CN112398373B - 一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质，所述方法包括：获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。基于此，采用本发明实施例提供的无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质，能够在较宽速度范围内对无刷直流电机进行恒功率控制。

Description

一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其是一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，高速且小型化的无刷直流电机的应用越来越广泛，尤其是在吸尘器领域，如，手持式的真空吸尘器等。当吸尘器使用电池供电时，电池提供的电压会随着使用时间的增加而逐渐下降，此时，为了使吸尘器以输入恒功率状态进行工作，在电池提供的电压下降时，需要对吸尘器中的无刷直流电机进行恒功率控制。
在相关技术中，对于电机的恒功率控制通常采用以下两种方式：
(1)在无刷直流电机工作电压范围内对直流母线电流进行PI调节，以实现对无刷直流电机的恒功率控制。
(2)实时检测电池电压，即电机的输入电压，然后根据输入电压，通过查表获取该输入电压对应的换相超前角度，根据获得的换相超前角度确定何时向无刷直流电机的某一相施加电压、何时对无刷直流电机的某一相停止施加电压，从而实现对无刷直流电机的恒功率控制。
然而，在实际应用时，上述两种方式均不能良好的实现对无刷直流电机的恒功率控制。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种无刷直流电机的控制方法，所述方法包括：
获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；
基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；
基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
上述方案中，所述基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号，包括：
基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号；所述第一驱动信号用于控制施加在所述无刷直流电机的电压；
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定第二驱动信号；所述第二驱动信号用于控制所述无刷直流电机换相；
生成包含所述第一驱动信号和第二驱动信号的驱动信号。
上述方案中，，所述基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号，包括：
基于获取的所述当前直流母线电压及存储的无刷直流电机的功率给定值，确定直流母线电流给定值；
确定所述直流母线电流给定值和所述当前直流母线电流之间的电流差值；
对所述电流差值进行比例积分PI调节，获得占空比信号；
基于所述占空比信号，生成第一驱动信号。
上述方案中，所述基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定第二驱动信号，包括：
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定换相超前角度；
基于所述换相超前角度，更新换相延迟角度；
基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号。
上述方案中，在所述基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号之前，所述方法还包括：
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定反电动势过零修正值；
基于所述反电动势过零修正值对存储的参考电压进行修正，获得修正的参考电压；
对应的，所述基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号，包括：
基于所述更新的换相延迟角度和所述修正的参考电压，生成第二驱动信号。
上述方案中，所述获取所述无刷直流电机的当前转速，包括：
获取无刷直流电机的端电压；基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻；
确定连续两次无刷直流电机的反电动势过零点的时刻之间的时间差；
基于所述时间差，确定无刷直流电机的当前转速。
上述方案中，所述基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻，包括：
将获得的所述端电压与存储的参考电压进行比较；确定所述端电压与所述存储的参考电压相等的时刻；将所述时刻作为无刷直流电机的反电动势过零点的时刻。
