CN111740665B - 一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法及系统，本发明实施例在由电机驱动运行的机构自锁时，根据自锁力度值设置励磁参数及将转矩参数设置为0，将所述励磁参数及转矩参数进行调节后，输入给所述电机的驱动电路，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有自锁力度值，传导到机构上。在这里，所述励磁参数可以为励磁参考电流或励磁电压，转矩参数可以为转矩参考电流或转矩电压。这样，本发明实施例仅仅对所述电机的控制过程进行少量改动就可以实现机构的自锁且保证自锁力度，省掉了设置额外的自锁装置。

Description

一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术，特别涉及一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法及系统。

背景技术

电机可以驱动很多种类型的机构运行，例如电机驱动自动门或通道闸机的门翼的自动开闭，使用户通行。自动门是在识别到开闭信号后，由电机驱动门扇的开闭，供人通道的门系统总称，包括平滑自动门、旋转自动门、平开自动门或折叠自动门等。闸机安装在人员通道的出入口，通过机身与机身或机身与其他建筑物设施之间形成人员通行通道，通过电控阻挡装置和/或指示装置和/或引导人员按照指定方向有序通行的一种出入口控制系统的执行设备，其门翼是由电机驱动开闭。

针对电机的不同类型通常使用不同的控制技术。比如，对于无刷直流电机(BLDC，Brushless Direct Current)通常采用三相六步换相的比例、积分及微分(PID)调节控制技术，而对于永磁同步电机(PMSM，Permanent Magnet Synchronous Motor)，通常采用先进的磁场定向控制(FOC，Field-Oriented Control)技术。采用PMSM驱动机构运行，实现精确的位置控制(例如闸机门翼或自动门门扇的位置控制)，要求PMSM的FOC系统采用位置环、速度环和电流环的三环控制，PMSM的驱动电路采用预驱及6个金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)组成的PWM全桥驱动电路对PMSM驱动。

对机构进行驱动的不同电机采用了不同控制技术，使得机构满足期望的位置规划路径所需的转动控制。但是有些情况下机构在不运行时需要自锁，这时，驱动机构的电机就需要在不转动时满足一定的自锁力要求。比如，闸机门翼或自动门门扇在关闭时不能轻易地被用户掰开或在具有风力的场合不被大风吹开。

目前，为了实现所驱动机构的自锁，有两种方法：

第一种方法，PMSM直接利用FOC系统进行闭环调节，将经过在FOC系统中的PI调节的参数输出给PMSM的驱动电路中，由PMSM的驱动电路驱动PMSM产生反向的推力，传导到机构上抵消因人为扳动或风的吹动导致的位置偏移。

第二种方法，在机构上额外地安装诸如制动器或电锁的自锁装置，机构自锁时启动自锁装置自锁，在机构运行时自锁装置停止工作，切换到电机上进行驱动。采用这种对机构进行自锁，响应切换速度慢，且额外安装自锁装置成本增高且需要安装空间，不利于由电机驱动的机构的小型化。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法，该方法能够在不设置额外自锁装置的前提下，实现机构的自锁且保证自锁力度。

本发明实施例还提供一种由电机驱动运行的机构实现自锁的系统，该系统能够在不设置额外自锁装置的前提下，实现机构的自锁且保证自锁力度。

本发明实施例是这样实现的：

一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法，所述方法包括：

由电机驱动运行的机构触发自锁；

根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；

将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

较佳地，所述由电机驱动运行的机构触发自锁包括：

设置检测装置，所述检测装置检测到所述机构不运行或所述电机不转动时，触发自锁。

较佳地，所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流；

或者所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压。

较佳地，当所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流时，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：

断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，在所述FOC系统的电流环中进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；

在所述FOC系统中基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

进行空间矢量脉宽调制SVPWM的处理，输出到所述电机的驱动电路上。

较佳地，当所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压时，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：

