CN1093507A

CN1093507A - 单相感应电动机的控制方法及装置

Info

Publication number: CN1093507A
Application number: CN93118123A
Authority: CN
Inventors: 孙炳守; 金珥经
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1993-08-17
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2013-08-17
Also published as: CN1043395C; FR2694849B1; TW332947B; FR2694849A1; KR0153456B1; US5446360A; KR940004935A; JPH06197583A

Abstract

利用适当控制方式来控制单相感应电动机，在驱动时，使过调节和正常状态的误差极小，在过度状态中，输出宽的速度输出的单相感应电动机的控制方法和装置。方法包括：算出从由控制电动机的信号输入所设定的标准模式输出的异常位置信号同由位置检测电路从电动机检测出的位置信号的误差；把算出的误差根据适当规则变换成控制系数之后，控制上述电动机。控制装置包括：交流零闭合电路，位置检测电路，存储器，微机，驱动电路。

Description

本发明涉及主要使用在家用家电产品中的单相感应电动机的控制方法及装置，特别是涉及通过利用适当的控制方式来对单相感应电动机进行控制，驱动时过调节和正常状态的误差极小，在过度状态中，输出宽的速度输出的单相感应电动机及装置。

通常，单相感应电动机比例结构简单、价廉，而且由于家庭用电源是单相的，而广泛使用在家用产品中。

因此，单相感应电动机在转子停止时，虽然由于定子线圈随交流的交变磁场在转子导条中流过电流，但由于二者的轴是一致的，就不会在转子上产持转矩，所以就必须要强制地产生起动转矩。

通过用于这样起动的装置，分类为分相起动型、电容起动型、补偿线圈型等，而强制地产生起动转矩来进行起动，在起动时，就有非常难于进行精密控制的问题。特别是，与直流电动机相比，就有非常难于模拟的问题，在低速时就更加难于控制。

因此，近来，在家电产品中使用单相感应电动机而进行控制时，上述单相感应电动机大多使用简单的通/断控制方式或者用于精密控制的PDI控制方式。

为了使性能更好，把电动机的速度进行相当细致的分割来进行控制，在上述PDI控制方式时，通过加速度来求出PDI系数，在电动机起动时，由于难于去掉过调节与正常状态的误差等，就有在过度状态中不能进行控制的缺点。

因此，本发明的目的是：把相似于单相感应电动机的理想传递函数数学地设定为标准模式，通过进行电动机的位置（或速度）跟踪标准模式的适当控制方式，在电动机起动时，使过调节与正常状态的误差极小，就能在过度状态中得到稳定的速度输出。

为了实现上述目的，本发明具有以下特征：通过与电动机相同或相似的数学传递数设定标准模式，把由位置检测电路从电动机检测的电动机的实际速度同根据模式的速度相比较来进行误差检测，把该检测出的误差作为进行适当控制的适当控制正确系数来控制电动机的驱动。

下面对根据本发明的一个实施例，来对照附图进行详细描述。

本发明的控制装置（如图1所示）包括：交流零闭合电路20，检测加到电动机10上的交流电源的120H₂闭合点;位置检测电路30，从上述电动机10上检测每一转N个输出脉冲;存储器40，存储根据上述电动机10的速度特性的适当规则程序;微机50内部的间断控制器52;通过上述交流零闭合电路20的输出在间断发生瞬间输出零闭合信号01，通过上述位置检测电路30的输出在间断发生时进行间断辅助程序，进行计数。一但计数为N就输出预定信号02;第一计时器54a，通过上述间断控制器52的输出02测定电动机10的一转所需时间并输出01;CPV56，输入从上述第一计时器54a输入01的每一转时间来计算电动机的速度，由该计算出的速度，由存储了适当规则的上述存储器，通过运算控制后，进行输出;第二计时器54b，换算成相应于从CPU56进行运算控制处理的运算结果的计数，由交流零闭合电路20的输出，在间断发生瞬间，由间断控制器52的输出，通过I/O口58输出对其的信号“1”;和驱动电路60，通过从上述第二计时器54b输出的信号来控制电动机10的速度。