本发明实施例提供一种控制装置，所述装置包括：获取模块、生成模块以及控制模块，其中：
所述获取模块，用于获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；
所述生成模块，用于基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；
所述控制模块，用于基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
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，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述方法的任一步骤。
本发明实施例提供一种控制装置，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行上述所述方法的任一步骤。
本发明实施例提供一种无刷直流电机的控制方法、装置及存储介质，所述方法包括：获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。基于此，采用本发明实施例提供的无刷直流电机的控制方法和装置，能够在较宽速度范围内对无刷直流电机进行恒功率控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种无刷直流电机的控制方法流程示意图；
图2a为本发明实施例提供的一个周期的无刷直流电机A相的端电压波形图；
图2b为本发明实施例提供的一个周期的无刷直流电机A相悬空时的端电压波形图；
图3a为本发明实施例提供的两个周期的无刷直流电机A相的端电压波形图；
图3b为本发明实施例提供的两个周期的无刷直流电机A相悬空时的端电压波形图；
图4为本发明实施例提供的一种对三相无刷直流电机进行控制的硬件装置结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种三相无刷直流电机的控制方法流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种换相超前角度与换相延迟角度的关系示意图；
图7为本发明实施例提供的一种存储的参考电压修正之前与修正之后反电动势过零点的关系示意图；
图8为本发明实施例提供的一种对三相无刷直流电机控制的流程示意图；
图9为本发明示例提供的一种控制装置结构示意图；
图10为本发明实施例提供的控制装置的一种硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
根据电机学及电机拖动的知识可知：
e＝Ce*φ*n (1)
Figure BDA0002165114190000053
Tem＝CT*φ*I (3)
Figure BDA0002165114190000051
Figure BDA0002165114190000052
其中，e为无刷直流电机的相反电动势；Ce为电势系数；Φ为无刷直流电机的每相磁通；n为无刷直流电机的转速，单位通常为转每分钟；Vdc为直流母线电压(电源电压)；I为无刷直流电机的相电流；2*ΔU为逆变桥开关管的压降，一般情况下，在无刷直流电机设计完成后，逆变桥开关管的压降为定值；Ra为无刷直流电机每一相的绕组电阻；Tem为无刷直流电机的电磁转矩；CT为转矩系数；P为无刷直流电机的输入功率；TL为无刷直流电机拖动的负载转矩，通常包括输出负载转矩TL’和空载转矩T0；J为惯性系数；ω为无刷直流电机的机械角速度，单位通常为弧度每秒，且ω＝2πn；dω/dt为无刷直流电机的机械角速度的变化率。
由上述公式(1)可知，当转速n升高时，相反电动势e也随之升高；
由上述公式(2)可知，当e逐渐升高接近Vdc时，相电流I越来越低；
由上述公式(3)可知，当I减小时，电磁转矩Tem也随之减少；
由上述公式(4)可知，无刷直流电机的输入功率由电磁转矩Tem与转速n共同决定。
由上述公式(5)可知，电磁转矩Tem减少时，会导致无刷直流电机的动力不足，极端情况下，会无法拖动负载进行持续的稳定工作。
根据上述公式(1)-(5)可知，要保证无刷直流电机的恒功率控制，就需要对无刷直流电机的电磁转矩Tem和转速n进行控制，以使它们的乘积保持不变，但在实际应用中，电磁转矩Tem和转速n不能无限制增加或者减少，因此，在相关技术中，如上述提到的对直流母线电流进行比例积分(Proportional Integral，PI)调节，虽然可在一定转速范围内实现对无刷直流电机的恒功率控制，比如，在额定转速以内，然而，当直流母线电压Vdc降低，且无刷直流电机的负载变得很小(比如，吸尘器孔堵塞)时，会导致相电流I降低、转速n大幅度升高，比如，无刷直流电机的转速n超过额定转速。在这种情况下，仅通过对直流母线电流进行PI调节，施加到无刷直流电机的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)电压将达到满占空比，无法再通过控制施加到无刷直流电机的电压实现对无刷直流电机的恒功率控制。