断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，

将所述励磁电压及所述转矩电压，在所述FOC系统中基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

一种由电机驱动运行的机构实现自锁的系统，包括：设置单元、检测单元，及自锁处理单元，其中，

检测单元，用于检测到由电机驱动运行的机构触发的自锁；

设置单元，用于根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；

自锁处理单元，用于将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

较佳地，所述检测装置设置在所述电机的FOC系统中，或者设置在所述机构的运行部件上。

较佳地，所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流；

所述自锁处理单元还包括：所述电机的FOC系统的电流环、反park单元及SVPWM单元，其中，

所述电机的FOC系统的电流环，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；

反park单元，用于基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

较佳地，所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压；

所述自锁处理单元还包括：反park单元及SVPWM单元，其中，

反park单元，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，将所述励磁电压及所述转矩电压，基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

如上所见，本发明实施例在由电机驱动运行的机构自锁时，根据自锁力度值设置励磁参数及将转矩参数设置为0，将所述励磁参数及转矩参数进行调节后，输入给所述电机的驱动电路，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有自锁力度值，传导到机构上。在这里，所述励磁参数可以为励磁参考电流或励磁电压，转矩参数可以为转矩参考电流或转矩电压。这样，本发明实施例仅仅对所述电机的控制过程进行少量改动就可以实现机构的自锁且保证自锁力度，省掉了设置额外的自锁装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的电机的FOC系统架构示意图；

图3为本发明实施例提供的电机实现不转动且具有自锁力的结构一示意图；

图4为本发明实施例提供的电机实现不转动且具有自锁力的结构二示意图；

图5为本发明实施例提供的电机的FOC系统的控制方法一流程图；

图6为本发明实施例提供的电机的FOC系统的控制方法二流程图；

图7为本发明实施例提供的一种由电机驱动运行的机构实现自锁的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

在背景技术中，有两种方法可以实现由电机驱动运行的机构的自锁，但是这两种方法都存在缺陷，具体地说：

第一种方法，PMSM直接利用FOC系统进行闭环调节，当机构的所设定位置出现少量偏移时(比如闸机门翼或自动门门扇被扳动或被大风吹动)，采集偏移值输入到FOC系统中，经过其中的位置环的PI调节到速度环及后续的电流环，产生相应的随动变化，输入到PMSM的驱动电路中，由PMSM的驱动电路驱动PMSM产生反向的推力，传导到机构上抵消偏移。通过调节PMSM的FOC系统中的PI参数，就可以调节PMSM产生的反向推力的力度及响应特性。但是，在具体实施时发现，PMSM产生的反向推力的力度不够，不足以实现机构的自锁。这是因为，如果通过将PI参数调节增大而使得PMSM产生的反向推力的力度增大，又使得PMSM内部出现很大的电流声，要减少电流声就要调节PI参数减小，PMSM产生的反向推力传导到机构上后，抵抗被推开的力量就不足了。

第二种方法，在机构上额外地安装诸如制动器或电锁的自锁装置，在机构的自锁情况下，比如闸机门翼或自动门门扇在关闭状态(驱动电机为零速不转动)下，启动制动器或电锁进行自锁，防止机构的运行(比如自锁后的闸机门翼或自动门门扇可以避免被掰开或被吹开)。而当机构要运行时，则释放制动器或电锁(通常需要1秒左右才能真正的释放)，等待制动器或电锁完成释放后，再由电机驱动机构进行运行。若在制动器或电锁没有完全释放之前就由电机驱动机构进行运行，就会导致电机的转动被卡住而出现机构的运行异常。因此，采用这种对机构进行自锁，响应切换速度慢，且额外安装自锁装置成本增高且需要安装空间，不利于由电机驱动的机构的小型化。

在一些专利申请中，也可以通过驱动运行机构的电机的自锁方式，达到机构的自锁。

专利公布号CN104653768A，名称为“无刷直流电机用于汽车选档的大扭矩精确自锁”的专利申请中，描述了三相直流电机MOSFET全桥驱动电路的通用原理。其中指出在需要电机自锁时，根据电机内部的霍尔传感器位置信息，相应地同时打开电机的三相绕组(UVW)中的其中两相上臂、另外一相的下臂，使得电机处于固定的磁场中就可以保持电机不转。

