CN106208840A - 控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制系统及控制方法，其中，所述控制系统包括：电源控制器、主控制器、功率驱动模块及位置检测单元，其中，所述电源控制器向所述主控制器及所述功率驱动模块提供电压；所述主控制器控制所述功率驱动模块的功率输出；所述功率驱动模块向一电机输出功率；所述位置检测单元通过检测所述电机的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机转子转动过程中的位置及所述电机转子的初始位置提供给所述主控制器。从而可以无需使用霍尔位置传感器，即避免了对于位置传感器的使用，由此也可以提高相应电动工具的稳定性。

Description

控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电动工具控制技术领域，特别涉及一种控制系统及控制方法，具体地，涉及一种基于直流无刷电机的控制系统和控制方法，尤其地，涉及一种应用于角磨机的控制系统和控制方法。

背景技术

电动工具界流行的传统的角磨机通常采用交流串激电机作为角磨机的动力输出，存在寿命短(一般100小时～300小时)、扭力小、效率低、体积大等主要缺点。但是，众所周知的，若采用直流无刷电机控制换向，则需要实时采集转子所在的角度位置，一般使用霍尔位置传感器进行转子位置检测。而这也将提高角磨机的成本，增大了电极的体积，也即增大了角磨机的体积，进一步的，降低了角磨机的稳定性。因此，提供一种无位置传感器的控制系统成了本领域技术人员需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制系统及控制方法，以避免位置传感器的使用。

为此，本发明提供一种控制系统，所述控制系统包括：电源控制器、主控制器、功率驱动模块及位置检测单元，其中，

所述电源控制器向所述主控制器及所述功率驱动模块提供电压；

所述主控制器控制所述功率驱动模块的功率输出；

所述功率驱动模块向一电机输出功率；

所述位置检测单元通过检测所述电机的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机转子转动过程中的位置及所述电机转子的初始位置提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制系统中，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的每一相进行电阻分压后与该三相电的中心点进行比较后，得出三相相电压的反电势过零点。

可选的，在所述的控制系统中，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的反电势过零点延时一定电角度得到所述电机的换向时序，并将所述换向时序提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制系统中，所述主控制器根据接收的所述换向时序控制所述功率驱动模块的功率输出。

可选的，在所述的控制系统中，所述位置检测单元通过检测具有凸极效应的电机两相间的电感量获取所述电机转子的初始位置。

可选的，在所述的控制系统中，所述控制系统还包括电流采样单元，所述电流采样单元获取通过所述电机的电流，并将所述电机的电流提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制系统中，所述主控制器根据接收的所述电机的电流控制所述功率驱动模块的扭矩和/或电流输出。

可选的，在所述的控制系统中，所述电流采样单元为多个采样电阻组成的采样电路或者电流采样集成芯片。

可选的，在所述的控制系统中，当所述电流采样单元为多个采样电阻组成的采样电路时，其中，每个采样电阻的阻值为10毫欧～100毫欧。

可选的，在所述的控制系统中，所述控制系统还包括温度采样单元，所述温度采样单元获取所述电机的温度，并将所述电机的温度提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制系统中，所述主控制器根据接收的所述电机的温度控制所述功率驱动模块的功率输出。

可选的，在所述的控制系统中，所述功率驱动模块包括预驱模块和三相全桥模块，其中，所述预驱模块利用电荷泵实现电平转换以驱动三相全桥模块，所述三相全桥模块向所述电机提供三相电。

可选的，在所述的控制系统中，所述电源控制器将输入电源转换成第一电压及第二电压，其中，第一电压提供给所述主控制器，第二电压提供给所述功率驱动模块。

可选的，在所述的控制系统中，所述第一电压的电压值为4.5V～5.5V，所述第二电压的电压值为12V～15V。

可选的，在所述的控制系统中，所述控制系统用于控制角磨机。

本发明还提供一种上述控制系统的控制方法，所述控制方法包括：

电源控制器向主控制器及功率驱动模块提供电压；

所述主控制器控制所述功率驱动模块的功率输出；

所述功率驱动模块向一电机输出功率；

所述位置检测单元通过检测所述电机的三相相电压的反电势过零点获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机转子转动过程中的位置及所述电机转子的初始位置提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制方法中，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的每一相进行电阻分压后与该三相电的中心点进行比较后，得出三相相电压的反电势过零点。