在相关技术中，还可采用如上述提及的：根据当前的电池电压通过查表获取控制无刷直流电机的换相超前角度，进而对换相延迟角度进行补偿，意在通过在不同的直流母线电压Vdc下采用不同的换相延迟角度，利用无刷直流电机的电枢反应，在转速n升高较高的情况下，减少每相的磁通，进而减少相反电动势的值，以保证相电流I不会减小太多，从而保证无刷直流电机有一定的动力，从而在理论上可以做到恒功率控制。然而，此种方式没有考虑当前负载和当前转速的变化，采用此种方式会引起输出功率的脉动及偏差，以至于在实际应用中不能良好的实现恒功率控制。
基于此，本发明实施例提供一种无刷直流电机的恒功率控制方法及装置，不仅对无刷直流电机的直流母线电流进行PI调节，还基于当前直流母线电压以及无刷直流电机的当前转速对无刷直流电机的换相延迟角度进行补偿，从而完成对无刷直流电机在工作电压范围内的恒功率控制。采用这种方式，即使无刷直流电机的负载突变，也能够实现对无刷直流电机的恒功率控制。
以下结合附图对本发明实施例作详细的阐述。
图1为本发明实施例提供的一种无刷直流电机的控制方法流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
S101：获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；
S102：基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；
S103：基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
需要说明的是，当前直流母线电压可以基于直流母线电压采样电路进行检测，直流母线电压采样电路向控制器发送检测到的当前直流母线电压。当前直流母线电流可以基于直流母线电流采样电路进行检测，直流母线电流采样电路向控制器发送检测到的当前直流母线电流。
对于无刷直流电机的当前转速的获取，可采用多种方式。作为一种实施方式，可在无刷直流电机上设置测速传感器，由测速传感器对无刷直流电机当前转速进行测量，测速传感器控制器发送检测到的该当前转速。
在一些实施例中，获取所述无刷直流电机的当前转速，包括：
获取无刷直流电机的端电压；基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻；
确定连续两次无刷直流电机的反电动势过零点的时刻之间的时间差；
基于所述时间差，确定无刷直流电机的当前转速。
需要说明的是，无刷直流电机的端电压可以为A、B、C三相中任一相的端电压，其中，A、B、C三相的端电压可以分别记作：UA、UB、UC；无刷直流电机的反电动势过零点的时刻是指与该端电压对应相的反电动势过零点的时刻。比如，当检测到的是A相的端电压，那么，要获取的就是A相对应的反电动势过零点的时刻。
在一些实施例中，所述基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻，包括：
将获得的所述端电压与存储的参考电压进行比较；确定所述端电压与所述存储的参考电压相等的时刻；将所述时刻作为无刷直流电机的反电动势过零点的时刻。
需要说明的是，通常情况下，存储的参考电压取Vdc/2，其中，Vdc为直流母线电压。
在实际应用中，所述的连续两次无刷直流电机的反电动势过零点的时刻可以是在一个机械周期内，检测到的端电压对应相的反电动势前后两次过零点的时刻。
示例性的，以A相为例，在一个机械周期内，A相绕组的端电压UA的如图2a所示，其中，在BC和CB期间，A相悬空，在悬空阶段，A相绕组的端电压UA的波形如图2b所示。在图2a和图2b中，存储的参考电压取Vdc/2；eA为A相的反电动势；A相的端电压为UA＝eA+Vdc/2。
在A相端电压的上升阶段，当UA＝Vdc/2时，eA＝0，此时即为A相反电动势过零点的第一时刻，也即图2b中的a2时刻；在A相端电压在下降阶段时，当UA＝Vdc/2时，eA＝0，此时即为A相反电动势过零点的第二时刻，也即图2b中的b2时刻。然后，计算出A相的反电动势过零点的第一时刻与第二时刻之间的时间差，即为：b2-a2。如图2b所示，从第一时刻到第二时刻，无刷直流电机的转子转过的机械角度为180°，也即：转子转过的机械角度是：π；然后依据以下两个公式进行计算当前转速：
ω＝2πn (6)
π＝(b2-a2)*ω (7)
在另一些实施例中，所述的连续两次无刷直流电机的反电动势过零点的时刻可以是检测到的端电压对应相在不同机械周期内反电动势前后两次过零点的时刻。
具体来讲，可以是相邻机械周期内，检测到的端电压均处于上升阶段的反电动势过零点的时刻。
比如，以A相为例，可以通过检测相邻两个机械周期内A相的端电压均处于上升阶段的反电动势过零点的时刻，进而确定无刷直流电机的当前转速，如图3a与图3b所示，也就是，A相的反电动势过零点的第一时刻为a2时刻；第二时刻为a2'时刻。此时，从第一时刻到第二时刻，三相无刷直流电机408的转子转过的机械角度为360°，也即：转子转过的机械角度是：2π；然后依据以下两个公式进行计算当前转速：
ω＝2πn (8)
2π＝(a2'-a2)*ω (9)
需要说明的是，还可以通过检测相邻机械周期内，检测到的端电压均处于下降阶段的反电动势过零点的时刻，进而确定无刷直流电机的当前转速。具体计算方式与上述相似，在此不再赘述。