专利公布号CN202535300U，名称为“直流无刷电机驱动电路、通道闸”和专利公布号CN102545741A，名称为“直流无刷电机驱动电路、通道闸和控制方法”也描述了三相直流电机MOSFET全桥驱动电路的通用原理，其中指出自锁时同时打开UVW的其中两相或全部上管导通，而下管截止。且调整脉冲宽度调制(PWM)可调节电机的自锁力。

但是，上述驱动运行机构的电机的自锁方式，并不适用于采用FOC技术的电机。首先，电机的FOC系统中的PWM是五段或七段的空间矢量脉宽调制(SVPWM)结构，无法实现诸如对PWM进行同时打开两相或三相上臂的等同控制。其次，电机的FOC系统中的驱动电路使用的MOSFET，通常被配置为SVPWM属性的输入输出接口(IO)与SVPWM连接，而不是通用型输入输出接口(GPIO)。如果将SVPWM属性的IO切换到GPIO后再与MOSFET连接，导致二相或三相上管导通，将破坏FOC系统的闭环控制结构，这种切换会导致电机出现“飞车”现象。

在另一些专利申请中，还包括采用额外的自锁装置实现由电机驱动运行的机构的自锁。

专利公布号CN208251910U，名称为“一种无刷电机电动侧滑门的驱动结构”的专利申请中提及到利用无刷电机矢量控制原理来达到机构自锁功能。但是，该专利主要围绕机构的机械设置，而在电机控制方面缺少如何实现电机自锁的技术方案。

专利公布号CN106761353B，名称为“一种适合于人和自行车并行的全高旋转闸”的专利申请中，叙述的是采用电磁铁控制棘爪(锁盘臂)，在结构上实现机构的自锁。

专利公布号CN105155964B，名称为“一种闸机通道拍打门装置和控制方法”的专利申请中，叙述的是采用制动器控制吸和的方法实现机构的自锁。

可以看出，在上述专利申请中，主要是采用额外的电磁铁或制动器，并配套辅助机构的方法实现机构的自锁，很显然，不仅成本高且占安装空间，影响了整个机构的尺寸，且使得机构的自锁响应慢。

因此，本发明实施例为了克服上述问题，采用的方法为：在由电机驱动运行的机构自锁时，根据自锁力度值设置励磁参数及将转矩参数设置为0，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入给所述电机的驱动电路，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有自锁力度值，传导到机构上。

在这里，所述励磁参数可以为励磁参考电流或励磁电压，转矩参数可以为转矩参考电流或转矩电压。

这样，本发明实施例仅仅对所述电机的控制过程进行少量改动就可以实现机构的自锁且保证自锁力度，省掉了设置额外的自锁装置。

图1为本发明实施例提供的一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法流程图，其具体步骤包括：

步骤101、由电机驱动运行的机构触发自锁；

步骤102、根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；

步骤103、将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

在该方法中，所述由电机驱动运行的机构触发自锁包括：

设置检测装置，当检测装置检测到所述机构不运行，或者所述电机不转动时，触发自锁。所述检测装置可以设置所述机构的运行部件上，也可以设置在所述电机的FOC系统中。当然，也可以使用所述电机的FOC系统中的已有检测元件，这里不限制。

在该方法中，所述励磁参数为励磁参考电流或励磁电压，转矩参数为转矩参考电流或转矩电压。

在该方法中，当所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流时，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：

断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，在所述FOC系统的电流环中进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；在所述FOC系统中基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

在该方法中，当所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压时，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，将所述励磁电压及所述转矩电压，基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