可选的，在所述的控制方法中，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的反电势过零点延时一定电角度得到所述电机的换向时序，并将所述换向时序提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制方法中，所述主控制器根据接收的所述换向时序控制所述功率驱动模块的功率输出。

可选的，在所述的控制方法中，所述位置检测单元通过检测具有凸极效应的电机两相间的电感量获取所述电机转子的初始位置。

可选的，在所述的控制方法中，所述功率驱动模块向一电机输出功率之后，所述控制方法还包括：电流采样单元获取通过所述电机的电流，并将所述电机的电流提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制方法中，所述主控制器根据接收的所述电机的电流控制所述功率驱动模块的扭矩和/或电流输出。

可选的，在所述的控制方法中，所述功率驱动模块向一电机输出功率之后，所述控制方法还包括：温度采样单元获取所述电机的温度，并将所述电机的温度提供给所述主控制器。

可选的，在所述的控制方法中，所述主控制器根据接收的所述电机的温度控制所述功率驱动模块的功率输出。

可选的，在所述的控制方法中，电源控制器向主控制器及功率驱动模块提供电压包括：所述电源控制器将输入电源转换成第一电压及第二电压，其中，第一电压提供给所述主控制器，第二电压提供给所述功率驱动模块。

可选的，在所述的控制方法中，所述第一电压的电压值为4.5V～5.5V，所述第二电压的电压值为12V～15V。

在本发明提供的控制系统及控制方法中，位置检测单元通过检测电机的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，从而可以无需使用霍尔位置传感器，即避免了对于位置传感器的使用，由此也可以提高相应电动工具的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的控制系统的框结构示意图；

图2是本发明实施例的三相相电压的反电势过零点的检测电路示意图；

图3是本发明实施例的通过三相相电压的反电势过零点得到的换向时序与通过霍尔位置传感器得到的换向时序的对比图；

图4是本发明实施例的功率驱动模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种控制系统及控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，往往都采用了不同的比例。

本申请实施例提供了一种控制系统，其可用于控制角磨机等电动工具。具体的，请参考图1，其为本发明实施例的控制系统的框结构示意图。如图1所示，所述控制系统1包括：电源控制器10、主控制器11、功率驱动模块12及位置检测单元13，其中，所述电源控制器10向所述主控制器11及所述功率驱动模块12提供电压；所述主控制器11控制所述功率驱动模块12的功率输出；所述功率驱动模块12向一电机2输出功率；所述位置检测单元13通过检测所述电机2的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机2转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机2转子转动过程中的位置及所述电机2转子的初始位置提供给所述主控制器11。

相对传统交流串激电机控制的角磨机而言，本申请实施例使用上述控制系统1，即直流无刷电机作为角磨机的动力输出核心，无刷电机具有寿命高、转速高、效率高、同等功率体积小等特点。进一步的，使用直流无刷电机控制的角磨机的寿命普遍在1000小时以上，是传统交流串激电机控制的角磨机的3～5倍。其次，无刷电机的高转速再通过一定的减速齿轮传动比即可获得相对于交流串激电机更高的扭力。最后同等功率情况下，无刷电机的整体体积要比交流串激电机小1/3～1/2左右，可使使得角磨机更小巧，更方便人员操作。

相对使用霍尔位置传感器进行转子位置检测的直流无刷电机控制的角磨机而言，霍尔位置传感器是磁敏感元件，会受高温、雷击、静电、机械安装等多方面的影响而损坏；此外，通常需要三个霍尔位置传感器进行转子位置检测，一旦其中一个霍尔位置传感器受损，角磨机将无法正常运行。因此，基于直流无刷电机控制的角磨机中，通过位置检测单元检测电机转子转动过程中的位置以及初始位置，从而可以无需使用霍尔位置传感器，不仅省去了霍尔位置传感器及相应线路板的物料成本，又最大程度保障了角磨机的稳定性与可靠性。

在本申请实施例中，所述位置检测单元13通过对所述三相相电压的每一相进行电阻分压后与该三相电的中心点进行比较后，得出三相相电压的反电势过零点，具体可参考图2。如图2所示，三相电U、V、W经过分压电阻后输出为BEMFA、BEMFB、BEMFC，经过分压后的三相电BEMFA、BEMFB、BEMFC分别与三相电的中心点UVW_COM进行比较，从而得到三个反电势过零点。在此，所述三相相电压的反电势过零点延时30电角度左右即为通过霍尔位置传感器所得到的换向时序，即三相相电压的反电势过零点延时一定电角度，优选为30电角度，得到的换向时序与通过霍尔位置传感器所得到的换向时序相同，具体可参考图3。如图3所示，其中S1表示通过三相相电压的反电势过零点得到的换向时序，S2表示通过霍尔位置传感器所得到的换向时序。