在一些实施例中，对于S102，具体包括：基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号；所述第一驱动信号用于控制施加在所述无刷直流电机的电压；
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定第二驱动信号；所述第二驱动信号用于控制所述无刷直流电机换相；
生成包含所述第一驱动信号和第二驱动信号的驱动信号。
需要说明的是，所述基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号，包括：
基于获取的所述当前直流母线电压及存储的无刷直流电机的功率给定值，确定直流母线电流给定值；
确定所述直流母线电流给定值和所述当前直流母线电流之间的电流差值；
对所述电流差值进行比例积分PI调节，获得占空比信号；
基于所述占空比信号，生成第一驱动信号。
需要说明的是，对于不同类型的无刷直流电机，功率给定值可不相同，也就是说，功率给定值可依据实际使用的无刷直流电机的类型进行设置，并且存储在控制器。
在实际应用中，直流母线电流给定值的确定可以采用以下方式：将存储的功率给定值除以当前直流母线电压，获得直流母线电流给定值。需要说明的是，获取直流母线电流给定值的方式不限于此种，此仅为一种实施方式用以说明本发明实施例。
在获得直流母线电流给定值之后，将给定直流母线电流与当前直流母线电流之间的电流差值作为负反馈调节的误差量，控制器基于该误差量占空比信号，然后依据占空比信号，生成第一驱动信号。
需要说明的是，基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定第二驱动信号，包括：
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定换相超前角度；
基于所述换相超前角度，更新换相延迟角度；
基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号。
需要说明的是，根据无刷直流电机的驱动原理可知，要保证无刷直流电机的转子能够持续的转动，需要控制无刷直流电机按照一定的逻辑顺序换相，从而保证无刷直流电机的转子持续的转动。比如，如图2a中，在一个机械周期内，按照BA-BC-AC-AB-CB-CA的逻辑顺序控制无刷直流电机换相，从图2a可知，按照此种逻辑顺序控制无刷直流电机换相，理论上，无刷直流电机的转子每转动机械角度60°，无刷直流电机需要换相一次，从而能够保持无刷直流电机的转子持续的转动。需要说明的是，通常情况下，无刷直流电机的转子在一个机械周期内转动到的机械角度称为转子位置，比如，如图2a，当无刷直流电机的转子转动到120°，则无刷直流电机的转子位置就是120°。
基于此，需要检测无刷直流电机的转子每转动60°所需要的时间，进而确定无刷直流电机的换相时刻，从而获得控制无刷直流电机的换相逻辑。在实际应用中，检测无刷直流电机的转子位置的方式有很多种，其中，反电动势过零点法因其简单、有效而被广泛应用。
在理论上，如图2a所示，无刷直流电机的换相时刻为从反电动势过零点时刻向后延迟30°电角度所对应的时刻。在图2a中，A相的反电动势过零点时刻为90°对应的时刻，对应的，从B相转换成A相的换相时刻应该为120°对应的时刻。需要说明的是，延迟的电角度通常称为换相延迟角度θ，比如上述的30°电角度。
然而在实际应用中，由于控制器中的各个元件信号传输及各个元件动作均存在一定的延时，导致无刷直流电机的换相延迟角度θ并不是30°，而是根据无刷直流电机的实际类型选择的换相延迟角度θ，也就是说，在对某类型的无刷直流电机进行驱动之前，控制器中存储有对应该类型无刷直流电机的换相延迟角度θ。控制器按照存储的换相延迟角度生成各个换相时刻，从而基于各个换相时刻，控制该类型无刷直流电机换相。
由于存储的换相延迟角度θ是一个定值，没有考虑无刷直流电机的当前转速和当前母线直流电压是随时间变化的影响，因此，控制器基于此换相延迟角度θ生成的各个换相时刻不能良好的对无刷直流电机进行驱动，在此基础上，本发明实施例采用对存储的换相延迟角度θ进行补偿，以保证对无刷直流电机准确的换相。
在一些实施例中，可根据获取的当前转速及当前直流母线电压通过查表的方式获得换相超前角度。
具体的，控制器中可采用表格的形式存储不同直流母线电压值及不同转速值对应的换相超前角度，然后依据获取的当前直流母线电压与当前转速，通过查表，获得相应的换相超前角度。需要说明的是，对于不同类型的无刷直流电机，在控制器中存储的不同直流母线电压值及不同转速值对应的换相超前角度是不同的，并且每一类型的无刷直流电机，在不同直流母线电压值及不同转速值下，对应的换相超前角度是通过对该每一类型的无刷直流电机进行仿真或者实验得到的。
在获得换相超前角度之后，将换相延迟角度θ减去换相超前角度，以更新相延迟角度，进而依据更新的相延迟角度，生成各个换相时刻，也即：第二驱动信号。
在另一些实施例中，在所述基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号之前，所述方法还包括：
