CN105570175A - 一种风机恒风量电机驱动控制方法 - Google Patents

一种风机恒风量电机驱动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风机恒风量电机驱动控制方法，确定Duty0、N0、I0、CFM0，保持Duty0不变，将风道口截面积进行堵塞；初始截面积为S0，有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的Nx、Ix、CFMx；得出无调速基准参考曲线；通过调节Dutyx使得CFMx恒等于CFM0，得到当前Nx、Ix、Dutyx；得出恒风量调节基准曲线；首先将Dutyx设置成Duty0，测出Nx、Ix；根据无调速基准参考曲线和恒风量调节基准曲线，将占空比修正为Dutyx，使得出风口风量CFMx恒等于CFM0。该控制方法在无传感器反馈的条件下，实现对风机的恒风量的智能控制，提高了电机控制的可靠性。

Description

一种风机恒风量电机驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种风机或泵，尤其涉及一种风机恒风量电机驱动控制方法。
背景技术
目前市场在风机应用中，通常都是将风机的转速控制为某个恒定转速，以达到控制流量的目的，但是由于风道的多样性，在再加上空气湿度、气压的变化，恒转速控制往往有一定的局限性。而且控制电源一般都采用带霍尔传感器的结构和逻辑控制方式来实现对风机风量的控制。
为了实现恒风量控制，一些技术方案在控制系统内设置位置传感器或是采用逻辑控制方式来实现对风机风量的控制。这些方法不仅对位置传感器的性能要较高的依赖性，而且增加硬件成本，还会因为位置传感器的失效带来失败的风险。无位置传感器的恒风量控制方法越来越受到风机厂商们亲睐。
因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种采用无霍尔换向传感器的方式来实现对电机的控制，且控制精度高、调速响应快的风机恒风量电机驱动控制方法。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种风机恒风量电机驱动控制方法，包括以下步骤：
(1)确定在风道通畅的正常状态下电机绕组PWM占空比初始值Duty0、风道口的出风量CFM0，同时确定当前电机转速N0和/或电机电流I0；
(2)保持电机绕组PWM占空比初始值Duty0不变，将风道口按比例进行堵塞；风道口初始截面积为S0，堵塞后的有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的出风口风量CFMx、电机转速Nx和/或电机电流Ix；以风道口堵塞面积比Sx/S0为横坐标，将出风口风量CFMx、电机转速Nx和/或电机电流Ix分别设为纵坐标，得出电机无调速状态下风道堵塞和电机运行参数、风量变化曲线，即无调速基准参考曲线，并存储于电机存储模块内；
(3)通过调节占空比Dutyx使得在不同Sx值下CFMx恒等于CFM0，得到占空比Dutyx、当前电机转速Nxx和/或电机电流Ix；以Sx/S0为横坐标，占空比Dutyx、电机转速Nxx和/或电机电流Ix分别设为纵坐标，得出恒风量调节基准曲线，并存储于电机存储模块内；
(4)电机启动后，将占空比Dutyx设置成初始值Duty0，测得电机转速Nx和/或电机电流Ix；根据存储模块内的无调速基准参考曲线得到出风口堵塞比例Sx/S0，判断风机出风口是否处于“堵塞”状态；
(5)根据出风口堵塞比例Sx/S0查询存储模块内的恒风量调节基准曲线，得到所需的电机绕组PWM占空比Dutyx，并将当前电机的占空比修正为Dutyx，使出风口风量CFMx恒等于CFM0。
其中，所述电机转速Nx由电机内运算模块测得电机的瞬时转速，或利用转速检测器直接测得电机转速。
