：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ i_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\&CenterDot;\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{i}_{1M}\\ i_{1T}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& \sin \mathrm{\&theta;}\\ -\sin \mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ i_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]\end{array}$ 式4

随后，图5中的高速转矩电流控制环节ACRT根据电流指令值和实时采样得到的转矩电流反馈值i_1T进行比例-积分-微分计算，得到转矩控制电压V_1T。比例-积分-微分计算按下式进行：

$V_{1T}=K_{P\_ACRT}{\mathrm{\&epsiv;}}_{iT}+K_{I\_ACRT}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{iT}dt+K_{D\_ACRT}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_{iT}}{dt}$ 式5

这里，V_1T为转矩控制电压；转矩电流误差为电流指令值，i_1T为转矩电流反馈值；K_{P_ACRT}为比例增益；K_{I_ACRT}为积分增益；K_{D_ACRT}为微分增益；t为时间变量。

高速励磁电流控制环节ACRM根据常数与励磁电流反馈值i_1M进行比例-积分-微分计算，得到励磁控制电压V_1M。比例-积分-微分计算按下式进行：

$V_{1M}=K_{P\_ACRM}{\mathrm{\&epsiv;}}_{iM}+K_{I\_ACRM}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{iM}dt+K_{D\_ACRM}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_{iM}}{dt}$ 式6

这里，V_1M为励磁控制电压；励磁电流误差为励磁电流常数，i_1M为励磁电流反馈值；K_{P_ACRM}为比例增益；K_{I_ACRM}为积分增益；K_{D_ACRM}为微分增益；t为时间变量。

需要补充的是，在精度要求较高的矢量控制方法中，式5和式6的计算常常还包括转矩电流与励磁电流之间解耦补偿的计算，由于这属于周知技术，此处略去详细说明。

转矩控制电压V_1T和励磁控制电压V_1M进行2/3坐标变换后得到三相输出电压，2/3坐标变换按下式进行：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& -\sin \mathrm{\&theta;}\\ \sin \mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{V}_{1M}\\ V_{1T}\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{V}_u\\ V_v\\ V_w\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\&CenterDot;\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]\end{array}$ 式7

计算出三相输出电压后，可由下式进而得到三相输出占空比α_u、α_v、α_w：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\&alpha;}}_u\\ {\mathrm{\&alpha;}}_v\\ {\mathrm{\&alpha;}}_w\end{array}\right]=\frac{1.732}{V_{DC}}\&CenterDot;\left[\begin{array}{c}{V}_u\\ V_v\\ V_w\end{array}\right]$ 式8

这里，V_DC为逆变电路直流母线电压，可通过电压传感器测量得到。

最后，功率逆变电路Inverter根据三相占空比实时输出三相交流电压以驱动电机。

上述步骤完成了三相电机的驱动控制，也就是实施例一中第六步的控制过程。由于上述电流控制在载波周期内完成，因此电流的应答速度快。电机运行时电机负载电流将始终被控制在电流指令值上。同时，电机频率的调节则体现在式4的3/2坐标变换和和式7的2/3坐标变换过程中。

另外，如果是单绕组直流无刷电机或单相异步电机也采用电流控制方案的，电流指令值同样来自于第五步的查表计算，上述三相电机负载电流值则被替换成单绕组直流无刷电机或单相异步电机负载电流有效值，按下式所示进行计算，本发明所述的恒流量控制思想同样适用。

$I_{rms}=\frac{1}{T}\left({\&Integral;}_0^T\right|i_u\left|dt\right)$ 式9

这里，I_rms为电机负载电流有效值；i_u为单绕组直流无刷电机或单相异步电机的相电流瞬时值，由驱动器内置的电流采样单元采样计算得到；T为电流的周期值；t为时间变量。

由于电机负载电流-电机频率曲线已经在上述步骤中设定完毕，此时转矩电流指令值由电机负载电流-电机频率曲线a’b’c’d’中实时查询得到。查询动作可以定期(例如每20msec一次)实施。因此，驱动器运算单元将自动控制电机负载电流趋于上述查询得到的电流指令值。其最终结果是电机及负载(风机或泵)的速度工作在负载特性曲线与电机负载电流-电机频率曲线的某个交点上，如图3所示。