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定反电动势过零修正值；
基于所述反电动势过零修正值对存储的参考电压进行修正，获得修正的参考电压；
对应的，所述基于更新的换相延迟角度，生成第二驱动信号，包括：
基于所述更新的换相延迟角度和所述修正的参考电压，生成第二驱动信号。
需要说明的是，由于在实际应用中，会出现无刷直流电机的电阻、电感的参数不对称的情况，在这些情况下，在利用反电动势过零点法检测无刷直流电机的反电动势过零点的时刻时，检测到的反电动势过零点的时刻会发生偏移，进而最终导致换相时刻的不准确，从影响对无刷直流电机驱动性能。
因此，在对某一类型的无刷直流电机进行驱动之前，控制器中存储有对应该类型无刷直流电机的对存储的参考电压进行修正的系数Coef，控制器按照该系数对存储的参考电压进行修正，以保证检测到的某一相的反电动势过零点的时刻不会发生偏移，进而保证对无刷直流电机良好的控制。
由于存储的系数是定值，没有考虑无刷直流电机的当前转速和当前母线直流电压是随时间变化的影响，因此，控制器基于存储的系数不能有效的避免检测到的某一相的反电动势过零点的时刻发生偏移，在此基础上，本发明实施例采用对存储的系统Coef进行修正，进而对存储的参考电压进行修正。
在一些实施例中，可根据获取的当前转速及当前直流母线电压，通过查表的方式获得反电动势过零修正值。
具体的，控制器中可采用表格的形式存储不同直流母线电压值及不同转速值对应的反电动势过零修正值，然后依据获取的当前直流母线电压与当前转速，通过查表，获取相应的反电动势过零修正值。需要说明的是，对于不同类型的无刷直流电机，在控制器中存储的不同直流母线电压值及不同转速值对应的反电动势过零修正值是不同的，并且每一类型的无刷直流电机，在不同直流母线电压值及不同转速值下，对应的反电动势过零修正值是通过对每一类型的无刷直流电机进行仿真或者实验得到的。
在获得反电动势过零修正值之后，将系数Coef减去该反电动势过零修正值，获得修正的系数；然后基于修正的系统，获得修正的参考电压。进而依据更新的相延迟角度和修正的参考电压，生成各个换相时刻，也即：第二驱动信号。
本发明实施例提供一种无刷直流电机的控制方法，同时对施加在无刷直流电机上的电压及换相逻辑进行调整，从而能够在较宽速度范围内对无刷直流电机进行恒功率控制。
为了更清楚的理解本发明，下面以电动工具中的电机为三相无刷直流电机为例说明本发明的思想。该三相无刷直流电机的转子可采用永磁体，至少包含一对磁极；定子由三相绕组构成。
图4为本发明实施例的一种对三相无刷直流电机进行控制的硬件装置结构示意图，如图4所示，该硬件装置40可以包括：直流电源401、直流母线支撑电容402、三相逆变桥403、直流母线电压采样电路404、直流母线电流采样电路405、电机端电压采样电路406以及微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)407。
需要说明的是，由于该硬件装置40需要对三相无刷直流电机进行控制，为了后续的描述方便，在图4中，以附图标记408表示三相无刷直流电机。
在实际应用中，MCU 407可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，用于采样直流母线电压、直流母线电流以及三相无刷直流电机408的端电压，基于采样到的直流母线电压、直流母线电流以及三相无刷直流电机408的端电压生成驱动信号，并基于该驱动信号控制三相逆变桥403中的开关管导通或截止，进而控制施加在三相无刷直流电机408的电压及换相时刻，从而实现对三相无刷直流电机408的恒功率控制。需要说明的是，MCU407是上述控制器一种具体形式。
具体地，如图5所示，其示出本发明实施例提供一种对三相无刷直流电机408的控制方法流程示意图，该方法包括以下步骤：
S501：MCU 407获取三相无刷直流电机408的当前直流母线电压、当前直流母线电流及当前转速。
在一些实施例中，当前直流母线电压可通过图4中的直流母线电压采样电路404进行检测，直流母线电压采样电路404向MCU 407发送检测到的当前直流母线电压；当前直流母线电流可通过图4中的直流母线电流采样电路405进行检测，直流母线电流采样电路405向MCU 407发送检测到的当前直流母线电流。
对于三相无刷直流电机408的当前转速的获取，可基于上述描述的方式进行获取，在此不再赘述。需要说明的是，三相无刷直流电机408可通过电机端电压采样电路406获得，电机端电压采样电路406向MCU 407发送获得的端电压。
S502：MCU 407根据获取的当前转速及当前直流母线电压，确定换相超前角度；
S503：MCU 407基于获得的所述换相超前角度，更新换相延迟角度。
需要说明的是，上述已经说明要更新换相延迟角度的原因，在此不再赘述。
在一些实施例中，MCU 407可根据获取的当前转速及当前直流母线电压通过查表的方式获得换相超前角度θcomp。