在本申请实施例中，所述位置检测单元13将所述换向时序提供给所述主控制器11，所述主控制器11可根据接收的所述换向时序控制/调节所述功率驱动模块12的功率输出。

进一步的，所述位置检测单元13通过检测具有凸极效应的电机2两相间的电感量获取所述电机2转子的初始位置。从而保证了所获得的初始位置的准确性。

相应的，本申请实施例还提供一种上述控制系统1的控制方法，所述控制方法包括：

电源控制器10向主控制器11及功率驱动模块12提供电压；

所述主控制器11控制所述功率驱动模块12的功率输出；

所述功率驱动模块12向一电机2输出功率；

所述位置检测单元13通过检测所述电机2的三相相电压的反电势过零点获取所述电机2转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机2转子转动过程中的位置及所述电机2转子的初始位置提供给所述主控制器11。

具体的，所述电源控制器10向所述主控制器11及所述功率驱动模块12提供电压，以使得所述主控制器11及所述功率驱动模块12能够工作；所述位置检测单元13将通过检测所述电机2的三相相电压的反电势过零点以获取的所述电机2转子转动过程中的位置，通过检测具有凸极效应的电机2两相间的电感量获取所述电机2转子的初始位置，并将所述电机2转子转动过程中的位置及所述电机2转子的初始位置提供给所述主控制器11；所述主控制器11据此控制所述功率驱动模块12的功率输出，具体为控制PWM(脉冲宽度调制)输出换向时序；所述功率驱动模块12根据所述主控制器11的控制向所述电机2输出相应的功率；所述电机2在所述功率驱动模块12的驱动下工作。

请继续参考图1，在本申请实施例中，所述控制系统1还包括电流采样单元14，所述电流采样单元14获取通过所述电机2的电流，并将所述电机2的电流提供给所述主控制器11。由此，当流经所述电机2的电流过大时，所述主控制器11可控制所述功率驱动模块12的扭矩和/或电流输出以降低流经所述电机2的电流，从而避免所述电流过大导致所述电机2损坏等。进一步的，在角磨机等电动工具遇堵的情况下，也可以通过对所述电机2的电流的监控，提高所述功率驱动模块12的功率输出，进而实现角磨机1等电动工具的重新启动。

优选的，所述电流采样单元14为多个采样电阻组成的采样电路或者电流采样集成芯片。当所述电流采样单元14为多个采样电阻组成的采样电路时，其中，每个采样电阻的阻值为10毫欧～100毫欧，从而可以获取较高的采样精度，同时避免较大的损耗。其中，通过多个采样电阻实现电流的采样，由此，可以在方便、低成本下实现对于流经电机2的电流的采样；更进一步的，还可以实现所述控制系统1的多处电流的采样。

进一步的，所述控制系统1的动力控制系统还包括温度采样单元15，所述温度采样单元15获取所述电机2的温度，并将所述电机2的温度提供给所述主控制器。所述主控制器11根据接收的所述电机2的温度控制所述功率驱动模块12的功率输出。特别的，当所述电机2的温度过高时，所述主控制器11可以控制所述功率驱动模块12的功率输出为零(即所述功率驱动模块12不做功率输出)，从而避免所述电机2继续工作导致损坏或者其他事故，由此提高了角磨机等电动工具工作时的稳定性与可靠性。

在本申请实施例中，所述功率驱动模块12可包括两部分结构，预驱模块和三相全桥模块，所述预驱模块利用电荷泵实现电平转换以驱动三相全桥模块，所述三相全桥模块向所述电机2提供三相电。其中，所述预驱模块可以通过栅极驱动器实现，所述三相全桥模块可以通过晶体管实现。请参考图4，其为本发明实施例的功率驱动模块的结构示意图。

通常的，所述主控制器11和所述功率驱动模块12采用不同的输入电压。因此，在本申请实施例中，所述电源控制器10将输入电源转换成第一电压及第二电压，其中，第一电压提供给所述主控制器11，第二电压提供给所述功率驱动模块12。较佳的，所述主控制器11的输入电压为4.5V～5.5V，所述功率驱动模块12的输入电压为12V～15V，因此，在本申请实施例中，所述第一电压的电压值为4.5V～5.5V，所述第二电压的电压值为12V～15V。