这样，当负载发生变化时，整个系统能够根据事先设定的条件，自动的调节电机的旋转速度，达到恒风量或恒流量控制的目的。

例如前述抽排油烟机，当出风口处共同配管的其它机组工作时，如果管道内风压变大时，按上述控制方法，电机频率变大，电机转速上升而电机输出功率也随之变大，使得风压增加的同时保持风量不变，满足了恒风量控制的需求。

另外，空调系统的应用中，尽管空调安装完毕后室内静压基本不变，但是在空气湿度较小的干工况和空气湿度较大的湿工况中，由于空气湿度、温度的变化使得电机负载会发生变化，因此同样转速时的风量是不同的。此时，只需要将零静压频率f_p0及所对应的电机负载电流I_p0重新定义为干工况下的干工况频率及干工况电机负载电流，最大静压频率f_pmax及所对应的I_pmax重新定义为湿工况下的湿工况频率及湿工况电机负载电流，本发明的恒风量控制思想可同样适用于空调系统的应用。

需要强调的是，本发明的中心思想同样适用于各种电机的驱动控制，包括异步电机、步进电机和直流无刷电机的有位置传感器或无位置传感器控制。

实施例二

本发明的另外一种控制方法是着眼于电机的输入功率，即在驱动器的控制运算单元的存贮装置中，预设图6所示的电机输入功率-电机频率曲线abcd四段，控制运算单元在驱动器工作运行时，定期查询对应电机频率所对应的电机输入功率指令值，并实时控制电机输入功率为查询得到的电机输入功率指令值的方法，最终实现风机、泵的恒流量控制。该控制方法的步骤如下：

第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机输入功率。

零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h的定义和大小关系与实施例一相同。

上述频率和功率的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到。

第二步，绘制如图6所示的电机输入功率与频率的关系曲线。

以电机频率f为横坐标、电机输入功率P为纵坐标，建立坐标轴。

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于零静压频率f_p0所对应的电机输入功率P_p0，即该曲线为水平直线。因此，当驱动器控制电机输入功率趋于指令值P_p0时，电机转速开始从零速上升，一直加速至零静压频率f_p0才能稳定运行。随着电机转速从零速开始上升，流量Q是逐步上升的，体现了电机的加速过程对风机泵的影响，对应图4中纵轴上A段曲线。正常加速过程完成后，在零静压的工况下，电机应工作在图6所示的动作点1(f_p0，P_p0)上，也即图4所示的动作点1上。

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b段功率-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机输入功率P呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机输入功率P达到最大静压频率f_pmax所对应的功率P_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；或者通过测量法确定该段曲线，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机输入功率P和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b段功率-频率曲线。b段曲线，对应着图4所示的B段QH曲线，也就是风机或泵的恒风量、恒流量控制区域。由于在这段区域中，风机或泵的流量-压力QH曲线中需要保持流量Q为一恒定的值，因此随着压力H的逐渐上升，风机或泵的输出功率也是大幅上升的。需要注意的是，为了尽可能利用驱动器和电机的设计输出能力，动作点3(f_pmax，P_pmax)中的最大静压频率f_pmax及所对应的P_pmax的数值将按照实际驱动器和电机的额定设计功率决定。如果电机输入功率P_pmax超过了设计值，则表明最大静压超出设计范围，需要调整风机/泵系统，包括驱动器和电机在内的设计。

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于最大静压频率f_pmax所对应的电机输入功率P_pmax，即该曲线为水平直线，上限频率f_u所对应的电机输入功率P_u等于P_pmax。体现在风机泵中，则表现出随着压力的上升，风量或流量逐步下降，对应着图4所示的C段QH曲线。在图6的c段区域中，由于动作点3的驱动器和电机功率已达到额定值，为了保护电机和驱动器，尽管在动作点3和动作点5(f_u，P_u)之间电机频率进一步升高，但电机输入功率则为一恒定值，该值被设置为小于等于电机的额定输入功率。

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d段功率-频率曲线，该段曲线为功率垂下曲线，在该区域内，电机输入功率P呈线性迅速降低，当电机频率f等于最高频率f_h时，其所对应的电机输入功率P_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线，可以有效地防止电机特别是直流无刷电机在空载或轻载驱动时的飞车现象。电机输入功率-电机频率d段曲线对应着图4所示的D段QH曲线。