具体的，MCU 407中可存储不同直流母线电压值及不同转速值对应的换相超前角度θcomp，如表1所示，然后依据获取的当前直流母线电压与当前转速通过查表获取相应的换相超前角度θcomp。需要说明的是，对于不同类型的三相无刷直流电机408，MCU 407中存储的不同直流母线电压值及不同转速值对应的换相超前角度θcomp是不同的，并且每一类型的三相无刷直流电机408，在不同直流母线电压值及不同转速值下，对应的换相超前角度θcomp是通过对该每一类型的三相无刷直流电机408进行仿真或者实验得到的。
表1
Figure BDA0002165114190000151
在实际应用中，在MCU 407中，上述表1中的当前转速及当前直流母线电压与对应的换相超前角度θcomp以数组的形式进行存储，可记为第一数据，MCU407通过查询该第一数组可快速地获得与当前直流母线电压及当前转速对应的换相超前角度θcomp。由于采用查表的方式获取换相超前角度可直接获取换相超前角度θcomp，能够节省处理时间。
在一些实施例中，如图6所示，更新后的换相延迟角度θ’＝θ-θcomp，也就是说，MCU407依据更新的换相延迟角度θ’生成各个换相时刻，依据该换相时刻控制三相逆变桥403中的开关管的导通或截止，进而控制三相无刷直流电机408进行准确的换相。
S504：MCU 407根据获取的当前转速及当前直流母线电压，确定反电动势过零修正值；
S505：MCU 407基于获得的所述反电动势过零修正值，更新反电动势过零的上升沿第一参考电压信号和下降沿第二参考电压信号。
需要说明的是，上述已经说明要修正存储的参考电压的原因，在此不再赘述。
在实际应用中，在MCU 407中存储的系数Coef包括上升沿修正系数Coefrise和下降沿修正系数Coeffall，其中，MCU 407可利用Coefrise获得第一参考电压，该第一参考电压为MCU 407在检测端电压上升阶段的反电动势过零点的时刻时所需的参考电压；MCU 407可利用Coeffall获得第二参考电压，该第二参考电压为MCU 407在检测端电压下降阶段的反电动势过零点的时刻时所需的参考电压。
在一些实施例中，MCU 407可根据获取的当前转速及当前直流母线电压，通过查表的方式获得反电动势过零修正值Coefcomp。具体来讲，所说的反电动势过零修正值Coefcomp可为反电动势上升沿过零修正值Coefcomp_rise或反电动势下降沿过零修正值Coefcomp_fall。
在实际应用中，MCU 407中可存储不同直流母线电压值及不同转速值对应的反电动势过零修正值Coefcomp，如表2所示，然后依据获取的当前直流母线电压与当前转速获取相应的反电动势过零修正值Coefcomp。需要说明的是，对于不同类型的三相无刷直流电机408，MCU 407中存储的不同直流母线电压值及不同转速值对应的反电动势过零修正值Coefcomp是不同的，并且每一类型的三相无刷直流电机408，在不同直流母线电压值及不同转速值下，对应的反电动势过零修正值Coefcomp是通过对每一类型的三相无刷直流电机408进行仿真或者实验得到的。
表2
Figure BDA0002165114190000161
在实际应用中，在MCU 407中，上述表2中的当前转速及当前直流母线电压与反电动势过零修正值Coefcomp也可以数据的形式进行存储，可记为第二数组，MCU 407通过查询该第二数组可快速地获取与当前直流母线电压机当前转速相应的反电动势过零修正值Coefcomp。
在MCU 407查询到反电动势过零修正值Coefcomp时，MCU 407可依据该反电动势过零修正值Coefcomp补偿存储的上升沿修正系数Coefrise和下降沿修正系数Coeffall。
具体的，当MCU 407查询到的反电动势过零修正值Coefcomp为反电动势上升沿过零修正值Coefcomp_rise时，可依据以下公式更新上升沿修正系数Coefrise：
Coef′rise＝Coefrise-Coefcomp_rise (10)
其中，Coef′rise为更新后的上升沿修正系数。
进而，依据上述更新后的上升沿修正系数Coef′rise，可采用以下公式更新第一参考电压：
E′rise＝((Coefrise-Coefcomp_rise)/Coefrise)*(1/2Vdc) (11)
其中，E′rise为更新后的第一参考电压。
具体的，当MCU 407查询到的反电动势过零修正值Coefcomp为反电动势下降沿过零修正值Coefcomp_fall时，可依据以下公式更新下降沿修正系数Coeffall：
Coef′fall＝Coeffall-Coefcomp_fall (12)
其中，Coef′fall更新后的下降沿修正系数。
进而，依据上述更新后的下降沿修正系数Coef′fall，可采用以下公式更新第二参考电压：
E'fall＝((Coeffall+Coefcomp_fall)/Coeffall)*(1/2Vdc) (13)
其中，E'fall为更新后的第二参考电压。
示例性的，MCU 407依据更新后的第一参考电压，获得的端电压上升阶段的反电动势过零点，如图7所示。
S506：MCU 407基于获取的所述当前直流母线电压及三相无刷直流电机408的功率给定值，确定给定直流母线电流。
需要说明的是，对于不同类型的三相无刷直流电机408，功率给定值可不相同，也就是说，功率给定值可依据使用的三相无刷直流电机408实际类型进行设置，并且存储在MCU 407中。