在上述中，根据存储在存储器40中速度特性的适当规则程序是适应于由电动机的实际速度特性数学地检测出的标准模式来控制电动机的速度的程序。

为了从上述第二计时器54b输出“1”的信号，外部I/D口58和第二计时器54b通过“或”门连接，其可以根据微机的种类在内部进行，对不能进行内部处理的微机也可以在微机外部进行“或”门处理。

一但电源加到根据如上述构成的本发明的控制装置上，首先，通过以微机初始化状态从位置检测电路30输入的间断信号，来进行间断辅助程序，每1个脉冲进行1次计数。

一但计数成为与预定的1转脉冲数N相同，该间断辅助程序就通知第一计时器54a电动机转了一转。其中，上述电动机10的旋转由霍尔传感器等检测，电动机10的一转所产生的脉冲数N取决于安装在电动机10的轴上的能够由霍尔传感器检测的磁体的个数。

在上述第一计数器54a中，检测1转的时间，输出给CPU56，上述CPU根据从第一计时器54a输出的1转时间求出转速，把转速存储到存储器40中。

然后，上述CPU56把存储在存储器40中的电动机10的实际速度同标准速度相比较，求出速度差，算出用于补偿相对于标准速度的速度差的控制系数，通过驱动电路60来控制电动机10。即，由CPU56计算出的速度差换算成根据第二计时器54b内部频率的计数，在第二计时器54b中，计数那样的频率换算成“1”的相位角控制信号，通过外部I/O58和驱动电路60输出给电动机10。

此时，在由外部I/O58所产生的相位角控制信号等待由交流零闭合电路20所产生的间断信号之后，一但间断信号被传送，变受到送到驱动电路中的间断辅助程序的影响，通过内部程序其也是可以的，有的微机在驱动电路前端需要简单的电路。

换言之，每120H₂所产生的间断信号，通过适当控制，把预算后的相位角的延迟时间送到第二计时器54b中，决定是否传送计数后的信号。

在微机中，一边连续每120H₂而反复进行上述过程，一边传送控制信号，因此，如图4所示，在电动机驱动时，过调节和正常状态的误差被极小化了，就在过度状态中输出宽的速度输出。在图2中，标准模式100是数学地设定与电动机20相同或相似的理想传递函数。通过控制电动机20的信号输入，从上述设定的标模式100输出的理想位置信号（或旋转信号）由比较器10同由电动机20的位置检测电路30检测出的位置信号（或旋转信号）相比较来算出误差。

上述算出的误差由适当规则120变换成控制系数130，该控制系数就是控制电动机20的原理。

根据本发明的控制方法，如图3所示的流程图，包括：间断指定阶段S301，在进行初始化阶段S300中，进行用于进行相对于从零闭合电路20和位置检测电路30输出的间断信号的间断辅助程序的间断矢量设定;基准速度输入阶段S302，输入所希望的速度（其中，所希望的速度由用户指定或者由内部和谐指定为适合环境的速度）;电动机驱动阶段S303，由从上述基准速度输入阶段S302输入的信号来驱动电动机;电动机旋转判断阶段S304，由间断信号和间断辅助程序判断在上述电动机驱动阶段S303中电动机旋转了一转;速度判别阶段S305，由上述电动机旋转判断阶段S304检测1转时间不检测1转速度，并储存所检测的速度;速度比较阶段306，比较在上述速度判别阶段S305所存储的速度与基准速度，算出速度差;控制系数算出阶段S307，算出用于补偿相对于上述速度比较阶段S306的基准速度的速度差的控制系数;电动控制阶段S308，由从上述控制系数算出阶段S307算出的控制系数来驱动电动机。

通过进到间断指定阶段301，由在位置检测电路30中检测的间断信号来进行间断辅助程序，以指定矢量。

接着，通过进到基准速度输入阶段S302，输入电动机10的基准速度;在电动机驱动机阶段S303，一但驱动了电动机10，由位置检测电路30，把来自旋转驱动的电动机10的根据速度的脉冲输入到间断控制器52中，进行间断辅助程序，进行每一脉冲一次的计数。