在本发明实施例中，所述机构为由电机驱动的自动门门扇或由电机驱动的通道闸机门翼。

上述方法是在电机的FOC系统中，将FOC系统的控制方式稍微改动实现的。为了描述清楚，本发明实施例给出了图2所示的电机的FOC系统架构示意图。如图2所示，FOC系统是将电机的定子三相电流(ia、ib、ic)采集后，依次经过了Clarke变换得到(iα、iβ)和Park变换得到(id、iq)的坐标变换，即将三相静止坐标系转化为两相旋转坐标系。使得三相耦合的定子电流(ia、ib、ic)转换成相互正交、独立解耦的转矩电流iq和励磁电流id，也就是将所述电机的定子电流经过两次坐标系的变换，解耦成一个控制所述电机磁场的电流分量及控制所述电机的转矩的电流分量。要控制PMSM实现转动，设置输入FOC系统的励磁参考电流Idref为0，而转矩参考电流Iqref由FOC系统的速度环中的目标速度ωref与实际速度ωactual的PI调节得到。当由所述电机驱动运行的机构需要精确位置控制的情况下，则目标速度ωref则由FOC系统的位置环中的目标Ptarget与所获得的实际位置Pactual进行PI调节得到。

从图2中可以看出，电机的FOC系统是基于励磁参考电流Idref为0的条件下的闭环系统，整个实现都围绕如何控制电机的转动。而本发明实施例则实现了如何控制电机在不转动情况下具有较大的自锁力值。

方法一，保持电机的FOC系统的架构，仅仅对FOC系统的控制实现进行少许改动，使得转矩参考电流Iqref为0，而使励磁参考电流Idref输出一定幅度的电流，断开FOC系统的闭环控制，将设定的转矩参考电流Iqref及励磁参考电流Idref输入到FOC系统的电流环上，由电流环进行PI调节后，经过反Park坐标变换及SVPWM调制后，传输给电机的驱动电路，由驱动电路驱动电机的转动。具体地，图3为本发明实施例提供的电机实现不转动且具有自锁力的结构一示意图。在这种情况下，由于输入的转矩参考电流Iqref为0，所以电机不会转动。又因为输入的励磁参考电流Idref不等于0，它使得电机经过FOC系统的控制后，产生相应的励磁磁场，相对于产生一个将电机的转子延径向的拉力，传导到机构上，使得机构被这个拉力自锁在期望的位置上。

对比图2和图3，可以确认图2所示的FOC系统结构与图3所示的FOC系统结构非常接近，因此，仅仅是在软件实现上进行少量的改动。从图2所示的FOC系统的控制闭环模式，很容易地切换到图3所示的FOC系统的自锁模式，因此切换响应快，且不容易出现电机的“飞车”现象。

方法二，保持电机的FOC系统架构，仅仅对FOC系统的算法进行少许改动，使得转矩电压Uq＝0，而使励磁电压Ud输出一定幅度的电压，断开FOC系统的闭环控制，将转矩电压及励磁电压作为输入，进行反Park变换，传输给电机的驱动电路，由驱动电路驱动电机的转动。图4为本发明实施例提供的电机实现不转动且具有自锁力的结构二示意图。在这种情况下，由于输入的转矩电压Uq为0，所以电机不会转动。又因为输入的励磁电压不等于0，它使得PMSM经过FOC的控制后，产生相应的励磁磁场，相对于产生一个将PMSM的转子延径向的拉力，传导到机构上，使得机构被这个拉力自锁在期望的位置上。

对比图3和图4所示的结构，可以看出，图4所示的结构更简单且更容易实现。采用图4所示的结构实现电机不转动且具有自锁力，可以排除图3所示的FOC系统中的电流环PI调节带来的影响。

图3中的励磁参考电流Idref和图4的励磁电压Ud的数值大小，可以根据机构的不同自锁力度要求而设定，自锁力度要求来自机构所在环境对自锁力的要求，例如机构自锁要求的抵抗大风的力量不同或负载大小的不同等等。因此，本发明实施例不仅仅实现了机构的自锁，而且实现了机构在自锁时的自锁力数值的大小调节。