上述abcd四段曲线分别以动作点1(f_p0，P_p0)、动作点3(f_pmax，P_pmax)、动作点5(f_u，P_u)和动作点7(f_h，P_h)为分界点，在同样的管道配置下，在预设不同的流量或风量时，这四个分界点的各个参数是不同的，需要根据实际情况一一测量和设置。在测量得到不同流量或风量所对应的上述参数后，按照上述方法绘制电机输入功率与频率的关系曲线，再将该关系曲线以表格或者公式的方式输入电机驱动器运算单元的存贮装置中储存。

第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号等，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机输入功率P_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机输入功率P_pmax、上限频率f_u及所对应的电机输入功率P_u和最高频率f_h及所对应的电机输入功率P_h这四组数值，即功率-频率曲线中的四个坐标点(动作点)，并据此得到该流量所对应的电机的输入功率-频率的abcd四段曲线。

第四步，当电机内安装有位置传感器时，根据该位置传感器就可以直接采集到当前电机频率f；当电机内没有位置传感器时，利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，运用无位置传感器驱动控制方法，通过计算得到当前电机频率f(该控制、计算方法在发明专利ZL200810024588.9《定子磁链定向的交流电机旋转速度和转子位置推测方法》中有详细记载)。

第五步，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率P_in。这样，无论是异步电机还是直流无刷电机，电机输入有功功率值都可以利用实时计算得到。另外，考虑到成本，电机相电压瞬时值的采样也可不通过电压传感器，直接使用控制运算单元自身内部的相电压瞬时计算值替代。

三相电机可按下式计算电机输入有功功率：

$P_{in}=\frac{1}{T}({\&Integral;}_0^T{V}_u\&CenterDot;i_{u}dt+{\&Integral;}_0^T{V}_v\&CenterDot;i_{v}dt+{\&Integral;}_0^T{V}_w\&CenterDot;i_{w}dt)$ 式10

这里，P_in为电机输入有功功率；V_u、V_v、V_w分别为电机UVW三相的各相相电压瞬时值；i_u、i_v、i_w分别为电机UVW三相的各相相电流瞬时值，由驱动器内置的电流采样单元采样计算得到；T为电流和电压的周期值；t为时间变量。

单绕组直流无刷电机或单相异步电机，电机输入有功功率只需按单相参数进行计算即可，即：

$P_{in}=\frac{1}{T}({\&Integral;}_0^T{V}_{uv}\&CenterDot;i_{u}dt)$ 式11这里，P_in为电机输入有功功率；V_uv为单绕组直流无刷电机或单相异步电机输入端电压瞬时值；i_u为电机相电流瞬时值，由驱动器内置的电流采样单元采样计算得到；T为电流和电压的周期值；t为时间变量。

然后，控制运算单元根据查表得到的电机输入功率指令值P^*与按式10或式11计算得到电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分(PID)运算，得到电机的电流指令值I^*，其计算公式如下：

$I^{*}=K_P{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_I\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_D\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$ 式12

这里，I^*为电机的电流指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_P为比例增益；K_I为积分增益；K_D为微分增益；t为时间变量。

第六步，当电机驱动控制采用电流控制流程时，通过电机驱动器内置的电流传感器，检测、计算出此时的实际电机负载电流；将第五步中查表或计算得到的电流指令值I^*与实际电机负载电流进行比较，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段将实际电机负载电流控制为当前的电流指令值I^*，以驱动电机运行。

电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。

上述实施例二中第六步的具体控制流程与实施例一中所述内容基本相同，此处不再详细描述。

实施例三

当电机驱动控制方法发生变化时，只要针对驱动控制的具体做法稍作变动，上述恒流量控制的基本思想同样可以适用。

这里，针对如图7所示的120度驱动控制三相直流无刷电机，由于其基本的驱动控制基于速度反馈控制，电机驱动控制流程直接按电压控制进行，属于电压控制流程。因此速度指令值的来源按下述方法稍加改动，也可同样完成恒流量控制。该控制方法的步骤如下：

第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机输入功率。

零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h的定义和大小关系与实施例一、二相同。

上述频率和功率的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到。

第二步，绘制如图6所示的电机输入功率与频率的关系曲线。

以电机频率f为横坐标、电机输入功率P为纵坐标，建立坐标轴。

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于零静压频率f_p0所对应的电机输入功率P_p0，即该曲线为水平直线。因此，当驱动器控制电机输入功率趋于指令值P_p0时，电机转速开始从零速上升，一直加速至零静压频率f_p0才能稳定运行。随着电机转速从零速开始上升，流量Q是逐步上升的，体现了电机的加速过程对风机泵的影响，对应图4中纵轴上A段曲线。正常加速过程完成后，在零静压的工况下，电机应工作在图6所示的动作点1(f_p0，P_p0)上，也即图4所示的动作点1上。