上述间断辅助程序，一但成为与预先指定计数的1转脉冲数N相同，就经达把电动机转了一转通知第一计时器54a的电动机旋转判断S304。

在速度判别阶段S305中，由上述电动机旋转判断阶段S304检测1转时间来检测1转速度，储存所检测的速度。

在速度比较阶段S306中，把上述速度判别阶段S305中存储的电动机10的实际速度同基准速度相比较，求出速度差。

在控制系数算出阶段S307中，算出用于补偿相对于来自上述速度比较阶段S306的基准速度的速度差的控制系数。

即，所计算的速度换算成根据第2计时器54b的内部频率的计数，在上述第2计时器54b中。上述计数那样的频率换算成“1”的相位角控制信号，通过外部I/O58输出。

在电动机控制阶段S308中，由从上述控制系数算出阶段S307算出的控制系数驱动电动机。

此时，根据外部I/D（亻）的相位角控制信号等待根据交流零闭合电路20的间断信号之后，一但间断信号被传送，就受到送到驱动电路的间断辅助程序的影响。其也可以是通过内部程序进行，有的微机驱动电路的前端需要简单的电路。

一但对其进行一次说明，每120H₂所产生的间断信号，把由适当控制所计算约相位角那样和延迟时间送入第2计时器，决定是否传送进行计数的信号。

在微机中，一边连续地重复每120H₂的上述过程一边传送控制信号。

因此，如图4所示，在电动机驱动时，过调节和正常状态的误差极小，在过度状态中输出宽的速度输出。

为了如上述发明的适当控制，如图2所示，必须没定理想的标准模式100，该标准模式100应该具有相似于电动机20的传递函数，所以电动机的模拟是必要的。

如果说明该模拟过程，是按下面那样：

第一、检查在施加120V或220V的状态下到达最高速度的时间。

第二、检查成为最高速度的63%的时间而定为时间常数C，如下式所示。（通常，尽管单相感应电动机使用霍尔传感器那样的位置检测器，但如果检查该霍尔传感器的脉冲数就能容易地求出）。

G(S)= (b)/(S+τ^-1) ……（3-1）

（其中，b是任意相数）。

第三、把上式3-1变换成微分方程式。

(d)/(dt) （yd（t）+τ^-1×yd（t）＝b·U……（3-2）

其中，U作为输入电压，在120V时决定为120，在220V时决定为220。求出上式的解，把初始值t＝0时yd＝0，最终值t＝20时yd＝到达速度代入而求任意相数b。

其中，yd表示所希望的速度，为了模式仅具有电动机的时间常数和额定速度而简单地使用模拟式，如果知道电动机的各部分，就能进行简单的模拟。在不知道电动机各部分的情况下，检查到达最高速度的时间，就能容易地进行模拟。

如果假定模拟式为3-1并进行Z变换，则是下式：

G(Z)= (bz)/(Z-e^-τ^-1dt) = (yd(z))/(V) ……（3-3）

其中：如果使用一般的模式，在dt的代入中应该加入取样间隔T，而在该系统的情况下，没有取样间隔，由于1转至半转中所需时间分别不同而存在，则把其定义为dt。

假定，在希望调节系统的固定时间时，则调节标准模式的时间常数。如果相对yd整理式3-3，可得下式：

yd（k）＝e^-τ^-1dt·yd（k-1）+b·U……（3-4）

（其中，dt是每转的时间间隔）

在该工中，在U为120时，输出时间变化模式的最高速度，在希望减小所希望的最终速度时，与U成比例来减小。

基准输入U同时根据控制机K_c的值相乘而输入到电动机的控制输入，对应于该K_c的误差变化率应当与结果、时间所对应的K_c的变化率成比例，适当规则应该设计为下式：

(dKc)/(dt) ＝-K·Err· (dErr)/(dKc) ……（3-5）

其中，K是适当增益、Err代表yd-yp。

如上述的说明，本发明，在控制单相感应电动机中，由感应电动机的速度而从位置检测电路中检测速度信号，把该测信号数学地设定为相似于电动机的理想传递函数，通过跟踪标准模式所进行的适当控制方式的微机来控制电动机的速度或位置，使过调节与正常状态的误差极小，就有能得到宽的速度输出的效果。

