CN110086382A - 无刷直流电机的控制方法、计算机装置以及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无刷直流电机的控制方法、计算机装置以及计算机可读存储介质，该方法包括：以预设转速驱动电机；获取电机的当前转速；判断当前转速是否未达到预设转速，若是，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比。计算机装置包括控制器，控制器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的无刷直流电机的控制方法。计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的无刷直流电机的控制方法。应用本发明可减少输入电压突变的影响，提高电机控制可靠度。

Description

无刷直流电机的控制方法、计算机装置以及计算机可读存储 介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体的，涉及一种无刷直流电机的控制方法，还涉及应用该无刷直流电机的控制方法的计算机装置，还涉及应用该无刷直流电机的控制方法的计算机可读存储介质。

背景技术

现有空调系统为了获得更高的能力能效，通常会采用效率更高的直流电机，如外置驱动的无刷直流电机。直流电机在运转过程中，母线电压除了需要克服转子转矩做功外，还需要克服转子线圈的反电动势，故电机转速越高时，则所需要的母线电压更高。

现有的空调外置驱动无刷直流电机的控制技术，在当前电机目标转速远大于当前母线电压能维持运行的最大转速时，如母线电压突然大幅度升高时，电机转速会突然升高至目标转速，引起相电流突增，并伴随着明显的呼呼声噪音，严重影响了用户体验。而且，母线电压大幅度跌落时，电机转速未及时修正而导致出现失步的现象。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可减少输入电压突变的影响，提高电机控制可靠度的无刷直流电机的控制方法。

本发明的第二目的是提供一种可减少输入电压突变的影响，提高电机控制可靠度的计算机装置。

本发明的第三目的是提供一种可减少输入电压突变的影响，提高电机控制可靠度的计算机可读存储介质。

为了实现上述第一目的，本发明提供的无刷直流电机的控制方法包括：以预设转速驱动电机；获取电机的当前转速；判断当前转速是否未达到预设转速，若是，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比。

由上述方案可见，本发明的无刷直流电机的控制方法在当前转速未达到预设转速时，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比，可自适应调整PWM驱动信号的占空比，可消除电压大幅度升高时电机可能产生的噪音，同时也可避免电压大幅度升高时可能会产生的电机相电流突增等问题，进而提高器件的可靠性，降低了电机过流保护的概率。另外，也可以降低母线电压大幅度跌落时电机可能出现失步的概率，提高电机控制可靠度。

进一步的方案中，判断当前转速是否未达到预设转速的步骤包括：判断预设转速与当前转速的差值绝对值是否大于误差转速，若是，则确认当前转速未达到预设转速。

由此可见，在判断当前转速是否未达到预设转速时，若预设转速与当前转速的差值绝对值大于误差转速，则认为未达到预设转速。通过设定误差转速进行判断，可避免进行频繁的调整PWM驱动信号，减少对电机损耗。

进一步的方案中，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比的步骤还包括：获取当前检测电压；判断当前检测电压减去上一检测电压的差值是否大于预设波动电压，若是，则保持预设转速对应的预设幅度增加PWM驱动信号的占空比。

由此可见，当前检测电压减去上一检测电压的差值是否大于预设波动电压时，则说明当前的输入电压有实质性的增大，由于更大的电压理论上能支持电机运转在比当前实际转速更高的转速上，因此，电机的转速还处于上升期，则需保持当前预设幅度进行PWM驱动信号的占空比的调整，使电机的转速逐步增加。

进一步的方案中，在判断上一检测电压减去当前检测电压的差值是否大于预设波动电压的步骤后，方法还包括：若当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则判断上一检测电压减去当前检测电压的差值是否大于预设波动电压，若是，则重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整PWM驱动信号的占空比。

由此可见，在判断上一检测电压减去当前检测电压的差值大于预设波动电压时，则说明当前的输入电压有实质性的减小，实际电机转速就可能会受输入电压的影响而降低转速，此时需要以当前输入电压做为基准，且重新检测电机转速，然后再次修正PWM驱动信号的占空比，进而减小电机失步故障的概率。

