CN105186939A - 一种无刷电机闭环调速装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷电机闭环调速装置及方法，装置包括：获取单元，用于获取电机的目标转速；检测单元，用于获取电机的当前转速；记录单元，记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；调速单元，根据所述目标转速和当前转速，调节电机控制参数，使当前转速逐步达到目标转速；判断单元，根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内分数总和或加权和，并据此决定是否继续调整电机控制参数；控制与驱动单元，根据电机控制参数向电机的各相线圈施加驱动电压。本发明采用有条件锁定控制参数并中止闭环调速过程的方式，解决电机转速因控制参数持续调整而不稳的问题。

Description

一种无刷电机闭环调速装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无刷电机闭环调速装置及方法，属于电机控制的技术领域。

背景技术

无刷电机因其可靠、易于控制等优点而广泛应用于工业、农业和家庭生活中。闭环调速是电机转速控制的常用方式，具体而言可采用PID方法对电机控制参数进行调整以使电机转速逐渐接近甚至等于所设置的目标转速。当电机控制参数的调节精度较低时，闭环调速过程中持续不断的参数调整容易造成电机转速在较大范围内波动，忽高忽低。转速不稳容易使得终端设备产生异常噪音，严重时导致机械受损等问题。考虑到空调、空气净化器等家庭生活应用领域对电机转速的稳定性要求要显著高于转速的调节精度，在一定条件下中止闭环调速过程是合理的，可以避免电机转速不稳等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无刷电机闭环调速装置及方法，解决电机转速因控制参数持续调整而不稳的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种无刷电机闭环调速装置，包括：

获取单元，用于获取电机的目标转速；

检测单元，用于获取电机的当前转速；

记录单元，用于记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；

调速单元，用于根据所述目标转速和当前转速，调节电机控制参数，使所述当前转速逐步达到目标转速；

判断单元，用于根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内分数总和或加权和，并据此决定是否继续调整电机控制参数；

控制与驱动单元，用于根据所述电机控制参数向电机的各相线圈施加驱动电压。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述控制参数包括电机线电压。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述调速单元还包括目标转速与当前转速差值的比例计算单元、积分计算单元和微分计算单元中的部分或全部。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述判断单元根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的权重，且所设置的权重与转速差值的绝对值呈正比关系。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述判断单元根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数，且所设置的分数与转速差值的绝对值呈反比关系。

本发明还提供了一种上述无刷电机闭环调速装置的调速方法，所述方法包括：

获取电机的目标转速和当前转速；

记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；

根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内分数总和或加权和；

根据所述分数总和或加权和决定是否继续调整电机控制参数：当所述分数总和或加权和满足锁定条件时，所述控制参数被锁定，不再调整；当所述分数总和或加权和满足解锁条件时，所述控制参数的调整才能继续进行；

当允许对所述控制参数进行调整时，调节电机的控制参数，使当前转速逐渐达到目标转速；当不允许对所述控制参数进行调整时，保持所述控制参数不变。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述控制参数包括电机线电压。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述控制参数的调整采用PID方法；

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法还包括：

所设置的权重与转速差值的绝对值呈正比关系；

以及，设定第一数值和第二数值，且所述第一数值小于第二数值；将所述锁定条件设定为加权和小于第一数值，及将所述解锁条件设定为加权和大于数值第二数值。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法还包括：

所设置的分数与转速差值的绝对值呈反比关系；

以及，设定第三数字和第四数字，且所述第三数值大于第四数值；将所述锁定条件设定为分数总和大于第三数值，及将所述解锁条件设定为分数总和小于第四数值。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明所提供的无刷电机闭环调速装置及方法，采用记录一段时间内电机目标转速与当前转速及其差值，据此判断是否继续调节控制参数：当转速差值的记录值满足一定条件时，锁定电机控制参数，以使电机转速稳定；当转速差值的记录值满足另一个条件时，允许继续调节电机控制参数，可得电机适应速度指令、负载等变化的要求，并及时调节电机转速。从而使电机转速避免因持续的参数调整而不稳，采用有条件锁定控制参数并中止闭环调速过程的方式，解决电机转速因控制参数持续调整而不稳的问题。本发明可以广泛应用于电机转速闭环控制中。

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无刷电机闭环调速装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种无刷电机闭环调速装置中权重设置曲线。

图3为本发明实施例提供的一种无刷电机闭环调速装置中分数设置曲线。

图4为本发明实施例提供的一种无刷电机闭环调速方法的流程图。

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一种无刷电机闭环调速装置，如图1所示，所述装置包括：获取单元110、检测单元130、记录单元120、调速单元150、判断单元140、控制与驱动单元160和无刷电机170。

记录单元120记录一段时间内由获取单元110获取的电机目标转速和由检测单元130获取的电机当前转速及其差值；判断单元140根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内所述转速差值的分数总和或加权和，并据此决定是否继续调整电机控制参数：当所述分数总和或加权和满足锁定条件时，所述控制参数被锁定，不再调整；当所述分数总和或加权和满足解锁条件时，所述控制参数的调整才能继续进行；当所述控制参数允许调整时，调速单元150采用PID方法调节所述控制参数，控制与驱动单元160根据所述调速单元150调节后的控制参数向无刷电机170的各相线圈施加驱动电压。

如图2所示，根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的权重，将权重与转速差值的绝对值设置为呈正比关系，绝对值越小，权重越小；绝对值越大，权重越大；考虑到实际过程的计算溢出问题，为权重设置一个上限。根据所设置的权重，计算所述时间内所述转速差值绝对值结合加权和，据此来设置所述锁定条件和解锁条件：所述锁定条件可以是所述加权和小于所设定的第一数值1；所述解锁条件可以是所述加权和大于所设定的第二数值2；所述第一数值1小于所述第二数值2。