在一些实施例中，对于S506，可包括：MCU 407将三相无刷直流电机408的功率给定值除以当前直流母线电压以获得直流母线电流给定值。
具体而言，如图8所示，MCU 407在获取到当前直流母线电压Vdc后，将存储的功率给定值P*除以当前直流母线电压Vdc，获得直流母线电流给定值
Figure BDA0002165114190000182
需要说明的是，获取直流母线电流给定值
Figure BDA0002165114190000181
的方式不限于此种，此仅为一种实施方式用以说明本发明实施例。
S507：MCU 407获取给定直流母线电流与当前直流母线电流之间的电流差值；
S508：MCU 407对所述电流差值进行PI调节，获得占空比信号，并基于所述占空比信号生成用于控制三相逆变桥403中开关管的导通或截止的第一驱动信号。
在一些实施例中，如图8所示，MCU 407将给定直流母线电流与当前直流母线电流之间的电流差值
Figure BDA0002165114190000183
作为负反馈调节的误差量，并将该误差量向MCU 407中的PI控制器发送，在该PI控制器接收到该误差信号后，该PI控制器对该误差量进行PI调节，获得占空比信号Duty；然后由该PI控制器将该占空比信号Duty向MCU 407中的PWM生成单元，由该PWM生成单元生成用于控制三相逆变桥403中开关管的导通或截止的第一驱动信号，其中，MCU 407可利用该第一驱动信号控制施加在三相无刷直流电机408中每一相上的电压值。
举例来说，以A相为例，如图4中所示，在换相到A相后，MCU 407可利用第一驱动信号控制三相逆变桥403中的开关管Q1的导通或截止，进而控制施加在A相上的电压。
S509：MCU 407基于更新后的换相延迟角度、更新后的第一参考电压以及第二参考电压，确定用于控制三相逆变桥403中开关管的导通或截止的第二驱动信号。
具体的，如图8所示，在MCU 407获得到当前转速和当前直流母线电压后，MCU 407基于获得的当前转速和当前直流母线电压，通过查表的方式，获得更新后换相延迟角度、更新后的第一参考电压以及第二参考电压；然后，MCU 407基于更新后换相延迟角度、更新后的第一参考电压以及第二参考电压，通过反电动势过零点法，获得三相无刷直流电机408的换相时刻，该换相时刻即为第二驱动信号，MCU 407可利用该第二驱动信号控制对三相无刷直流电机408中某一相开始施加电压或停止施加电压的时刻，也即换相。
举例来说，以A相为例，如图4中所示，MCU 407可以利用第二驱动信号控制三相逆变桥403中的开关管Q1导通，对三相无刷直流电机408中A相施加电压，将三相无刷直流电机408从其他相转换到A相，比如从B相转换到A相；MCU 407可以利用第二驱动信号控制三相逆变桥403中的开关管Q1截止，停止对A相施加电压，将三相无刷直流电机408从A相转换到其他相，比如，从A相转换到B相。
S5010：MCU 407基于第一驱动信号和第二驱动信号，确定施加到三相逆变桥403上的驱动信号，基于该驱动信号对三相无刷直流电机408恒功率控制。
在一些实施例中，如图8所示，MCU 407将第一驱动信号和第二驱动信号进行叠加，获得驱动信号，MCU 407将该驱动信号施加三相逆变桥403上，以控制三相逆变桥403中的开关管的导通或截止，进而实现对三相无刷直流电机408恒功率控制。
本发明实施例提供一种三相无刷直流电机408的恒功率控制方法，在对直流母线电流进行PI调节的同时，依据三相无刷直流电机408的当前转速及当前直流母线电压获取换相超前角度，对换相延迟角度进行补偿，进而控制三相无刷直流电机408的换相时刻，以实现在较宽速度范围内的三相无刷直流电机408恒功率控制。
基于相同的发明构思，图9为本发明实施例提供的一种控制装置的结构示意图，如图9所示，所述控制装置90包括：获取模块901、生成模块902以及控制模块903，其中：
所述获取模块901，用于获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；
所述生成模块902，用于基于所述当前直流母线电压、所述当前直流母线电流及所述当前转速，生成驱动信号；
所述控制模块903，用于基于所述驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
本发明实施例提供一种控制装置，同时对施加在无刷直流电机上的电压及换相逻辑进行调整，从而能够在较宽速度范围内对无刷直流电机进行恒功率控制。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序处理器被处理器执行时实现上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种控制装置，所述装置包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行存储在存储器中的上述方法实施例的步骤。
