CN110011574B - 一种吸尘器电机减速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸尘器电机减速方法，当需要停机减速时，松开吸尘器的工作开关，单片机接收到减速信号，进入到减速模式；此时，单片机判断电机转速是否为零，如果不为零，单片机控制电机控制器输出一个负向转矩使电机减速，即目标转矩电流iq为负，当iq是负时，三相永磁同步电机工作在发电状态，此时，母线电压上升，当母线电压高于电池电压时对电池充电；如果电机转速为零，则吸尘器停止工作。该方法可大大缩短减速时间，即缩短噪音持续的时间，可改善用户体验。同时可将电机减速时的动能，转化为电能给电池充电，从而增加吸尘器的使用时间。

Description

一种吸尘器电机减速方法
技术领域
本发明涉及吸尘器电机控制技术领域，特别是涉及一种吸尘器电机减速方法。
背景技术
当前吸尘器中越来越多地采用三相永磁同步电机，目前吸尘器电机减速方法都是滑行自由减速，由于减速时间较长，噪音会一直持续到电机速度为0，用户会听到较长时间的噪音，体验不好。
现有技术中，当需要停机减速时，一般常见的有两种减速方法：第一种方法是直接关闭开关管，软件停止对电机的控制，电机自然减速。该方法减速时电机中无电流，电机动能全部靠摩擦阻力消耗掉，该方法减速较慢。第二种方法是零矢量刹车的方法，即将下桥臂三个开关管打开，使电机相线断路。该方法减速时电机相线中电流从大到小，电流的大小与速度成正比。电机动能一部分靠摩擦阻力消耗掉，由于电机中有电流流过，所以另一部分动能转化为电机发热。减速时间虽然比第一种方法短，但是减速时间仍然较长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种吸尘器电机减速方法。
电机的运行包括正常模式和减速模式，正常模式，就是单片机采集母线电压和母线电流以计算出实际功率，并与目标功率进行比较，从而通过电机控制器调节电机的转速；减速模式是指当松开吸尘器的工作开关后，减速的同时将电机上的动能存储到电池内的工作模式。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种吸尘器电机减速方法，包括三相永磁同步电机、电机控制器和电池，所述电机控制器包括单片机，单片机是电机控制器的主控芯片，所述电机控制器的“母线电压”和“母线电流”等于电池的电压和电流；
还包括以下步骤：
S1：根据采用的三相永磁同步电机、电机控制器和电池参数特性，确定电池充电的目标电压V和目标电流矢量幅值A；
S2：当需要停机减速时，松开吸尘器的工作开关，单片机接收到减速信号，进入到减速模式；此时，单片机判断电机转速是否为零，如果不为零，单片机控制电机控制器输出一个负向转矩使电机减速，即目标转矩电流iq为负，当id是负时，三相永磁同步电机工作在发电状态，此时，母线电压上升，当母线电压高于电池电压时对电池充电；如果电机转速为零，则吸尘器停止工作。
在步骤S2的减速模式中，单片机在每个采样周期内采集实际母线电压V1，将实际母线电压V1与目标电压V进行比较，以分配目标转矩电流iq和目标励磁电流id，目标转矩电流iq和目标励磁电流id分配可以由下式表示：
iq＝-Asin(a)
id＝Acos(a)
其中，
Figure BDA0002025974330000021
其中，Kp是比例系数，Ki是积分系数，这两个系数需要通过实验获得，将这两个值设置不同的参数组合，然后观察母线电压和电机相电流是否稳定，最终选取最合适的两个值。
将目标转矩电流iq和目标励磁电流id作为电机正常模式下的输入量，由电机控制器输出目标转矩电流iq和目标励磁电流id到电机上，且目标转矩电流iq与电机正转的驱动电流方向相反，从而实现电机的减速以及电池的充电。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种吸尘器电机减速方法，可大大缩短减速时间，即缩短噪音持续的时间，可改善用户体验。同时该方法可将电机减速时的动能，转化为电能给电池充电，从而增加吸尘器的使用时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明电机控制器的逆变部分示意图。
图2是矢量控制算法原理图。
图3是减速算法框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，是本发明的一种吸尘器电机控制器的逆变部分示意图，包括三相永磁同步电机、供电电池和电机控制器，电机控制器上的单片机控制6个开关管有规律地开关使电机运转。电机控制器的“母线电压”“母线电流”等于电池的电压和电流。
如图2所示，为电机正常运行时的矢量控制算法，该算法是常见的。该算法的输入是目标扭矩电流id和目标励磁电流iq，电机正常稳定工作时，该控制算法中id恒为0，iq由目标功率减去实际功率，得到的差值经过比例积分pi运算得到。目标功率由用户决定，实际功率由母线电压乘以母线电流得到，母线电压和母线电流由单片机AD采样得到。
如图3所示，本发明的一种吸尘器电机减速方法，以表贴式三相永磁同步电机为例，其电磁转矩公式为：
