CN106487281A - 一种控制高压电机pwm输出的软件启动方法 - Google Patents

一种控制高压电机pwm输出的软件启动方法 Download PDF

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董少阳
赵元平
谢卫
刘正军
苏二峰
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Abstract

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法。在高压电机的控制中，在电机开始运动的一瞬间就会产生比较大的电机绕组电流，有可能烧坏电机和硬件电路板。深究原因，是因为在电机开始运动的一瞬间PWM输出过大导致的。本发明提供了一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法，在电机开始运动的过程中，如果当前电机的霍尔速度小于固定的阈值，则对PWM逐步进行增加，否则进入正常的控制逻辑。软件启动的PWM可以建立起电机相当电势，从而降低绕组电流，进一步保护电机。在实现软启动的时候，还可以增加电机指令和当前位置的差在一定范围内的判断条件，从而进一步防止电机的抖动。

Description

一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，具体涉及一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法。
背景技术
电机控制一直以来都是控制工程中经典的工程应用，对于高压电机的控制也越来越多的出现在工程项目当中。高压电机的控制中，由于过高的电压，在电机运动过程中难免会出现过大的电流毛刺，如果电流毛刺出现的频次高、持续的时间长，则通常都会烧坏电机或硬件控制电路板。如何降低大的电流毛刺，甚至避免大的电流毛刺就成为亟待解决的问题。
通常人们都会考虑从硬件方面入手，如控制芯片的选型、输出电路的优化、电路板材料的优化等，都可以降低电流的毛刺。在软件中，同样也可以对高压电机控制过程中的电流毛刺进行优化处理。
图1的回路是普通电机的控制模式，没有考虑高压电机开始运动的时刻可能产生的大的电流毛刺。在普通的电机控制回路中，电机刚开始运动的时候通常计算的PWM输出都是最大的，这时候电机都是全速启动加速，对于高压电机来说，突然从静止到全速运动的状态，就会导致电机的绕组电流过大，从而产生大的电路毛刺。大的电流毛刺如果持续的时间长、数值大，则可能会烧坏电机或硬件电路板。
在软件的控制过程中，PWM输出控制作为软件和电机交互的桥梁，如何对PWM进行优化处理，则成为避免大的电流毛刺的关键。经过分析得知，电机在启动的一瞬间，通过控制回路计算出的PWM往往都是最大的，也就是说在电机启动的瞬间，电机应该是全速运动的。而电机从静止到全速运动的状态转变，是最容易产生大的电路毛刺。如果能使得舵机启动时的PWM缓缓的增加至最大值，则电机的运动不会瞬间加速到最大，那么在一定程度上就可以降低、甚至避免这个大的电流毛刺，从而进一步保护电机和硬件电路板。
在此条件下，需要提出一种方法，能够在高压电机开始运动的瞬间，使得PWM输出缓慢增加，从而降低或避免大的电流毛刺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法，能够对电机在启动阶段的损害降低。
本发明的控制高压电机PWM输出的软件启动方法，包括以下步骤：
步骤1.设定霍尔速度阈值σ，阈值的范围设定为4.5～8.5度/秒，计算当前电机的霍尔速度，如果霍尔速度小于阈值σ，则转入步骤2，否则转入步骤4；
步骤2.对电机的PWM进行递增，递增的幅度和步长根据需求来设定；
步骤3.设定门限阈值ρ，门限阈值ρ的范围设为0.7～2.5度，计算电机的位置指令和电机当前位置的差值，差值如果小于门限阈值ρ，则将步骤2中递增的PWM直接作为步骤5的输入，否则进入步骤4；
步骤4.通过位置、速度或电流进行反馈控制，计算出正常回路的PWM；
步骤5.输出PWM，进行电机的控制，完成整个的高压电机启动控制过程。
对于参数σ的选择，σ越小，高压电机PWM输出的软件启动方法维持的时间越短，反之则越大。
对于参数ρ的选择，ρ越小，高压电机PWM输出的软件启动方法计算的PWM输出时间越短，反之则最大。
采用本发明的软件启动方法，在电机启动的瞬间可以减小甚至避免电流毛刺，从而保护电机或硬件电路板。
附图说明
图1是现有电机PWM输出控制的流程示意图；
图2是针对高压电压，使用本发明进行集成后的处理流程示意图。
具体实施方式
在高压电机的控制回路中，如图2所示，在高压电机控制的初始时刻，首先要计算电机的霍尔速度，电机霍尔速度大小可以反映舵机当前运行的状态。如霍尔速度小，则表明电机刚开始或即将结束运动，霍尔速度大，则表明电机加速运动。所以计算的当前电机霍尔速度小于某一个阈值，可看作是电机刚刚开始运动或即将结束运动，由于电机结束运动的时候，正常控制回路计算的PWM本来就越来越小，在电机结束运动的时刻电流毛刺不是很明显，故本发明的主要作用就是减小或者避免在电机开始运动时刻产生大的电流毛刺。
如果当前的霍尔速度小于固定的阈值，则进行PWM的逐步递增，这时候正常的控制回路也在计算PWM，只是在位置指令和电机位置的差值小于固定的阈值ρ的时候，都会输出逐步递增的PWM。但是电机在即将停止运动时，电机的霍尔速度也可能小于阈值ρ，而此时如果采用递增的PWM，电机就会出现抖动现象。当位置指令和电机的位置差值超过了某个阈值，则表明当前电机已经开始平稳的增速，那么很快霍尔速度就会增大，超过霍尔速度的判断门限σ，电机的控制则进入正常的控制逻辑中，输出正常控制回路计算的PWM。当电机即将结束运动，门限σ则可以防止电机停止时的抖动。
通过以上的实施过程，就可以实现控制高压电机，在电机开始运动的时刻减小或避免大的电流毛刺的效果，使得电机绕组电流不会过大，进而保证电机和硬件电路的安全。

Claims (1)

1.一种控制高压电机PWM输出的软件启动方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.设定霍尔速度阈值σ，阈值的范围设定为4.5～8.5度/秒，计算当前电机的霍尔速度，如果霍尔速度小于阈值σ，则转入步骤2，否则转入步骤4；
步骤2.对电机的PWM进行递增，递增的幅度和步长根据需求来设定；
步骤3.设定门限阈值ρ，门限阈值ρ的范围设为0.7～2.5度，计算电机的位置指令和电机当前位置的差值，差值如果小于门限阈值ρ，则将步骤2中递增的PWM直接作为步骤5的输入，否则进入步骤4；
步骤4.通过位置、速度或电流进行反馈控制，计算出正常回路的PWM；
步骤5.输出PWM，进行电机的控制，完成整个的高压电机启动控制过程。
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