如图3所示，根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数，将分数与转速差值的绝对值设置为呈反比关系，绝对值越小，分数越大；绝对值越大，分数越小。为计算方便，图3中根据转速差值的绝对值大小设置了6种分数，当绝对值超过一定数值时，分数为零。根据所设置的分数，计算所述时间内所述转速差值绝对值的分数总和，据此来设置所述锁定条件和解锁条件：所述锁定条件可以是所述分数总和大于所设定的第三数值3；所述解锁条件可以是所述分数总和小于所设定的第四数值4；所述第三数值3大于所述第四数值4。

优选的，所述检测单元130可以通过位置传感器或无位置传感器方法获得电机转子的位置信息，进而获取电机的当前转速。

以及，所述控制参数包括电机线电压；在使用脉冲宽度调制（PWM）技术时，所述电机线电压与所施加PWM信号的占空比成比例。

对于所述调速单元150，可以包括所述目标转速与当前转速差值的比例、积分和微分计算单元中的部分或全部，根据所述计算单元计算结果的加权和更新所述控制参数，从而使得所述当前转速逐渐达到所述目标转速。

本发明实施例二提供了一种无刷电机闭环调速方法，如图4所示，包括：

步骤210，获取电机的目标转速和当前转速；

步骤220，记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；

步骤230，根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内所述转速差值的分数总和或加权和；

步骤240，根据所述分数总和或加权和决定是否继续调整电机控制参数：当所述分数总和或加权和满足锁定条件时，所述控制参数被锁定，不再调整；当所述分数总和或加权和满足解锁条件时，所述控制参数的调整才能继续进行；

步骤250，当允许对所述控制参数进行调整时，调节电机的控制参数，使所述当前转速逐渐接近所述目标转速;当不允许对所述控制参数进行调整时，保持控制参数不变。

步骤240中对控制参数是否锁定的判断，可参照图2和图3所给出的根据所述目标转速与当前转速差值的绝对值设置的权重和分数及其计算结果。即所设置的权重与转速差值的绝对值呈正比关系；以及，将所述锁定条件设定为加权和小于所设定的第一数值；将所述解锁条件设定为加权和大于所设定的数值第二数值；所述第一数值小于第二数值。或是将所设置的分数与转速差值的绝对值呈反比关系；以及，将所述锁定条件设定为分数总和大于所设定的第三数值；将所述解锁条件设定为分数总和小于所设定的第四数值；所述第三数值大于第四数值。

并且，所述步骤250中控制参数的调节可以采用PID方法；所述控制参数可以包括电机线电压；在使用PWM调制技术时，所述电机线电压与所施加PWM信号的占空比成比例。

综上，本发明记录一段时间内电机目标转速与当前转速及其差值，当转速差值的记录值满足一定条件时，锁定电机的控制参数，使电机转速避免因持续的参数调整而不稳。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件来实现，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。具体地，所述运算和控制部分都可以通络逻辑硬件实现，其可以是使用集成电路工艺制造出来的逻辑集成电路，本实施例对此不作限定。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷电机闭环调速装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取电机的目标转速；

检测单元，用于获取电机的当前转速；

记录单元，用于记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；

调速单元，用于根据所述目标转速和当前转速，调节电机控制参数，使所述当前转速逐步达到目标转速；

判断单元，用于根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内分数总和或加权和，并据此决定是否继续调整电机控制参数；

控制与驱动单元，用于根据所述电机控制参数向电机的各相线圈施加驱动电压。

2.根据权利要求1所述无刷电机闭环调速装置，其特征在于，所述控制参数包括电机线电压。

3.根据权利要求1所述无刷电机闭环调速装置，其特征在于，所述调速单元还包括目标转速与当前转速差值的比例计算单元、积分计算单元和微分计算单元中的部分或全部。

4.根据权利要求1所述无刷电机闭环调速装置，其特征在于，所述判断单元根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的权重，且所设置的权重与转速差值的绝对值呈正比关系。

5.根据权利要求1所述无刷电机闭环调速装置，其特征在于，所述判断单元根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数，且所设置的分数与转速差值的绝对值呈反比关系。

6.一种基于权利要求1所述无刷电机闭环调速装置的调速方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电机的目标转速和当前转速；

记录一段时间内所述目标转速与当前转速及其差值；

根据所述转速差值的绝对值大小设置不同的分数或权重，计算所述时间内分数总和或加权和；

根据所述分数总和或加权和决定是否继续调整电机控制参数：当所述分数总和或加权和满足锁定条件时，所述控制参数被锁定，不再调整；当所述分数总和或加权和满足解锁条件时，所述控制参数的调整才能继续进行；

当允许对所述控制参数进行调整时，调节电机的控制参数，使当前转速逐步达到目标转速；当不允许对所述控制参数进行调整时，保持所述控制参数不变。

7.根据权利要求6所述无刷电机闭环调速方法，其特征在于，所述控制参数包括电机线电压。

8.根据权利要求6所述无刷电机闭环调速方法，其特征在于，所述控制参数的调整采用PID方法。

9.根据权利要求6所述无刷电机闭环调速方法，其特征在于，所述方法还包括：

所设置的权重与转速差值的绝对值呈正比关系；

以及，设定第一数值和第二数值，且所述第一数值小于第二数值；将所述锁定条件设定为加权和小于第一数值，及将所述解锁条件设定为加权和大于数值第二数值。

10.根据权利要求6所述无刷电机闭环调速方法，其特征在于，所述方法还包括：

所设置的分数与转速差值的绝对值呈反比关系；

以及，设定第三数字和第四数字，且所述第三数值大于第四数值；将所述锁定条件设定为分数总和大于第三数值，及将所述解锁条件设定为分数总和小于第四数值。