图5为本发明实施例提供的电机的FOC系统的控制方法一流程图，该方法包括了控制电机正常转动的过程及采用方法一控制电机不转动而具有自锁力的过程，包括：

步骤501、判断是否接收到自锁模式的触发指令，如果否，则执行步骤502；如果是，则执行步骤507；

在本步骤中，可设置检测装置，根据所检测的机构运行状况或所述电机的运行状况，确定是否进入自锁模式，且发送自锁模式的触发指令；

以下的步骤502～506是控制电机正常转动的过程

步骤502、设置励磁参考电流Idref为0，设置转矩参考电流Iqref，所述Iqref是FOC系统的位置环及速度环，依次对所采集的实际位置及实际转速经过了PI调节后，得到的；

步骤503、电机的定子三相电流采集后，经过了Clarke变换后得到(iα、iβ)；

步骤504、经过了Park坐标变换后得到(id、iq)的变换，输入到FOC系统的电流环中；

步骤505、FOC系统的电流环基于励磁参考电流Idref及id，进行PI调节，基于转矩参考电流Iqref及iq进行PI调节，得到(Ud、Uq)；

步骤506、对(Ud、Uq)进行反park变换，得到(Uα、Uβ)后，执行步骤512；

以下的步骤507～511是采用方法一控制电机不转动而具有自锁力的过程

步骤507、设置励磁参考电流Idref为自锁力数值，设置转矩参考电流Iqref为0；

步骤508、电机的定子三相电流采集后，经过了Clarke变换后得到(iα、iβ)；

步骤509、经过了Park变换后得到(id、iq)的坐标变换，输入到FOC的电流环中；

步骤510、FOC系统的电流环基于励磁参考电流Idref及id，及基于转矩参考电流Iqref及iq进行PI调节，进行PI调节，得到(Ud、Uq)；

步骤511、对(Ud、Uq)进行反park变换，得到(Uα、Uβ)后，执行步骤512；

在这里，反park变换所采用的转动角度θ采用的是进入自锁模式时的电机的电角度，可以在自锁之前通过采样电机的电角度获得；

步骤512、清除所得到的(Uα、Uβ)的总线纹波；

这个步骤是可选步骤；

步骤513、进行SVPWM的输出，输出到电机的驱动电路上。

从图5中可以看出，当电机处于正常转动状态下，FOC系统在控制时选用非自锁的正常模式；当电机处于零速不转动状态下，则FOC系统在控制时进入到自锁模式。在正常模式时，励磁参考电流Idref为0，而转矩参考电流Iqref是由速度环的PI调节后输出的结果；在自锁模式下，断开电机的FOC系统的闭环，励磁参考电流Idref是设置的，根据机构的自锁力度大小需求而给出，而转矩参考电流Iqref设置为0。在自锁模式下，反Park坐标转换时基于的角度θ采用的是进入自锁模式时电机的电角度。

从图5所示的两个控制过程来看，正常模式和自锁模式的FOC系统的控制的区别主要在电流环PI调节之前的转矩参考电流Iqref与励磁参考电流Idref的设置不同，其他的控制都相同。

图6为本发明实施例提供的电机的FOC系统的控制方法二流程图，该方法包括了控制电机正常转动的过程及采用方法二控制电机不转动而具有自锁力的过程，包括：

步骤601、判断是否接收到自锁模式的触发指令，如果否，则执行步骤602；如果是，则执行步骤607；

在本步骤中，可设置检测装置，根据所检测的机构运行状况或所述电机的运行状况，确定是否进入自锁模式，且发送自锁模式的触发指令；

以下的步骤602～606是控制电机正常转动的过程

步骤602、设置励磁参考电流Idref为0，设置转矩参考电流Iqref，所述Iqref是FOC系统的位置环及速度环，依次对所采集的实际位置及实际转速经过了PI调节后，得到的；