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b段功率-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机输入功率P呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机输入功率P达到最大静压频率f_pmax所对应的功率P_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；或者通过测量法确定该段曲线，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机输入功率P和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b段功率-频率曲线。b段曲线，对应着图4所示的B段QH曲线，也就是风机或泵的恒风量、恒流量控制区域。由于在这段区域中，风机或泵的流量-压力QH曲线中需要保持流量Q为一恒定的值，因此随着压力H的逐渐上升，风机或泵的输出功率也是大幅上升的。需要注意的是，为了尽可能利用驱动器和电机的设计输出能力，动作点3(f_pmax，P_pmax)中的最大静压频率f_pmax及所对应的P_pmax的数值将按照实际驱动器和电机的额定设计功率决定。如果电机输入功率P_pmax超过了设计值，则表明最大静压超出设计范围，需要调整风机/泵系统，包括驱动器和电机在内的设计。

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于最大静压频率f_pmax所对应的电机输入功率P_pmax，即该曲线为水平直线，上限频率f_u所对应的电机输入功率P_u等于P_pmax。体现在风机泵中，则表现出随着压力的上升，风量或流量逐步下降，对应着图4所示的C段QH曲线。在图6的c段区域中，由于动作点3的驱动器和电机功率已达到额定值，为了保护电机和驱动器，尽管在动作点3和动作点5(f_u，P_u)之间电机频率进一步升高，但电机输入功率则为一恒定值，该值被设置为小于等于电机的额定输入功率。

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d段功率-频率曲线，该段曲线为功率垂下曲线，在该区域内，电机输入功率P呈线性迅速降低，当电机频率f等于最高频率f_h时，其所对应的电机输入功率P_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线，可以有效地防止电机特别是直流无刷电机在空载或轻载驱动时的飞车现象。电机输入功率-电机频率d段曲线对应着图4所示的D段QH曲线。

上述abcd四段曲线分别以动作点1(f_p0，P_p0)、动作点3(f_pmax，P_pmax)、动作点5(f_u，P_u)和动作点7(f_h，P_h)为分界点，在同样的管道配置下，在预设不同的流量或风量时，这四个分界点的各个参数是不同的，需要根据实际情况一一测量和设置。在测量得到不同流量或风量所对应的上述参数后，按照上述方法绘制电机输入功率与频率的关系曲线，再将该关系曲线以表格或者公式的方式输入电机驱动器运算单元的存贮装置中储存。

第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号等，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机输入功率P_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机输入功率P_pmax、上限频率f_u及所对应的电机输入功率P_u和最高频率f_h及所对应的电机输入功率P_h这四组数值，即功率-频率曲线中的四个坐标点(动作点)，并据此得到该流量所对应的电机的输入功率-频率的abcd四段曲线；

第四步，电机驱动器的运算单元通过霍尔位置传感器检测当前电机频率f。

第五步，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，按照实施例二中式10计算出当前电机输入有功功率P_in。然后，控制运算单元按照图8所示的流程，将电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分(PID)运算，得到电机频率指令值f^*，其计算公式如下：

$f^{*}=K_{P\_P}{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_{I\_P}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_{D\_P}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$ 式13

这里，f^*为电机的频率指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_{P_P}为比例增益；K_{I_P}为积分增益；K_{D_P}为微分增益；t为时间变量。

第六步，根据霍尔位置传感器采集到的当前电机频率f，以及第五步中计算得到的电机频率指令值f^*进行比较，并通过调节输出电压大小的手段将当前电机频率控制为电机频率指令值f^*，以驱动电机运行。

电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。

上述实施例三中的第六步是现有技术中常见的电压控制流程，如图7所示，其主要步骤如下。

首先，根据当前的电机频率指令值f^*与位置传感器检测到的电机频率f，进行速度反馈的比例-积分-微分运算，得到代表输出电压大小的占空比α，其计算公式如下：

$\mathrm{\&alpha;}=K_{P\_f}{\mathrm{\&epsiv;}}_f+K_{I\_f}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{f}dt+K_{D\_f}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_f}{dt}$ 式14

这里，α为逆变电路的输出占空比；ε_f为电机频率指令值f^*与电机频率f的误差，ε_f＝f^*-f；K_{P_f}为比例增益；K_{I_f}为积分增益；K_{D_f}为微分增益；t为时间变量。