优选的，所述电机电流Ix通过在被检测回路中串联电阻，将电流信号转化为电压信号，利用电机运算单元检测电压值后进行换算测得，或利用电流传感器、电流互感器直接检测。
进一步，所述出风口风量CFMx通过采用测风机直接测得。
再者，所述步骤(3)中采用比例积分的算法来实现占空比Dutyx的调节。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
1、该控制方法采用无霍尔换向传感器的方式来实现对电机的控制，实现对风机的恒风量的智能控制，且有效地降低了设备成本，且提高了电机控制的可靠性；
2、该风机通过实时监测参数电机电流和电机转速，对比参数电机占空比实现电机恒风量的双闭环控制，提高了电机的响应速度、控制精度以及平稳性和准确性；
3、该控制方法可随着管网压力和室内负荷变化，自动调节风机转速，保证出风量的恒定，提高室内环境的舒适度，同时可以降低能耗，实现节能；即因风机在长期使用中，风道滤网会逐渐积累尘埃，使得出风不畅，该恒风量控制方法可以检测到由于风口堵塞造成有效面积的减少，自动调节占空比，保证出风量的恒定不变。
4、该控制方法集成于单片机上，使得电机的运行不受电线长度的影响。
5、风机的适用范围广，不受安装场所、高度的影响，甚至不受空气湿度、温度等外部因素干扰；其次用户可自定义适宜的风量，可适应不同人群的要求，使用方便。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：主要通过监测电机转速Nx等参数来实现风机恒风量电机的驱动控制，其控制方法包括以下步骤：
(1)确定在风道通畅的正常状态下电机绕组PWM占空比初始值Duty0、风道口的出风量CFM0、当前电机转速N0，其中，PWM为PulseWidthModulation，脉冲宽度调制的简称。
(2)保持电机绕组PWM占空比初始值Duty0不变，将风道口按比例进行堵塞；风道口初始截面积为S0，堵塞后的有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的出风口风量CFMx、电机转速Nx；以风道口堵塞面积比Sx/S0为横坐标，将出风口风量CFMx、电机转速Nx分别设为纵坐标，得出电机无调速状态下风道堵塞和电机运行参数、风量变化曲线，即两条无调速基准参考曲线，并存储于电机存储模块内；
(3)通过调节占空比Dutyx使得在不同Sx值下CFMx恒等于CFM0，得到占空比Dutyx、当前电机转速Nxx；以Sx/S0为横坐标，占空存储比Dutyx、电机转速Nxx分别设为纵坐标，得出两条恒风量调节基准曲线，并存储于电机存储模块内；
(4)电机启动后，将占空比Dutyx设置成初始值Duty0，测得电机转速Nx；根据存储模块内的无调速基准参考曲线得到出风口堵塞比例Sx/S0，判断风机出风口是否处于“堵塞”状态；
(5)根据出风口堵塞比例Sx/S0查询存储模块内的恒风量调节基准曲线，得到所需的电机绕组PWM占空比Dutyx，并将当前电机的占空比修正为Dutyx，使出风口风量CFMx恒等于CFM0。
实施例2：主要通过监测电机电流Ix等参数来实现风机恒风量电机的驱动控制，其控制方法包括以下步骤：
(1)确定在风道通畅的正常状态下电机绕组PWM占空比初始值Duty0、风道口的出风量CFM0、当前电机电流I0，其中，PWM为PulseWidthModulation，脉冲宽度调制的简称。
(2)保持电机绕组PWM占空比初始值Duty0不变，将风道口按比例进行堵塞；风道口初始截面积为S0，堵塞后的有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的出风口风量CFMx、电机电流Ix；以风道口堵塞面积比Sx/S0为横坐标，将出风口风量CFMx、电机电流Ix分别设为纵坐标，得出电机无调速状态下风道堵塞和电机运行参数、风量变化曲线，即两条无调速基准参考曲线，并存储于电机的存储模块内；