步骤603、电机的定子三相电流采集后，经过了Clarke变换后得到(iα、iβ)；

步骤604、经过了Park变换后得到(id、iq)的坐标变换，输入到FOC系统的电流环中；

步骤605、FOC系统的电流环基于励磁参考电流Idref及id，进行PI调节，基于转矩参考电流Iqref及iq进行PI调节，得到(Ud、Uq)；

步骤606、对得到的(Ud、Uq)进行反park变换，得到(Uα、Uβ)后，执行步骤609；

以下的步骤607～608是采用方法一控制电机不转动而具有自锁力的过程

步骤607、设置励磁电压Ud为自锁力数值，设置转矩电压Uq为0；

步骤608、对所设置的励磁电压Ud及转矩电压Uq进行反park变换，得到(Uα、Uβ)后，执行步骤609；

在这里，反park变换所采用的转动角度θ采用的是进入自锁模式时的电机的电角度，可以在自锁之前通过采样电机的电角度获得；

步骤609、清除所得到的(Uα、Uβ)的总线纹波；

这个步骤是可选步骤；

步骤610、进行SVPWM的输出，输出到电机的驱动电路上。

从图6所示的两个控制过程来看，自锁模式的FOC系统控制是一种简单化实现方法，它可以不执行Clark变换和Park变换，所以也不需要电机的FOC系统进行电流采样。

本发明实施例是基于电机的FOC系统在控制电机转动时，采用的励磁参考电流Idref为0的反思维改进，其实现原理只需要对电机的FOC系统的控制方法进行少量的改进就可以实现本发明实施例所期望的电机不转动且具有自锁力的需求。因此，电机的FOC系统在进行电流采样时，是使用单电阻、双电阻还是三电阻，采样是否使用了滤波处理，电机的FOC系统中的SVPWM采用的是五段还是七段，是否还有总线电压滤波处理单元，采集电机速度采用什么方式，是运行在ARM芯片、数字信号处理系统(DSP)芯片或单片机上，SVPWM是否有预驱单元及预驱信号是高电平还是低电平有效的属性等等这些变化选项，都不会影响本发明实施例的实施。本发明实施例均可以适应这些不同的电机的FOC系统的控制方式。

在图2～图4中所示的编码盘只是用于采样电机的实际位置的一个例子，在采集电机的实际位置信息时，还可以采用光编码盘、磁编码盘、旋转变压器或霍尔传感器等各种电机位置的检测装置。

图7为本发明实施例提供的一种由电机驱动运行的机构实现自锁的系统结构示意图，所述系统包括：设置单元、检测单元，及自锁处理单元，其中，

检测单元，用于检测到由电机驱动运行的机构触发的自锁；

设置单元，用于根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；

自锁处理单元，用于将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

在该系统中，所述检测装置设置在所述电机的FOC系统中，或者设置在所述机构的运行部件上。比如，可以是所述电机的FOC系统中已有的编码盘、光编码盘、旋转变压器或霍尔传感器等检测装置。

在该系统中，所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流；

所述自锁处理单元还包括：所述电机的FOC系统的电流环、反park单元及SVPWM单元，其中，

所述电机的FOC系统的电流环，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；

反park单元，用于基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

在该系统中，所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压；

所述自锁处理单元还包括：反park单元及SVPWM单元，其中，

反park单元，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，将所述励磁电压及所述转矩电压，基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理，输出到所述电机的驱动电路上。

举一个具体例子对本发明实施例进行详细说明。

将电机的FOC系统在恩智浦公司(NXP)的型号为MC56F867xx的DSP芯片实现。该DSP芯片是一种内置DSP的微控制单元(MCU)芯片，主频100兆赫兹(MHZ)，支持带死区控制的互补PWM和高速模/数转换器(ADC)。

本实例采用Clarke变换为：设置Clarke变换函数，电机的三相绕组的实际采样电流(ia、ib、ic)经过Clarke变化后，输出结果，即αβ静止坐标系的电流(iα、iβ)。