te＝1.5pλiq (1)
其中，P为电机极对数；λ永磁体磁链幅值，是常数；iq为转矩电流。
由公式(1)可知，在静止状态，若iq为正，则电机输出正向转矩，电机正转；若iq为负，则电机输出负向转矩，电机反转。若在电机正转过程中，施加负的iq，则电机会受到负向的转矩，则电机会减速。
若在电机正转时，想让电机快速停止，就需要输出负向转矩，即iq需要是负值，当iq是负时，电机实际上是工作在发电机状态，会导致母线电压上升，iq是负的值越大，母线电压上升得越多，上升得太高就会损坏电池和电机控制器，所以要控制iq，不能使其为负的太多。
当吸尘器确定后，其采用的三相永磁同步电机、电机控制器和电池等硬件的参数也是确定，因此，可以确定电池充电的目标电压V和目标电流矢量幅值A，本实施例中由于电池的电压为25V，因此，目标电压V＝25V，目标电流矢量幅值A＝30A。
当需要停机减速时，松开吸尘器的工作开关，单片机接收到减速信号，进入到减速模式；此时，单片机判断电机转速是否为零，如果不为零，单片机控制电机控制器输出一个负向转矩使电机减速，即目标转矩电流iq为负，当iq是负时，三相永磁同步电机工作在发电状态，此时，母线电压上升，当母线电压高于电池电压时对电池充电；如果电机转速为零，则吸尘器停止工作。
电机相电流幅值不能太大，否则电流太大会损坏电机和控制器。减速过程中，希望电机相电流一直在硬件允许的最大值Imax(如30A)，这样尽可能多地将电机动能转化为电机的热能。
电机相电流幅值
Figure BDA0002025974330000051
为了满足母线电压不能太高的要求，iq可能不会到Imax，这时我们就增大id，使电机相电流幅值达到Imax。
在步骤S2的减速模式中，单片机在每个采样周期内采集实际母线电压V1，采样周期由硬件以及客户精度需求决定，优选的采样周期为2ms，将实际母线电压V1与目标电压V进行比较，以分配目标转矩电流iq和目标励磁电流id，目标转矩电流iq和目标励磁电流id分配可以由下式表示：
iq＝-Asin(a)
id＝Acos(a)
其中，
Figure BDA0002025974330000052
其中，Kp是比例系数，Ki是积分系数，这两个系数需要通过实验获得，将这两个值设置不同的参数组合，然后观察母线电压和电机相电流是否稳定，最终选取最合适的两个值。
将目标转矩电流iq和目标励磁电流id作为电机正常模式下的输入量，由电机控制器输出目标转矩电流iq和目标励磁电流id到电机上，且目标转矩电流iq与电机正转的驱动电流方向相反，从而实现电机的减速以及电池的充电。
α角度没有具体意义，只是决定了iq与id的分配比例。角度限制在0～90度范围内，若iq绝对值不够大时，就使id大一些，保证电机相电流一直在最大值。
当实际母线电压<目标电压时，比例积分pi会增大角度α，对sin来说，角度α越大，sin值越大，这样iq部分会增多；对cos来说，角度α越大，cos值越小，iq部分会变少。
当实际母线电压>目标电压时，比例积分pi会减小角度α，对sin来说，角度α越小，sin值越小，iq部分会变少；对cos来说，角度α越小，cos值越大，这样id部分会增多。
这里使用角度、sin、cos进行iq、id的分配，是利用了这个原理：
Figure BDA0002025974330000061
其中α是角度，无论α是任何值，这个式子都成立。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种吸尘器电机减速方法，其特征在于：包括三相永磁同步电机、电机控制器和电池，所述电机控制器包括单片机，所述电机控制器的“母线电压”和“母线电流”等于电池的电压和电流；
还包括以下步骤：电池的电压为V，
S1：根据采用的三相永磁同步电机、电机控制器和电池参数特性，确定电池充电的目标电压V和目标电流矢量幅值A；
S2：当需要停机减速时，松开吸尘器的工作开关，单片机接收到减速信号，进入到减速模式；此时，单片机判断电机转速是否为零，如果不为零，单片机控制电机控制器输出一个负向转矩使电机减速，即目标转矩电流iq为负，当iq是负时，三相永磁同步电机工作在发电状态，此时，母线电压上升，当母线电压高于电池电压时对电池充电；如果电机转速为零，则吸尘器停止工作；
在步骤S2的减速模式中，单片机在每个采样周期内采集实际母线电压V1，将实际母线电压V1与目标电压V进行比较，以分配目标转矩电流iq和目标励磁电流id，目标转矩电流iq和目标励磁电流id分配可以由下式表示：
iq＝-Asin(a)
id＝Acos(a)
其中，
Figure FDA0002715334420000011
其中，Kp是比例系数，Ki是积分系数，A是目标电流矢量幅值；
将目标转矩电流iq和目标励磁电流id作为电机正常模式下的输入量，由电机控制器输出目标转矩电流iq和目标励磁电流id到电机上，且目标转矩电流iq与电机正转的驱动电流方向相反，从而实现电机的减速以及电池的充电。
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