CN104779852A - 一种电机启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机启动控制方法，涉及电机控制技术领域。单片机MCU获取电机转速f_r及其位置θ₀，当电机转数较低时，由于此时反电动势很小，无法准确检测到电机转速和电机转子的当前位置，采用对电机强制定位的方法，将电机转子控制到指定位置θ₀，以θ₀为起点，通过对电流和转动频率的控制，即控制旋转矢量，使其初始电流矢量的大小为定位结束时的电流值，初始电流矢量的方向为θ₀，初始旋转矢量的频率为0，慢慢控制旋转矢量与转子的夹角从0往正方向转动到指定的目标夹角位置，同时控制旋转矢量的频率到指定的目标拖动频率，最终实现电机的定位和拖动，达到电机正确启动的目的。

Description

一种电机启动控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及永磁同步直流电机定位及拖动电流控制方法技术。

背景技术

永磁同步直流无刷电机作为家用电器室外风机驱动部件时，由于室外空气的流动，在启动运转前，室外风扇电机可能正处于正方向或者反方向转动，控制器需要检测电机转子的位置、转速和其转动方向，适时的根据电机的运转情况进行相应的启动控制，达到正确控制电机启动运行等目的，特别是当室外风机电机正反转转速不高时，由于此时反电动势很小，无法准确检测到电机转子转速和电机转子的当前位置，无法实现风机的直接启动控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机启动控制方法，用于解决启动时电机处于转动状态，无法直接启动控制问题。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种电机启动控制方法，包括以下步骤：

S1、单片机获取电机转子转速f_r及其位置θ₀。

S2、当电机转速f_r正反转转数较低时，经过定位时间T0将定位电流矢量的大小从0开始增加到定位目标电流I_d1，迫使电机转子转动到指定位置θ₀；d轴电流I_d与定位目标电流I_d1之关系,采用一阶低通滤波器计算，其传递函数为: $G\left(s\right)=\frac{1}{1+\mathrm{TS}},$ 控制I_q＝0，I_d＝I_d(n)， $I_{d\left(n\right)}=I_{d(n-1)}+(I_{d1}-I_{d(n-1)})\frac{T_i}{T_{s1}},$ I_d(0)＝0，n为自然数，T_s1为滤波器低通滤波时间，T_i为计算周期，I_q为定位时q轴上的电流，I_d为定位时d轴上的电流。

S3、控制电机转速从0慢慢转动到指定的拖动目标转速f_d，以θ₀为起点，经过拖动时间T1施加一个旋转电流矢量，其旋转频率按照逐渐变化，f₀＝0，n为自然数，其拖动电流矢量大小起始时刻与定位矢量相同；同时控制电流矢量与电机转子位置夹角γ从0慢慢增加到指定的拖动夹角γ_d，γ₀＝0，n为自然数。

S4、经过一定时间的过渡，控制电机进入无位置控制状态，实现电机的定位启动控制。

进一步的技术方案是：步骤S3中，经历拖动时间T1，控制拖动电流矢量的大小从I_d1变化到小于等于I_d1的电流I_d2；在拖动时间T1内，I_q＝I_(n)sin(γ_n)，I_d＝I_(n)cos(γ_n)， ${\mathrm{\γ}}_n={\mathrm{\γ}}_{n-1}+\frac{{\mathrm{\γ}}_d}{T1},$ $I_{\left(n\right)}=I_{(n-1)}+(I_{d2}-I_{(n-1)})\frac{T_i}{T_{s2}},$ I₍₀₎＝I_d1，其中T_i为计算时间间隔，T_s2为滤波器低通滤波时间。

进一步的技术方案是：在拖动时间T1内，转子与固定坐标系α轴的夹角θ_(n)＝θ_(n-1)+ω_(n)ΔT，其中θ₍₀₎＝θ₀，n为自然数，ΔT为计算角度的周期时间间隔，ω_(n)＝2πf_n。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：单片机MCU获取电机转速f_r及其位置θ₀，当电机转数较低时，由于此时反电动势很小，无法准确检测到电机转速和电机转子的当前位置，采用对电机强制定位的方法，将电机转子控制到指定位置θ₀，以θ₀为起点，通过对电流和转动频率的控制，即控制旋转矢量，使其初始电流矢量的大小为定位结束时的电流值，初始电流矢量的方向为θ₀，初始旋转矢量的频率为0，慢慢控制旋转矢量与转子的夹角从0往正方向转动到指定的目标夹角位置，同时控制旋转矢量的频率到指定的目标拖动频率，控制电机从较小的正转或者反转状态进入无位置控制方式，实现室外风机定位启动控制，最终实现电机的定位和拖动，达到电机正确启动的目的。

附图说明

图1为固定坐标系αβ坐标系和随电机转子运转的旋转d/q坐标系变量示意图；

图2为定位及拖动期间电机控制电流矢量大小随时间变化示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

单片机MCU获取电机转速f_r及其位置θ₀，如图1所示，由于电机存在正/反转，当电机转数绝对值|f_r|＜＝δ时，δ是一较小的正数，由于此时反电动势很小，无法准确检测到电机转速和电机转子的当前位置，采用对电机强制定位的方法，将电机转子控制到指定位置θ₀,强制经过定位时间T0将定位电流矢量的大小从0开始增加到定位目标电流I_d1，采用一阶低通滤波器计算d轴电流I_d，其传递函数为: $G\left(s\right)=\frac{1}{1+\mathrm{TS}},$ 离散化计算公式为 $I_{d\left(n\right)}=I_{d(n-1)}+(I_{d1}-I_{d(n-1)})\frac{T_i}{T_{s1}},$ I_d(0)＝0，n为自然数，下同，T_s1为低通滤波器时间常数，T_i为计算周期，经历T0电机转子会转动到指定位置θ₀，随后停下来。之后，按照电机转子与固定坐标轴α的初始夹角位置θ₀，经过拖动时间T1施加一个转数从0慢慢变化到指定的拖动目标转速f_d的旋转电流矢量，其旋转频率按照逐渐变化，f₀＝0，其拖动电流矢量大小起始时刻与与定位矢量相同，经历T1时间，控制拖动电流矢量的大小从I_d1变化到小于等于I_d1的电流I_d2，I₍₀₎＝I_d1，T_s2为低通滤波器时间常数，同时控制电流矢量与电机转子位置夹角γ从0，慢慢增加到指定的拖动夹角γ_d，γ₀＝0，电机就会慢慢转动到指定的拖动目标转速f_d，随后经过一定时间的过渡，控制电机进入无位置控制状态，实现电机的定位启动控制。