进一步的方案中，若当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则判断重新获取当前检测电压的次数是否超过预设次数，若是，则重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整PWM驱动信号的占空比。

由此可见，为了提高控制的准确性，在检测电压的变化状态时，若上、下两个时刻的电压值发生了微小的变化，但未达到母线电压波动值，则在预设次数后可以跳出电压检测步骤，重新设置电压基准，检测当前实际运行转速，根据当前转速调整PWM驱动信号的占空比。

进一步的方案中，获取当前检测电压的步骤包括：连续获取当前时刻对应第一预设时长的检测电压，对第一预设时长内所采集的所有检测电压进行平均处理，将得到的检测电压平均值作为当前检测电压。

由此可见，通过对第一预设时长内所采集的所有检测电压进行平均处理得到当前检测电压，可以减小电压波动造成的影响。

进一步的方案中，在获取当前检测电压的步骤前，方法还包括：判断上一次调整PWM驱动信号的占空比后的时长是否达到预设时长，若是，则执行获取当前检测电压的步骤。

由此可见，在上一次调整PWM驱动信号的占空比后的时长达到预设时长时，在进行下一检测电压的获取并进行判断，可使得预设时长内电机可以达到恒转速，电机转速的变化较为平缓，提高用户体验，同时，减少采样、运算的工作量，减小功耗。

进一步的方案中，检测电压包括交流电源输入端的输入电压或IPM驱动电路输入端的输入电压。

由此可见，检测电压可以是不同的输入电压，可提高检测的灵活性。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供计算机装置包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的控制方法的步骤。

为了实现本发明的第三目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的无刷直流电机的控制方法的步骤。

附图说明

图1是应用本发明无刷直流电机的控制方法的一个电机控制电路原理图。

图2是应用本发明无刷直流电机的控制方法的另一个电机控制电路原理图。

图3是本发明无刷直流电机的控制方法实施例的流程图。

图4是本发明无刷直流电机的控制方法实施例中根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比步骤的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的无刷直流电机的控制方法是应用在设置有电机控制电路的设备中的计算机程序，例如，应用在空调器、电冰箱中等。如图1所示，电机控制电路包括主控电路1、IPM驱动电路2、电压采样电路3、电流采样电路4、整流电路5、直流无刷电机6以及交流输入端UAC，IPM驱动电路2、电压采样电路3和电流采样电路4均与主控电路1电连接，交流输入端UAC与整流电路5的输入端电连接，整流电路5的输出端与IPM驱动电路2的输入端电连接，主控电路1向IPM驱动电路2发送PWM驱动信号，IPM驱动电路2根据PWM驱动信号驱动直流无刷电机6，电压采样电路3获取IPM驱动电路2的输入端的输入电压，电流采样电路4获取IPM驱动电路2的输入端的输入电流。此外，参见图2，电压采样电路3除了可以采集IPM驱动电路2的输入端的输入电压外，还可采集交流输入端UAC的输入电压。电机控制电路的电路结构为本领域技术人员公知的电路结构，在此不再赘述。

本发明的无刷直流电机的控制方法应用在电机控制电路的主控电路1上，用于实现对无刷直流电机的控制。本发明还提供一种计算机装置，该计算机装置包括控制器，控制器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的无刷直流电机的控制方法的步骤。本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的无刷直流电机的控制方法的步骤。

无刷直流电机的控制方法实施例：

本发明的无刷直流电机的控制方法是应用在电机控制电路中的应用程序，用于实现对无刷直流电机的控制。

参见图3，无刷直流电机的控制方法在进行电机的控制时，首先执行步骤S1，以预设转速驱动电机。主控电路1收到电机启动命令后，需按照驱动指令中的预设转速作为目标运行。在开始运行时，会先以一个初始占空比输出PWM驱动信号控制IPM驱动电路2中的上、下桥臂的IGBT开关工作，从而控制电机的初始速度。初始占空比可根据实际情况调整，本实施例中，初始占空比设置为10％。预设转速是由预先设定的转速或当前环境对应的系统程序设定的转速。