然后，电机驱动器的运算单元根据霍尔位置传感器信号HA、HB、HC，查询预先编制的导通相序表，决定此时的两相导通的相序，结合占空比α后计算出具体的决定功率逆变电路中功率器件开关导通的脉宽调制PWM信号，并将PWM信号发送至功率逆变电路，功率逆变电路输出交流电压以驱动直流无刷电机。

由于这一控制过程属于三相直流无刷电机的120度驱动控制流程，属于周知技术，因而说明较为简略，不作详细展开。

另外，如果是单绕组直流无刷电机采用类似本实施例中速度控制电压方案的，上述第五步中当前电机输入有功功率P_in只需按实施例二中的式11计算得到，实施例三中恒流量的控制思想同样适用单绕组直流无刷电机的控制。

需要强调的是，为了实现恒流量控制，与普通的120度驱动控制方法相比，在图7所示的功率逆变电路输出至直流无刷电机的三相动力线UVW上需要增加设置三相电流采样单元(因为三相电流之和等于0，因此实际只设置其中任意两项的电流采样单元即可)，用以采集电机的三相电流值，进而计算出电机的输入功率。单绕组直流无刷电机则只需增加一相的电流采样单元即可计算出电机的输入功率。

Claims (3)

1.风机/泵恒流量电机驱动控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，确定在不同的流量要求下电机的零静压频率f_p0、最大静压频率f_pmax、上限频率f_u和最高频率f_h，并确定电机在上述频率工作时，所对应的电机负载电流或电机输入功率；

零静压频率f_p0是指在按照系统预先设定的流量前提下，在带有风机或泵的特定的管道配置时，静压为零时的电机频率；

最大静压频率f_pmax是指上述管道配置中同一流量下最大静压工况下的电机频率；

上限频率f_u是指驱动器和电机允许设置的最大正常工作频率；

最高频率f_h是指驱动器和电机的极限安全运行频率；

零静压频率f_p0<最大静压频率f_pmax<上限频率f_u<最高频率f_h；

上述频率、电流或功率的具体数值均由电机和风机/泵的设计参数或实际测量得到；

第二步，绘制电机负载电流与频率的关系曲线；

以电机频率f为横坐标、电机负载电流I为纵坐标，建立坐标轴；

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a’段电流-频率曲线，该段曲线为恒电流曲线，对应电机的恒转矩区域，在该区域内，电机负载电流I始终等于零静压频率f_p0所对应的电流I_p0，即该曲线为水平直线；

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b’段电流-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机负载电流I呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机负载电流I达到最大静压频率f_pmax所对应的电流I_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；或者通过测量法确定该段曲线，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机负载电流I和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b’段电流-频率曲线；

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c’段电流-频率曲线，该段曲线对应电机的恒功率区域，在该区域内，电机输入功率保持不变，电机负载电流I与电机频率f呈反比，即该段曲线为反比例曲线；

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d’段电流-频率曲线，该段曲线为电流垂下曲线，在该区域内，电机负载电流I呈线性迅速降低，当驱动器输出频率f等于最高频率f_h时，其所对应的负载电流I_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线；

将绘制好的电机负载电流与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存；

或者绘制电机的输入功率与频率的关系曲线；

以电机频率f为横坐标、电机输入功率P为纵坐标，建立坐标轴；

当电机频率f小于零静压频率f_p0时，绘制第a段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于零静压频率f_p0所对应的电机输入功率P_p0，即该曲线为水平直线；

当电机频率f大于零静压频率f_p0、小于最大静压频率f_pmax时，绘制第b段功率-频率曲线，在该区域内，随着电机频率f的增加，电机输入功率P呈线性增加，直至电机频率f等于最大静压频率f_pmax时，电机输入功率P达到最大静压频率f_pmax所对应的功率P_pmax，即该曲线为斜率为正值的正比例曲线；该段曲线也可通过测量法确定，就是在保持管道流量不变的情况下，设置某个给定的静压后测量并记录此时电机输入功率P和电机频率f，如此反复测出一组数据后，最终确定第b段功率-频率曲线；

当电机频率f大于最大静压频率f_pmax、小于上限频率f_u时，绘制第c段功率-频率曲线，该段曲线为恒功率曲线，在该区域内，电机输入功率P始终等于最大静压频率f_pmax所对应的电机输入功率P_pmax，即该曲线为水平直线，上限频率f_u所对应的电机输入功率P_u等于P_pmax；