定位和拖动时间内，电流矢量大小如图2所示，控制拖动时间内电流减小的原因是进入无位置控制方式时，所需的电流矢量远小于定位电流矢量的大小。

在定位时间内，为了使转子位置转动到指定的位置，此时I_q＝0，I_d＝I_d(n)，在拖动时间内，I_q＝I_(n)sin(γ_n)，I_d＝I_(n)cos(γ_n)，γ₀＝0，转子与固定坐标系α轴的夹角θ_(n)＝θ_(n-1)+ω_(n)ΔT，其中θ₍₀₎＝θ₀，ΔT为计算角度的周期时间间隔，ω_(n)＝2πf_n。

一种电机启动控制方法,不仅限于采用一阶低通滤波器计算控制参数,如 $I_{d\left(n\right)}=I_{d(n-1)}+(I_{d1}-I_{d(n-1)})\frac{T_i}{T_{s1}},$ 也不限于采用现性公式计算控制参数，如 $f_n=f_{n-1}+\frac{f_d}{T1},$ 居于本设计思想，对方法本身的任何改进，均在保护范围之内。

一种电机启动控制方法，主要包括以下步骤：

a.单片机MCU获取电机转速f_r及其位置θ₀。

b.当电机转速f_r正反转转数较低时，强制经过定位时间T0将定位电流矢量的大小从0开始增加到定位目标电流I_d1，迫使电机转子转动到指定位置θ₀。在定位时间T0以内，控制I_q＝0，I_d＝I_d(n)，I_d(0)＝0，n为自然数，其中T_i为计算时间间隔，T_s1为滤波器低通滤波时间，I_q为q轴上的电流，I_d为d轴上的电流，I_d1为一数字量。

c.单片机MCU经历拖动时间T1，控制转子与电机d轴之间的夹角从0开始增加到拖动目标夹角γ_d；MCU经历拖动时间T1，控制拖动电流矢量的大小从I_d1变化到小于等于I_d1的电流I_d2；控制转子转动频率f_n从0开始增加到拖动目标转数f_d，f₀＝0，n为自然数。在拖动时间T1内，I_q＝I_(n)sin(γ_n)，I_d＝I_(n)cos(γ_n)， ${\mathrm{\γ}}_n={\mathrm{\γ}}_{n-1}+\frac{{\mathrm{\γ}}_d}{T1},$ $I_{\left(n\right)}=I_{(n-1)}+(I_{d2}-I_{(n-1)})\frac{T_i}{T_{s2}},$ I₍₀₎＝I_d1，其中T_i为计算时间间隔，T_s2为滤波器低通滤波时间，γ₀＝0，n为自然数。在拖动时间T1内，转子与固定坐标系α轴的夹角θ_(n)＝θ_(n-1)+ω_(n)ΔT，其中θ₍₀₎＝θ₀，n为自然数，ΔT为计算角度的周期时间间隔，ω_(n)＝2πf_n。

d.单片机MCU经历一过度时间，切换到无位置传感器控制，实现电机的定位拖动启动控制。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电机启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、单片机获取电机转速f_r及其位置θ₀；

S2、当电机转速f_r正反转转数较低时，经过定位时间T0将定位电流矢量的大小从0开始增加到定位目标电流I_d1，迫使电机转子转动到指定位置θ₀；d轴电流I_d采用一阶低通滤波器计算，其传递函数为:控制I_q＝0，I_d＝I_d(n)，I_d(0)＝0，n为自然数，T_s1为滤波器低通滤波时间，T_i为计算周期，I_q为定位时q轴上的电流，I_d为定位时d轴上的电流；

S3、控制电机转速从0慢慢转动到指定的拖动目标转速f_d，以θ₀为起点，经过拖动时间T1施加一个旋转电流矢量，其旋转频率按照逐渐变化，f₀＝0，n为自然数，其拖动电流矢量大小起始时刻与定位矢量相同；同时控制电流矢量与电机转子位置夹角γ从0慢慢增加到指定的拖动夹角γ_d，γ₀＝0，n为自然数；

S4、经过一定时间的过渡，控制电机进入无位置控制状态，实现电机的定位启动控制。

2.根据权利要求1所述的一种电机启动控制方法，其特征在于：步骤S3中，经历拖动时间T1，控制拖动电流矢量的大小从I_d1变化到小于等于I_d1的电流I_d2；在拖动时间T1内，I_q＝I_(n)sinγ(_n)，I_d＝I_(n)cos(γ_n)， I₍₀₎＝I_d1，其中T_i为计算时间间隔，T_s2为滤波器低通滤波时间，γ₀＝0，n为自然数。

3.根据权利要求1或2所述的一种电机启动控制方法，其特征在于：在拖动时间T1内，转子与固定坐标系α轴的夹角θ_(n)＝θ_(n-1)+ω_(n)ΔT，其中θ₍₀₎＝θ₀，n为自然数，ΔT为计算角度的周期时间间隔，ω_(n)＝2πf_n。