在驱动电机后，执行步骤S2，获取电机的当前转速。在获取当前转速时，根据获取电流检测电路所采样的电流，通过滑模观测器算法来估算出转子的位置角θ、位置角变化量Δθ及时间间隔Δt，进而估算出转子的角速度ω，从而得出电机实际转速，通过滑模观测器算法计算电机实际转速为本领域技术人员公知的技术，在此不再赘述。

在获得当前转速后，执行步骤S3，判断当前转速是否未达到预设转速。为了能够根据当前转速实时调整PWM驱动信号的占空比，需要判断当前转速是否未达到预设转速。

本实施例中，判断当前转速是否未达到预设转速的步骤包括：判断预设转速与当前转速的差值绝对值是否大于误差转速，若是，则确认当前转速未达到预设转速。由于电机在实际运行中会受到电压、摩擦力等因素的影响，因此，实际的转速与预设转速之间会存在一定的差异，预设转速与当前转速的差值绝对值处于误差范围内，则认为当前转速到达预设转速。预设转速与当前转速的差值绝对值大于误差转速时，则认为当前转速未达到预设转速。

在执行步骤S3时，若判断当前转速达到预设转速，则返回执行步骤S2，保存当前转速，并不断检测当前转速，以便确认当前转速是否未达到预设转速。若判断当前转速未达到预设转速时，执行步骤S4，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比。在确认当前转速未达到预设转速时，为了使当前转速能够适应当前输入电压所对应的占空比，需根据电压的变化状态实时调整PWM驱动信号的占空比。

参见图4，在根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比时，首先执行步骤S41，获取当前检测电压。其中，当前检测电压包括交流电源输入端UAC的输入电压或IPM驱动电路2输入端的输入电压。获取当前检测电压的步骤包括：连续获取当前时刻对应第一预设时长的检测电压，对第一预设时长内所采集的所有检测电压进行平均处理，将得到的检测电压平均值作为当前检测电压。通过对第一预设时长内所采集的所有检测电压进行平均处理得到当前检测电压，可以减小电压波动造成的影响。

获得当前检测电压后，执行步骤S42，判断当前检测电压减去上一检测电压的差值是否大于预设波动电压。其中，预设波动电压一般需要根据电解电容容量、整机负荷、实际测试情况而定。例如，若当前检测电压检测的是交流电源输入端UAC的输入电压，电网电压的电压波动范围一般±20％以内，预设波动电压可设置为正常电压的20％。

若当前检测电压减去上一检测电压的差值大于预设波动电压，则执行步骤S43，保持预设转速对应的预设幅度增加PWM驱动信号的占空比。其中，上一检测电压是电压采样电路上一次获取到的检测电压。上一检测电压与当前检测电压的间隔时长为第二预设时长，第二预设时长可根据实际需要进行设置。当前检测电压减去上一检测电压的差值大于预设波动电压，则说明当前的输入电压有实质性的增大，由于更大的电压理论上能支持电机运转在比当前实际转速更高的转速上，因此，电机的转速还处于上升期，则需保持当前预设幅度进行PWM驱动信号的占空比的调整，使电机的转速逐步增加。预设幅度可根据实际情况调整，设置的越小，转速调整时，转速变化越小，风量变化小，电机相电流会越平滑，但是预设幅度也不宜过小，如果预设幅度过小，调整到预设转速所需时间会过长。本实施例中，预设幅度设置为5％。

若当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则执行步骤S44，判断上一检测电压减去当前检测电压的差值是否大于预设波动电压。当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则说明说明当前的输入电压没有实质性的增大，需要进一步判断当前的输入电压是否有实质性变小或没有实质性变化。

在判断上一检测电压减去当前检测电压的差值大于预设波动电压时，则执行步骤S45，重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整PWM驱动信号的占空比。在判断上一检测电压减去当前检测电压的差值大于预设波动电压时，则说明当前的输入电压有实质性的减小，实际电机转速就可能会受输入电压的影响而降低转速，此时需要以当前输入电压作为基准，且重新检测电机转速，然后再次修正PWM驱动信号的占空比，进而减小电机失步故障的概率。在根据重新获取的当前转速调整PWM驱动信号的占空比时，以预设幅度减小PWM驱动信号的占空比。

