CN104270058A - 一种多相电机的控制与驱动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多相电机的控制与驱动方法及装置，所述装置包括：电机相电流检测电路，被配置为检测电机相导通区间的电流参数；电机控制与驱动某相激励因数设定电路，被配置为根据所述电机相电流的高低程度设定某相占空比调制因子。本发明的有益效果是电机在功率器件的参数不一致时，相占空比调制因子会随之变化，从而保证电机稳定均匀运转，不会出不均匀发热等异常现象。本发明对电机相电流进行检测，自动设定与之相关的相占空比调制因子，以保证其乘积为一个固定常数，以保证相功率输出的均衡。本发明可以广泛应用于多相电机共享功率电源时的控制与驱动。
Description
技术领域
本发明属于电机控制驱动领域，特别涉及多相共享同一个功率电源时，各相激励因数设定方法及装置，具体而言在于检测电机相电流的高低程度并设定与之相关的占空比调制因子，以避免电机功率器件的参数不一致性带来的相间驱动功率的不匹配现象。
背景技术
随着全控型功率电子器件的发展，脉冲宽度调制(PWM)技术与开关功率电路相结合，逐渐成为电机控制与驱动领域的主流技术。在PWM技术中，通过改变功率器件的驱动脉冲信号的导通与关断的时间，来改变加载于电机线圈两端的平均电压的大小。在交流电气传动中，PWM技术可用于实现单相或多相交流电即实现逆变。根据调制形式的不同，有直流PWM、正弦波PWM及空间矢量PWM等多种技术。
采用PWM技术时，电机线圈中的电流取决于供电电压、电机本体及其负载参数、功率器件参数以及驱动脉冲的占空比等。对于多相电机，通常采用多组功率器件来驱动电机的各相线圈，而功率器件之间不可避免地存在差异性。功率器件参数的差异性会导致电机各相导通电流的差异。采用传统PWM技术控制驱动电机时，由于电机各相驱动信号采用相同的占空比，因此各相导通电流的差异性会导致相间驱动功率的不匹配。这种不匹配现象会导致功率器件不均匀发热及电机转动不稳等问题，进而影响电机及其系统的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于检测电机相电流的高低程度，据此设置合适的相占空比调制因子，以避免电机功率器件的参数不一致性带来的相间驱动功率的不匹配现象。
本发明提供一种多相电机控制与驱动装置，所述装置包括：
电机相电流检测电路，被配置为检测电机相导通区间的电流参数；
电机控制与驱动某相激励因数设定电路，被配置为根据所述电机相电流的高低程度设定某相占空比调制因子；
功率器件，被配置为驱动电机各相线圈；
所述电机相电流检测电路分别连接电机控制与驱动某相激励因数设定电路和功率器件；所述电机控制与驱动某相激励因数设定电路与功率器件之间互相连接。
进一步地，所述电机某相占空比调制因子与该相电流参数的乘积为常数。
本发明进一步提供一种使用所述的装置的多相电机的控制与驱动方法，其特征在于，检测电机某相电流的直接及间接参数，并设置该相控制与驱动的占空比调制因子。
进一步地，所述相电流的直接参数由控制驱动导通区间内单次或多次采样的数值表征。
进一步地，所述相电流的间接参数根据控制驱动导通区间的长短由更新当前数值表征，或继续由历史数据表征。
电机相电流小时，设置较大的占空比调制因子；电机相电流大时，设置较小的占空比调制因子。电机的相占空比调制因子不是固定的，而是根据检测到的电机相电流高低程度而改变，以保证其乘积为一个固定常数，这样在电机在功率器件的参数不一致时仍然可以保证电机稳定均匀运转。
电机相电流的高低程度由相控制驱动导通区间内单次或多次采样的数值来直接或间接表征。当使用传统脉冲宽度调制(PWM)技术控制驱动电机时，所述电机相激励由相占空比调制因子进一步调制为最终所施加PWM信号。
本发明的有益效果是电机在功率器件的参数不一致时，相占空比调制因子会随之变化，从而保证电机稳定均匀运转，不会出不均匀发热等异常现象。本发明对电机相电流进行检测，自动设定与之相关的相占空比调制因子，以保证其乘积为一个固定常数，以保证相功率输出的均衡。本发明可以广泛应用于多相电机共享功率电源时的控制与驱动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多相电机的控制与驱动方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种多相电机相电流的示意图；
图3为本发明实施例提供的电机相电流检测的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种多相电机的控制与驱动的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一提供了多相电机的控制与驱动方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
