CN110323975A - 轮毂电机的控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种轮毂电机的控制系统和控制方法，其中，控制系统包括：若干霍尔传感器、光电编码盘传感器和控制器，控制方法包括：驱动所述轮毂电机转子转动；获知所述霍尔传感器的霍尔状态；根据所述霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知所述轮毂电机转子的位置；根据所述轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动所述轮毂电机的控制信号。本发明提供了一种能够快速启动同时也在后继转动中精确控制的轮毂电机的控制系统和控制方法。

Description

轮毂电机的控制系统和控制方法

技术领域

本申请涉及一种轮毂电机的控制系统和控制方法。

背景技术

轮毂电机又称BLDC，是永磁同步电机中的一种，在控制算法上一般采用先进的矢量控制，效率高、精度高。由于价格低，功率密度大，轮毂电机在电动车、扭扭车、滑板车和机器人等领域有广泛的应用。

电机在产品应用中都需要使用特定的控制算法，去实现平稳起步，精准运行的效果。现在轮毂电机的启动算法主要有：霍尔传感器、无速度传感器和霍尔传感器加编码器三种。

霍尔传感器法就是只使用霍尔传感器去计算电机的初始角度，根据六步换相法，驱动电机稳定运行。由于霍尔传感器的位置固定，算法简单，在精度要求不高的行业内应用广泛，比如电动车、滑板车等。但是由于这种算法采用矩形波驱动，不仅存在转矩脉动，换向过程中的过零判断会导致电机控制精度下降。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种轮毂电机的控制系统和控制方法，以解决轮毂电机启动的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种轮毂电机的控制系统。

根据本申请的控制系统包括：

若干霍尔传感器，所述霍尔传感器的组合在所述轮毂电机的转子转动时具有六个相异的霍尔状态；

光电编码盘传感器，所述光电编码盘传感器在所述轮毂电机的转子处于不同转动位置时输出码盘信号；

控制器，用于驱动所述轮毂电机转子转动；获知所述霍尔传感器的霍尔状态；根据所述霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知所述轮毂电机转子的位置；根据所述轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动所述轮毂电机的控制信号。

进一步地，所述光电编码盘为增量式光电编码盘。

进一步地，所述霍尔传感器数目为3，采用相差120度电角度的方式进行安装。

进一步地，所述控制器通过所述光电编码盘传感器在每次停止所述轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；并在启动时驱动所述电子转子时，比较通过所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置与通过所述光电编码盘传感器记录的位置；如果位置不一致，则以所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置为准。

进一步地，在获知预设数量的所述霍尔状态之前，如果获知到所述光电编码盘传感器表示所述轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据所述光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动所述轮毂电机的信号。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种控制方法。

根据本申请的控制方法包括：

驱动所述轮毂电机转子转动；

获知所述霍尔传感器的霍尔状态；

根据所述霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知所述轮毂电机转子的位置；

根据所述轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动所述轮毂电机的控制信号。

进一步的，通过所述光电编码盘传感器在每次停止所述轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；

在启动时驱动所述电子转子时，比较通过所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置与通过所述光电编码盘传感器记录的位置；

如果位置不一致，则以所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置为准。

进一步地，在获知预设数量的所述霍尔状态之前，如果获知到所述光电编码盘传感器表示所述轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据所述光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动所述轮毂电机的信号。

在本申请实施例中，采用霍尔传感器和光电编码盘复合的方式，通过软启的方式，达到了快速启动且精确控制的目的，从而实现了精确启动轮毂电机的技术效果，进而解决了由于单一控制而造成控制不准的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的控制系统框图；和

图2是根据本申请一种实施例的控制方法步骤框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，轮毂电机的控制系统包括：若干霍尔传感器和若干光电编码盘以及控制器。其中，若干霍尔传感器构成一个能在转子旋转一周时输出不同电信号的整体，具体而言，霍尔传感器的组合在轮毂电机的转子转动时具有六个相异的霍尔状态。一般采用霍尔传感器驱动电机，通过这个六个霍尔状态即可输出驱动电机六个节拍的驱动信号，但是在本申请中，由于应用场景精度的需要，仅仅靠霍尔传感器精度不足以控制本申请的轮毂电机，但是通过这六个霍尔状态，可以获知转子的具体位置区间。

光电编码盘传感器用于精确控制，但是光编码盘在电机停转下电时，所记住的电机位置可能因为电机被反向拖动等而产生误差，如果仍按照原有的位置驱动电机则会产生故障。在本申请中，光电编码盘传感器在轮毂电机的转子处于不同转动位置时输出码盘信号。光电编码盘能实现电机电角度精确控制，但是其信号一旦受干扰或位置不准则会带控制的影响。

控制器用于驱动轮毂电机转子转动；获知霍尔传感器的霍尔状态；根据霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知轮毂电机转子的位置；根据轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动轮毂电机的控制信号。控制器通过向控制电路输出控制信号以控制轮毂电机的转动。