若当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则执行步骤S46，判断重新获取当前检测电压的次数是否超过预设次数。当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于预设波动电压，则说明当前的输入电压没有实质性变化，则可保持当前PWM驱动信号的占空比驱动电机，并进行下一时刻检测电压获取且判断下一时刻的输入电压是否有实质性变化。本实施例中，预设次数为连续N次，N可根据实际情况确定，当应用要求恒转速时，N可以选值较大，当应用对转速变化要求快速响应时，N可以选值较小。

若判断重新获取当前检测电压的次数没有超过预设次数时，则执行步骤S41，继续获取下一时刻的当前检测电压，判断下一时刻的输入电压是否有实质性变化。当判断重新获取当前检测电压的次数超过预设次数时，则执行步骤S45，重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整PWM驱动信号的占空比。

计算机装置实施例：

本实施例的计算机装置包括控制器，控制器执行计算机程序时实现上述无刷直流电机的控制方法实施例中的步骤。

例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由控制器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。

计算机装置可包括，但不仅限于，控制器、存储器。本领域技术人员可以理解，计算机装置可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

例如，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制器可以是微控制器或者该控制器也可以是任何常规的控制器等。控制器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。

存储器可用于存储计算机程序和/或模块，控制器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。例如，存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音接收功能、声音转换成文字功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、文本数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

计算机可读存储介质实施例：

上述实施例的无刷直流电机的控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，实现上述无刷直流电机的控制方法实施例中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被控制器执行时，可实现上述无刷直流电机的控制方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

由上述可知，本发明的无刷直流电机的控制方法在当前转速未达到预设转速时，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比，可自适应调整PWM驱动信号的占空比，可消除电压大幅度升高时电机可能产生的噪音，同时也可避免电压大幅度升高时可能会产生的电机相电流突增等问题，进而提高器件的可靠性，降低了电机过流保护的概率。另外，也可以降低母线电压大幅度跌落时电机可能出现失步的概率，提高电机控制可靠度。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机的控制方法，其特征在于：包括：

以预设转速驱动电机；

获取所述电机的当前转速；

判断所述当前转速是否未达到所述预设转速，若是，根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

所述判断所述当前转速是否未达到所述预设转速的步骤包括：

判断所述预设转速与所述当前转速的差值绝对值是否大于误差转速，若是，则确认所述当前转速未达到所述预设转速。

3.根据权利要求1或2所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

所述根据检测电压的变化状态逐步调整PWM驱动信号的占空比的步骤还包括：

获取当前检测电压；

判断所述当前检测电压减去上一检测电压的差值是否大于预设波动电压，若是，则保持所述预设转速对应的预设幅度增加PWM驱动信号的占空比。

4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

在所述判断上一检测电压减去所述当前检测电压的差值是否大于预设波动电压的步骤后，所述方法还包括：

若所述当前检测电压减去所述上一检测电压的差值小于或等于所述预设波动电压，则判断所述上一检测电压减去所述当前检测电压的差值是否大于所述预设波动电压，若是，则重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整所述PWM驱动信号的占空比。

5.根据权利要求4所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

在所述判断所述当前检测电压减去上一检测电压的差值是否大于所述预设波动电压的步骤后，所述方法还包括：

若所述当前检测电压减去上一检测电压的差值小于或等于所述预设波动电压，则判断重新获取当前检测电压的次数是否超过预设次数，若是，则重新获取当前转速，并根据重新获取的当前转速调整所述PWM驱动信号的占空比。

6.根据权利要求4所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

所述获取当前检测电压的步骤包括：

连续获取当前时刻对应第一预设时长的检测电压，对第一预设时长内所采集的所有检测电压进行平均计算处理，将得到的检测电压平均值作为所述当前检测电压。

7.根据权利要求4所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

所述上一检测电压与所述当前检测电压的间隔时长为第二预设时长。

8.根据权利要求1或2所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：

所述检测电压包括交流电源输入端的输入电压或IPM驱动电路输入端的输入电压。

9.一种计算机装置，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的无刷直流电机的控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被控制器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的无刷直流电机的控制方法的步骤。