(3)通过调节占空比Dutyx使得在不同Sx值下CFMx恒等于CFM0，得到占空比Dutyx、当前电机电流Ix；以Sx/S0为横坐标，占空比Dutyx、电机电流Ix分别设为纵坐标，得出两条恒风量调节基准曲线，并存储于电机的存储模块内；
(4)电机启动后，将占空比Dutyx设置成初始值Duty0，测得电机电流Ix；根据存储模块内的无调速基准参考曲线得到出风口堵塞比例Sx/S0，判断风机出风口是否处于“堵塞”状态；
(5)根据出风口堵塞比例Sx/S0查询存储模块内的恒风量调节基准曲线，得到所需的电机绕组PWM占空比Dutyx，并将当前电机的占空比修正为Dutyx，使出风口风量CFMx恒等于CFM0。
实施例1、2的控制方法采用无霍尔换向传感器的方式来实现对电机的控制，实现对风机的恒风量的智能控制，且有效地降低了设备成本，且提高了电机控制的可靠性。采用数据比拟的方式不断的与存储模块中的数据进行比较，可以时刻监控风机的参数变化，为风机的恒风量提供可靠数据。风机内置驱动模块会根据检测得出的数据进行快速的参数调节，从而达到反应灵敏的效果。控制系统不会受到外部因素的干扰，比如：磁场、辐射、噪音、震动、高温、高压、潮湿等恶劣环境。
实施例3：主要通过同时监测电机电流Ix和电机转速Nx等参数来实现风机恒风量电机的驱动控制，其控制方法包括以下步骤：
(1)确定在风道通畅的正常状态下电机绕组PWM占空比初始值Duty0、电机转速N0、电机电流I0、风道口的出风量CFM0；其中，PWM为PulseWidthModulation，脉冲宽度调制的简称。
(2)保持电机绕组PWM占空比初始值Duty0不变，将风道口按比例进行堵塞；风道口初始截面积为S0，堵塞后的有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的电机转速Nx、电机电流Ix、出风口风量CFMx；以风道口堵塞面积比Sx/S0为横坐标，将电机转速Nx、电机电流Ix、出风口风量CFMx分别为纵坐标，得出电机无调速状态下的风道堵塞和电机参数、风量变化曲线，即三条无调速基准参考曲线，并存储于电机内；此时CFMx随着Sx而不断变化，并不恒等于CFM0，也即处于“非恒风量”状态。
(3)为了确保CFMx恒等于CFM0，则需根据Sx的变化，其中外部改变因素，则可通过Nx，Ix的调速基准参考曲线进行关联和监测。通过调节关键参量电机绕组PWM占空比Dutyx改变Nx，而Nx直接决定最终CFMx和Ix的大小，其中Ix为过程监测参量，进而达到调整CFMx，使得CFMx趋于恒等于CFM0；通过调节Dutyx使得在不同Sx值下CFMx恒等于CFM0，得到当前电机转速Nx、电机电流Ix、占空比Dutyx；以Sx/S0为横坐标，Nx、Ix、Dutyx分别为纵坐标，得出三条恒风量调节基准曲线，并存储于电机内；
(4)电机启动后，将占空比Dutyx设置成初始值Duty0，测出电机转速Nx、电机电流Ix；根据电机内存储的无调速基准参考曲线，判断风机出风口是否处于“堵塞”状态，并得到出风口堵塞比例Sx/S0；
(5)根据出风口堵塞比例Sx/S0查询单片机内的恒风量调节基准曲线，得到所需的电机绕组PWM占空比Dutyx，并将当前电机的占空比修正为Dutyx，使出风口风量CFMx恒等于CFM0。
其中，电机的控制采用MCU单片机，将以Sx/S0为横坐标，无调速基准参考曲线和恒风量调节基准曲线，共计6条曲线，采用查表的方式进行控制。
若外部的出风口堵塞比例Sx/S0发生改变，而此时Dutyx保持不变的话，则电机转速Nx、电机电流Ix均会出现偏离恒风量调节基准曲线的情况。根据查表和检测到的电机转速Nx、电机电流Ix值，进行结果判断，再根据恒风量调节基准曲线，自动将Dutyx调整成新值。上述实施例中，电机转速Nx由电机内运算模块测得电机的瞬时转速，或利用转速检测器直接测得电机转速。其中电机内包括单片机、定时器和增量式光电编码器，电机通过三者结合实现电机瞬时转速的测量。