具体而言，控制器根据将要驱动方向先输出一个或几个驱动电机转动的驱动节拍，同时采集霍尔传感器的霍尔状态，再根据霍尔状态找到应当输出的对应当前位置的驱动节拍，然后再输出接下来的驱动节拍。于此同时，控制器采集光编码盘传感器的信号，当根据光电编码盘传感器的信号满足接下来控制需要，即能将光电编码盘的脉冲信号与电子转子的位置对应后，根据光电编码盘的信号进行驱动节拍的输出和控制。由于在启动之初，并不存在精确控制需要，但是一旦电机可以正常转动，即可以由光电编码盘的信号来主导精确控制。

作为具体的方案，光电编码盘为增量式光电编码盘。霍尔传感器数目为3，采用相差120度电角度的方式进行安装。

另外，控制器通过光电编码盘传感器在每次停止轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；并在启动时驱动电子转子时，比较通过霍尔传感器获知的轮毂电机转子的位置与通过光电编码盘传感器记录的位置；如果位置不一致，则以霍尔传感器获知的轮毂电机转子的位置为准。并且，在获知预设数量的霍尔状态之前，如果获知到光电编码盘传感器表示轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动轮毂电机的信号。

如图2所示，本申请的另一方面，该控制方法包括如下步骤：

驱动轮毂电机转子转动；

获知霍尔传感器的霍尔状态；

根据霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知轮毂电机转子的位置；

根据轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动轮毂电机的控制信号。

具体而言，通过光电编码盘传感器在每次停止轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；在启动时驱动电子转子时，比较通过霍尔传感器获知的轮毂电机转子的位置与通过光电编码盘传感器记录的位置；如果位置不一致，则以霍尔传感器获知的轮毂电机转子的位置为准。在获知预设数量的霍尔状态之前，如果获知到光电编码盘传感器表示轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动轮毂电机的信号。

作为一种优选方案，在轮毂电机的电流增大时，尤其是在电流增大的斜率值(单位时间增量)大于预设值时，控制器均需要执行一次或若干次上述方法。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮毂电机的控制方法，其特征在于：

所述轮毂电机包括若干霍尔传感器以使所述霍尔传感器的组合在所述轮毂电机的转子转动时具有六个相异的霍尔状态；

所述轮毂电机还包括光电编码盘传感器以使所述光电编码盘传感器在所述轮毂电机的转子处于不同转动位置时输出码盘信号；

所述轮毂电机的控制方法包括：

驱动所述轮毂电机转子转动；

获知所述霍尔传感器的霍尔状态；

根据所述霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知所述轮毂电机转子的位置；

根据所述轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动所述轮毂电机的控制信号。

2.根据权利要求1所述的轮毂电机的控制方法，其特征在于：

所述光电编码盘为增量式光电编码盘。

3.根据权利要求2所述的轮毂电机的控制方法，其特征在于：

所述霍尔传感器数目为3，采用相差120度电角度的方式进行安装。

4.根据权利要求3所述的轮毂电机的控制方法，其特征在于：

所述轮毂电机的控制方法包括：

通过所述光电编码盘传感器在每次停止所述轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；

在启动时驱动所述电子转子时，比较通过所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置与通过所述光电编码盘传感器记录的位置；

如果位置不一致，则以所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置为准。

5.根据权利要求4所述的轮毂电机的控制方法，其特征在于：

在获知预设数量的所述霍尔状态之前，如果获知到所述光电编码盘传感器表示所述轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据所述光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动所述轮毂电机的信号。

6.一种轮毂电机的控制系统，其特征在于:

所述控制系统包括：

若干霍尔传感器，所述霍尔传感器的组合在所述轮毂电机的转子转动时具有六个相异的霍尔状态；

光电编码盘传感器，所述光电编码盘传感器在所述轮毂电机的转子处于不同转动位置时输出码盘信号；

控制器，用于驱动所述轮毂电机转子转动；获知所述霍尔传感器的霍尔状态；根据所述霍尔状态以及霍尔传感器的变化获知所述轮毂电机转子的位置；根据所述轮毂电机转子的位置以及码盘信号输出驱动所述轮毂电机的控制信号。

7.根据权利要求6所述的轮毂电机的控制系统，其特征在于：

所述光电编码盘为增量式光电编码盘。

8.根据权利要求7所述的轮毂电机的控制系统，其特征在于：

所述霍尔传感器数目为3，采用相差120度电角度的方式进行安装。

9.根据权利要求8所述的轮毂电机的控制系统，其特征在于：

所述控制器通过所述光电编码盘传感器在每次停止所述轮毂电机转子转动时记录与停止位置对应的脉冲计数；并在启动时驱动所述电子转子时，比较通过所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置与通过所述光电编码盘传感器记录的位置；如果位置不一致，则以所述霍尔传感器获知的所述轮毂电机转子的位置为准。

10.根据权利要求9所述的轮毂电机的控制系统，其特征在于：

在获知预设数量的所述霍尔状态之前，如果获知到所述光电编码盘传感器表示所述轮毂电子转子经过参考位置的信号，则直接根据所述光电编码盘传感器接下来的码盘信号输出驱动所述轮毂电机的信号。