虽然是对发明涉及的具体实施例进行了说明，但应该明白在该发明范围外的种种变型也是可以实施的。

图1是表示根据本发明的单相感应电动机的控制装置的方框图;

图2是概要地表示根据本发明的单相感应电动机的适当控制原理的方框图;

图3是根据本发明的单相感应电动机的适当控制流程图;

图4是根据本发明的单相感应电动机的旋转速度波形图。

其中，10：电动机 20：交流零闭合电路;30：间断控制器;40：存储器;50：微机;52：间断控制器;56：CPU;58：I/D口;60：驱动电路;100：标准模式;120：适当规则 130：控制系数。

Claims

1、单相感应电动机的控制方法，其特征在于，包括：第一阶段，算出通过控制电动机的信号输入而从上述设定的标准模式输出的异常位置信号与由来自上述电动机的位置检测电路所检测出的位置信号的误差；和，第二阶段，在由适当规则把从上述第一阶段算出的误差变换成控制系数之后，控制上述电动机。

2、根据权利要求1所述的单相感应电动机的控制方法，其特征在于，标准模式数学地设定电动机的异常传递函数。

3、根据权利要求1或2所述的单相感应电动机的控制方法，其特征在于，第一阶段包括：间断指定阶段，在进行了初始化阶段之后，进行用于进行对于从零闭合电路和位置检测电路输入的间断信号的间断辅助程序的间断矢量设定;

基准速度输入阶段，输入所希望的速度;

电动机驱动阶段，由从上述基准速度输入阶段输入的信号来驱动电动机;

电动机旋转判断阶段，在上述电动机驱动阶段中，由间断信号和间断辅助程序来判断电动机是否旋转;

速度判别阶段，由上述电动机旋转判断阶段检测旋转时间从而检测旋转速度，存储所检测的速度;

速度比较阶段，比较在上述速度判别阶段所存储的速度与基准速度，算出速度差。

4、根据权利要求1或2所述的单相感应电动机的控制方法，其特征在于，第二阶段包括：控制系数算出阶段，算出用于补偿对于上述速度比较阶段中基准速度的速度差的控制系数;和电动机控制阶段，由从上述控制系数阶段算出的控制系数来驱动电动机。

5、单相感应电动机的控制装置，其特征在于，包括：交流零闭合电路，检测施加到电动机上的交流电源的闭合点;

位置检测电路，检测上述电动机的旋转;

存储器，存储根据上述电动机速度特性的适当规则程序;

微机，由上述交流零闭合电路的输出和上述位置检测电路的输出计算电动机的旋转，由该计算的速度，由存储适当规则的上述存储器，进行运算控制处理后，输出;

驱动电路，由从上述微机输出的信号控制电动机的速度。

6、根据权利要求5所述的单相感应电动机的控制装置，其特征在于，包括：

微机内部的间断控制器，在间断发生瞬间由上述交流零闭合电路的输出来输出零闭合信号，由上述位置检测电路的输出，在间断每发生时，进行间断辅助程序，进行计数，一但计数成为预定值，就输出预定的信号;

第1计数器，由上述间断控制器的输出测定电动机的旋转时间并输出;

CPU，输入从上述第1计时器输出的旋转时间并计算电动机的旋转速度，由该计算出的速度，由存储了适当规则的存储器，进行运算控制之后，输出;

第2计时器，换算成相当于从上述CPU进行运算控制处理的计算结果的计数，把对应于其那样的信号，由交流零闭合电路的输出，在间断发生瞬间，由间断控制器的输出，通过I/D口输出。

7、根据权利要求4或5所述的单相感应电动机的控制装置，其特征在于，根据存储在存储器中的速度特性的适当规则程序是适应于由电动机的实际速度特性数学地计算出的标准模式，进行电动机速度控制的程序。