1)设置电机某相电流的检测参数
具体的，所述相电流的检测参数包括相电流采样区间、滤波强度等。
2)获取该相电流的直接及间接参数
具体的，所述相电流的直接参数由控制驱动导通区间内单次或多次采样的数值表征，所述相电流的间接参数根据控制驱动导通区间的长短由更新当前数值表征，或继续由历史数据表征。
根据所述相电流的间接参数，设置所述相电流的检测参数。
3)设置该相控制与驱动的占空比调制因子
根据该相电流的高低程度，设置该相控制与驱动的占空比调制因子。
对于采用PWM技术的电机而言，其各相功率可表示为：
Pphase(n)＝VP(n)·Iphase(n)·Dphase(n)
其中，VP(n)为电源电压，Iphase(n)为电机第n相的相电流幅度，Dphase(n)为电机第n相电流占空比。一般情况下，多相电机各相线圈共享同一供电电源，即各相的VP是相同的。
采用传统PWM技术时，电机各相电流的占空比是相同的，因此由于功率器件参数不一致导致的导通电流的差异将导致相间驱动功率的不一致，即不匹配问题，进而导致功率器件发热不均匀及电机转动不稳等问题。
根据本发明提供的一种多相电机的控制与驱动的方法，通过检测电机相电流的高低程度，据此设置合适的相占空比调制因子，进而使得各相的驱动功率达到匹配。具体而言，电机某相的功率可表示为：
其中，φ(n)为电机第n相占空比调制因子，Duty为电机各相统一的占空比设置参数，根据电机、负载及转速要求等设定。
如图2所示，电机相电流小时，设置较大的占空比调制因子；电机相电流大时，设置较小的占空比调制因子。电机的相占空比调制因子不是固定的，而是根据检测到的电机相电流高低程度而改变，以保证其乘积为一个固定常数，这样在电机在功率器件的参数不一致时仍然可以保证电机稳定均匀运转。
以三相电机为例。如图2所示，按照所述多相电机的控制与驱动方法，通过占空比调制因子调制后，各相相电流的占空比会相应地受到调制，但各相导通电流与相占空比的乘积为一固定常数，即各相驱动功率是相同的。具体而言，如图2所示，第1相相电流幅度大，相占空比调制因子φ(1)就小；反之，第3相相电流幅度大，相占空比调制因子φ(3)就大。
图3是相电流检测的示意图。电机相电流的高低程度由相控制驱动导通区间内单次或多次采样的数值来直接或间接表征。
电机运转过程中，存在大量的电磁干扰及功率器件开关引起的噪声。干扰与噪声影响相电流检测的信噪比，进而影响电机的控制与驱动。通过多周期取平均、信号滤波等方式可以提高相电流检测的信噪比；根据导通区间的长短自动调节相电流采样区间的宽度等，也有利于提高相电流检测的可靠性。所述滤波强度、采样区间等参数的设置，可根据该相控制驱动导通区间的长短由更新当前数值表征，或继续由历史数据表征。
针对相电流采样区间的宽度设置，当该相控制驱动导通区间宽度大于当前所采用的相电流采样区间宽度时，增加相电流采样区间的宽度，以提高电流采样值的信噪比；当该相控制驱动导通区间的宽度小于某一设定值时，相电流采样无法获得足够大小的信噪比，因而相电流检测参数及该相控制与驱动的占空比调制因子等均采用历史数据。
本发明实施例二提供了多相电机的控制与驱动装置，如图4所示，所述包括：
电机相电流检测电路，被配置为检测电机相导通区间的电流参数；
电机控制与驱动某相激励因数设定电路，被配置为根据所述电机相电流的高低程度设定某相占空比调制因子；
功率器件，被配置为驱动电机各相线圈；
电机，可以具体为两相、三相或更多相电机。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多相电机控制与驱动装置，其特征在于所述装置包括：
电机相电流检测电路，被配置为检测电机相导通区间的电流参数；
电机控制与驱动某相激励因数设定电路，被配置为根据所述电机相电流的高低程度设定某相占空比调制因子；
功率器件，被配置为驱动电机各相线圈；
所述电机相电流检测电路分别连接电机控制与驱动某相激励因数设定电路和功率器件；所述电机控制与驱动某相激励因数设定电路与功率器件之间互相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机某相占空比调制因子与该相电流参数的乘积为常数。
3.一种使用权利要求1或2所述的装置的多相电机的控制与驱动方法，其特征在于，检测电机某相电流的直接及间接参数，并设置该相控制与驱动的占空比调制因子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相电流的直接参数由控制驱动导通区间内单次或多次采样的数值表征。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相电流的间接参数根据控制驱动导通区间的长短由更新当前数值表征，或继续由历史数据表征。
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