当电机频率f大于上限频率f_u、小于最高频率f_h时，绘制第d段功率-频率曲线，该段曲线为功率垂下曲线，在该区域内，电机输入功率P呈线性迅速降低，当电机频率f等于最高频率f_h时，其所对应的电机输入功率P_h等于0，该曲线为斜率为负值的正比例曲线；

将绘制好的电机输入功率与频率的关系曲线以表格或计算公式的方式，输入到电机驱动器运算单元的存贮装置中储存；

第三步，在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机负载电流I_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机负载电流I_pmax、上限频率f_u及所对应的电机负载电流I_u和最高频率f_h及所对应的电机负载电流I_h这四组数值，即电流-频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机负载电流-电机频率的a’b’c’d’四段曲线；

或者在电机驱动器接通电源，开始工作后，其运算单元通过接受上位机的通讯指令，或者查询驱动器内部设置的拨码开关、高中低档位信号、外部给出的控制电压或控制电流信号，得到流量的具体要求，查表读出该流量所对应的零静压频率f_p0及所对应的电机输入功率P_p0、最大静压频率f_pmax及所对应的电机输入功率P_pmax、上限频率f_u及所对应的电机输入功率P_u和最高频率f_h及所对应的电机输入功率P_h这四组数值，即功率-频率曲线中的四个坐标点，并据此得到该流量所对应的电机的输入功率-频率的abcd四段曲线；

第四步，当电机内安装有位置传感器时，根据该位置传感器就可以直接采集到当前电机频率f；当电机内没有位置传感器时，利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，运用无位置传感器驱动控制方法，通过计算得到当前电机频率f；

第五步，当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机负载电流与电机频率的关系曲线，而且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机负载电流，并将其定为当前电机的电流指令值I^*；

当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电流控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率P_in；根据电机输入功率指令值P^*和有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的电流指令值I^*；

当电机驱动器运算单元的存贮装置中储存的是电机输入功率与电机频率的关系曲线，且电机驱动控制采用电压控制流程时，根据第四步中得到的电机频率f，查得此时对应的电机输入功率，并将其定为电机输入功率指令值P^*；利用电机驱动器内置的电压、电流传感器，采样得到此时的电机相电压瞬时值和电机相电流瞬时值，计算出当前电机输入有功功率P_in；根据电机输入功率指令值P^*和有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的旋转频率指令值f^*；

第六步，当电机驱动控制采用电流控制流程时，通过电机驱动器内置的电流传感器，检测、计算出此时的实际电机负载电流；将第五步中查表或计算得到的电流指令值I^*与实际电机负载电流进行比较，并通过调节输出电压大小和输出频率的手段将实际电机负载电流控制为当前的电流指令值I^*，以驱动电机运行；

当电机驱动控制采用电压控制流程时，根据位置传感器采集到的当前电机频率f，以及第五步中计算得到的电机的旋转频率指令值f^*进行比较，并通过调节输出电压大小的手段将当前电机频率控制为旋转频率指令值f^*，以驱动电机运行；

电机驱动器运算单元通过定期的执行上述第四步至第六步，周而复始，来完成带有风机或泵的特定的管道配置时，电机驱动的风机、泵在不同负载下的恒流量控制。

2.如权利要求1所述的风机/泵恒流量电机驱动控制方法，其特征在于第五步中通过电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机的电流指令值I^*的计算公式如下：

$I^{*}=K_P{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_I\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_D\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$

式中，I^*为电机的电流指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_P为比例增益；K_I为积分增益；K_D为微分增益；t为时间变量。

3.如权利要求1所述的风机/泵恒流量电机驱动控制方法，其特征在于第五步中通过电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in进行比例-积分-微分运算，得到电机频率指令值f^*的计算公式如下：

$f^{*}=K_{P\_P}{\mathrm{\&epsiv;}}_P+K_{I\_P}\&Integral;{\mathrm{\&epsiv;}}_{P}dt+K_{D\_P}\frac{{\mathrm{d\&epsiv;}}_P}{dt}$

式中，f^*为电机的频率指令值；ε_P为电机输入功率指令值P^*与电机输入有功功率P_in的误差，ε_P＝P^*-P_in；K_{P_P}为比例增益；K_{I_P}为积分增益；K_{D_P}为微分增益；t为时间变量。