本实例的Park变换为：将Clarke变换输出的αβ静止坐标系的电流(iα、iβ)，采用设置的Park变换处理函数的Park变换，得到变换后的电角度，其中正常模式下的电角度是实时采样编码盘转角位置的电角度；而自锁模式下的电角度是进入自锁模式时获得当时的电角度，输出得到Park变换输出的结果，即基于dq旋转坐标系的电流(id、iq)。在得到Park变换输出的结果之前，进行电流误差矫正。

在电机处于转动状态，FOC系统的控制(正常模式)设置励磁参考电流Idref＝0及将速度环的输出送给转矩参考电流Iqref。

当需要进行自锁模式时，则FOC系统控制转矩参考电流Iqref为0，而使励磁参考电流Idref输出一定幅度的电流，断开FOC系统的闭环控制，将设定的转矩参考电流Iqref及励磁参考电流Idref输入到FOC系统的电流环上。

FOC系统控制进行电流PID调节，得到调节的结果，即旋转坐标系的电压Ud、Uq。

FOC系统控制进行反Park变换，得到反Park变换后的结果、αβ静止坐标系的电压输出Uα和Uβ。

FOC系统控制进行消除总线纹波，对反Park变换后的结果消除总线波纹，消除纹波处理输出的结果为结构体Uα-comp和Uβ-comp。

FOC系统控制进行SVPWM后，向电机驱动电路输出的UVW或ABC三相全桥PWM占空比信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种由电机驱动运行的机构实现自锁的方法，其特征在于，所述方法包括：

由电机驱动运行的机构触发自锁；

根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；将所述励磁参数设置为非0值；

断开所述电机的驱动电路与电机之间的闭环连接，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由电机驱动运行的机构触发自锁包括：

设置检测装置，所述检测装置检测到所述机构不运行或所述电机不转动时，触发自锁。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流；

或者所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流时，断开所述电机的驱动电路与电机之间的闭环连接，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：

断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，在所述FOC系统的电流环中进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；

在所述FOC系统中基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

进行空间矢量脉宽调制SVPWM的处理，输出到所述电机的驱动电路上。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压时，断开所述电机的驱动电路与电机之间的闭环连接，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路包括：

断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接，

将所述励磁电压及所述转矩电压，在所述FOC系统中基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

6.一种由电机驱动运行的机构实现自锁的系统，其特征在于，包括：设置单元、检测单元，及自锁处理单元，其中，

检测单元，用于检测到由电机驱动运行的机构触发的自锁；

设置单元，用于根据所述机构的自锁力度值设置励磁参数，且将转矩参数设置为0；将所述励磁参数设置为非0值；

自锁处理单元，用于断开所述电机的驱动电路与电机之间的闭环连接，将所述励磁参数及所述转矩参数进行调节后，输入到所述电机的驱动电路中，以使在所述电机的驱动电路的驱动下，所述电机不转动且具有所述机构的自锁力度值，传导到机构上。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述检测单元设置在所述电机的FOC系统中，或者设置在所述机构的运行部件上。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述励磁参数为励磁参考电流，所述转矩参数为转矩参考电流；

所述自锁处理单元还包括：所述电机的FOC系统的电流环、反park单元及SVPWM单元，其中，

所述电机的FOC系统的电流环，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，进行所述励磁参考电流的PI调节，及转矩参考电流的PI调节；所述励磁参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机磁场的电流分量，所述转矩参考电流的PI调节基于所述电机的定子电流解耦得到的控制所述电机转矩的电流分量；

反park单元，用于基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述励磁参数为励磁电压，所述转矩参数为转矩电压；

所述自锁处理单元还包括：反park单元及SVPWM单元，其中，

反park单元，用于在断开所述电机的磁场定向控制FOC系统的闭环连接时，将所述励磁电压及所述转矩电压，基于所述电机的转动角度θ进行反park变换，所述电机的转动角度θ是进入自锁模式时电机的电角度；

SVPWM单元，用于进行SVPWM的处理后，输出到所述电机的驱动电路上。

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