电机电流Ix通过在被检测回路中串联电阻，将电流信号转化为电压信号，利用电机运算单元检测电压值后进行换算测得，当电流流过时，在电阻两端产生压降，将电流信号转化为电压信号，对该电压信号进行处理变换，输入到单片机中微处理器的A/D单元，完成检测的目的。电机电流也可直接利用电流传感器、电流互感器直接检测。
出风口风量CFMx通过采用测风机直接测得。步骤(3)中采用比例积分的算法来实现占空比Dutyx的调节。
整个过程中，电机转速Nx和电机电流Ix作为实时检测参量、绕组占空比Dutyx作为比对参量，依据恒风量调节基准曲线查表，通过3个参量(Nx、Ix、Dutyx)进行比对，判断“Sx/S0”是否发生改变。为了保证电机转速的平滑调节，针对Dutyx的输出和调节时，均采用了比例积分(PI)的算法。此时，风机通过实时监测参数电机电流和电机转速，对比参数电机占空比实现电机恒风量的双闭环控制，提高了电机的响应速度、控制精度以及平稳性和准确性。调节PWM占空比控制电机，性能稳定，参数不会大浮动漂移，控制灵敏迅速。通过曲线比拟的方式进行不断的比较计算，得到最佳的输出效果，性能稳定。解决传统意义上的安装恒风量调节器直接控制风量或者通过检测网管阻力，或者风道内压力的变化来控制转速达到恒风量效果。

Claims (5)

1.一种风机恒风量电机驱动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定在风道通畅的正常状态下电机绕组PWM占空比初始值Duty0、风道口的出风量CFM0，同时确定当前电机转速N0和/或电机电流I0；
(2)保持电机绕组PWM占空比初始值Duty0不变，将风道口按比例进行堵塞；风道口初始截面积为S0，堵塞后的有效通风截面积为Sx，分别得出不同Sx值下的出风口风量CFMx、电机转速Nx和/或电机电流Ix；以风道口堵塞面积比Sx/S0为横坐标，将出风口风量CFMx、电机转速Nx和/或电机电流Ix分别设为纵坐标，得出电机无调速状态下风道堵塞和电机运行参数、风量变化曲线，即无调速基准参考曲线，并存储于电机存储模块内；
(3)通过调节占空比Dutyx使得在不同Sx值下CFMx恒等于CFM0，得到占空比Dutyx、当前电机转速Nxx和/或电机电流Ix；以Sx/S0为横坐标，占空比Dutyx、电机转速Nxx和/或电机电流Ix分别设为纵坐标，得出恒风量调节基准曲线，并存储于电机存储模块内；
(4)电机启动后，将占空比Dutyx设置成初始值Duty0，测得电机转速Nx和/或电机电流Ix；根据存储模块内的无调速基准参考曲线得到出风口堵塞比例Sx/S0，判断风机出风口是否处于“堵塞”状态；
(5)根据出风口堵塞比例Sx/S0查询存储模块内的恒风量调节基准曲线，得到所需的电机绕组PWM占空比Dutyx，并将当前电机的占空比修正为Dutyx，使出风口风量CFMx恒等于CFM0。
2.根据权利要求1所述的风机恒风量电机驱动控制方法，其特征在于：所述电机转速Nx由电机内运算模块测得电机的瞬时转速，或利用转速检测器直接测得电机转速。
3.根据权利要求1所述的风机恒风量电机驱动控制方法，其特征在于：所述电机电流Ix通过在被检测回路中串联电阻，将电流信号转化为电压信号，利用电机运算单元检测电压值后进行换算测得，或利用电流传感器、电流互感器直接检测。
4.根据权利要求1所述的风机恒风量电机驱动控制方法，其特征在于：所述出风口风量CFMx通过采用测风机直接测得。
5.根据权利要求1所述的风机恒风量电机驱动控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用比例积分的算法来实现占空比Dutyx的调节。
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