综上可见，在本发明实施例提供的控制系统及控制方法中，位置检测单元通过检测电机的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，从而可以无需使用霍尔位置传感器，即避免了对于位置传感器的使用，由此也可以提高相应电动工具的稳定性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (26)

1.一种控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：电源控制器、主控制器、功率驱动模块及位置检测单元，其中，

所述电源控制器向所述主控制器及所述功率驱动模块提供电压；

所述主控制器控制所述功率驱动模块的功率输出；

所述功率驱动模块向一电机提供输出功率；

所述位置检测单元通过检测所述电机的三相相电压的反电势过零点以获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机转子转动过程中的位置及所述电机转子的初始位置提供给所述主控制器。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的每一相进行电阻分压后与该三相电的中心点进行比较后，得出三相相电压的反电势过零点。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的反电势过零点延时一定电角度得到所述电机的换向时序，并将所述换向时序提供给所述主控制器。

4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述换向时序控制所述功率驱动模块的功率输出。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述位置检测单元通过检测具有凸极效应的电机两相间的电感量获取所述电机转子的初始位置。

6.如权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流采样单元，所述电流采样单元获取通过所述电机的电流，并将所述电机的电流提供给所述主控制器。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述电机的电流控制所述功率驱动模块的扭矩和/或电流输出。

8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述电流采样单元为多个采样电阻组成的采样电路或者电流采样集成芯片。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，当所述电流采样单元为多个采样电阻组成的采样电路时，其中，每个采样电阻的阻值为10毫欧～100毫欧。

10.如权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括温度采样单元，所述温度采样单元获取所述电机的温度，并将所述电机的温度提供给所述主控制器。

11.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述电机的温度控制所述功率驱动模块的功率输出。

12.如权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述功率驱动模块包括预驱模块和三相全桥模块，其中，所述预驱模块利用电荷泵实现电平转换以驱动三相全桥模块，所述三相全桥模块向所述电机提供三相电。

13.如权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述电源控制器将输入电源转换成第一电压及第二电压，其中，第一电压提供给所述主控制器，第二电压提供给所述功率驱动模块。

14.如权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述第一电压的电压值为4.5V～5.5V，所述第二电压的电压值为12V～15V。

15.如权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统用于控制角磨机。

16.一种如权利要求1至15中任一项所述的控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

电源控制器向主控制器及功率驱动模块提供电压；

所述主控制器控制所述功率驱动模块的功率输出；

所述功率驱动模块向一电机输出功率；

所述位置检测单元通过检测所述电机的三相相电压的反电势过零点获取所述电机转子转动过程中的位置以及获取初始位置，并将所述电机转子转动过程中的位置及所述电机转子的初始位置提供给所述主控制器。

17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的每一相进行电阻分压后与该三相电的中心点进行比较后，得出三相相电压的反电势过零点。

18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述位置检测单元通过对所述三相相电压的反电势过零点延时一定电角度得到所述电机的换向时序，并将所述换向时序提供给所述主控制器。

19.如权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述换向时序控制所述功率驱动模块的功率输出。

20.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述位置检测单元通过检测具有凸极效应的电机两相间的电感量获取所述电机转子的初始位置。

21.如权利要求16至20中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述功率驱动模块向电机输出功率之后，所述控制方法还包括：电流采样单元获取通过所述电机的电流，并将所述电机的电流提供给所述主控制器。

22.如权利要求21所述的控制方法，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述电机的电流控制所述功率驱动模块的扭矩和/或电流输出。

23.如权利要求16至20中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述功率驱动模块向电机输出功率之后，所述控制方法还包括：温度采样单元获取所述电机的温度，并将所述电机的温度提供给所述主控制器。

24.如权利要求23所述的控制方法，其特征在于，所述主控制器根据接收的所述电机的温度控制所述功率驱动模块的功率输出。

25.如权利要求16至20中任一项所述的控制方法，其特征在于，电源控制器向主控制器及功率驱动模块提供电压包括：所述电源控制器将输入电源转换成第一电压及第二电压，其中，第一电压提供给所述主控制器，第二电压提供给所述功率驱动模块。

26.如权利要求25所述的控制方法，其特征在于，所述第一电压的电压值为4.5V～5.5V，所述第二电压的电压值为12V～15V。