图10为本发明实施例提供的控制装置的一种硬件结构示意图，该控制装置100包括：至少一个处理器1001、存储器1002，可选的，控制装置100还可进一步包括至少一个通信接口1003，控制装置100中的各个组件通过总线系统1004耦合在一起，可理解，总线系统1004用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1004除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图10中将各种总线都标为总线系统1004。
可以理解，存储器1002可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器702旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本发明实施例中的存储器1002用于存储各种类型的数据以支持控制装置100的操作。这些数据的示例包括：用于在控制装置100上操作的任何计算机程序，如存储的本地日志信息、数据回滚指令等，实现本发明实施例方法的程序可以包含在存储器1002中。
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器1001中，或者由处理器1001实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，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。处理器可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。
在示例性实施例中，控制装置100可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，ProgrammableLogic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)、通用处理器、控制器、微控制器(MCU，Micro Controller Unit)、微处理器(Microprocessor)、或其他电子元件实现，用于执行上述方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及所述无刷直流电机的当前转速；
基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号；所述第一驱动信号用于控制施加在所述无刷直流电机的电压；
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定换相超前角度；
基于所述换相超前角度，更新换相延迟角度；
基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定反电动势过零修正值；
基于所述反电动势过零修正值对存储的参考电压进行修正，获得修正的参考电压；
基于所述更新的换相延迟角度和所述修正的参考电压，生成第二驱动信号；所述第二驱动信号用于控制所述无刷直流电机换相；
基于所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号，对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号，包括：
基于获取的所述当前直流母线电压及存储的无刷直流电机的功率给定值，确定直流母线电流给定值；
确定所述直流母线电流给定值和所述当前直流母线电流之间的电流差值；
对所述电流差值进行比例积分PI调节，获得占空比信号；
基于所述占空比信号，生成第一驱动信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述无刷直流电机的当前转速，包括：
获取无刷直流电机的端电压；基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻；
确定连续两次无刷直流电机的反电动势过零点的时刻之间的时间差；
基于所述时间差，确定无刷直流电机的当前转速。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述端电压，确定无刷直流电机的反电动势过零点的时刻，包括：
将获得的所述端电压与存储的参考电压进行比较；确定所述端电压与所述存储的参考电压相等的时刻；将所述时刻作为无刷直流电机的反电动势过零点的时刻。
5.一种控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块、生成模块以及控制模块，其中：
所述获取模块，用于获取当前直流母线电压、当前直流母线电流及无刷直流电机的当前转速；
所述生成模块，用于基于所述当前直流母线电压和所述当前直流母线电流，生成第一驱动信号；所述第一驱动信号用于控制施加在所述无刷直流电机的电压；基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定换相超前角度；基于所述换相超前角度，更新换相延迟角度；基于所述当前直流母线电压和所述当前转速，确定反电动势过零修正值；基于所述反电动势过零修正值对存储的参考电压进行修正，获得修正的参考电压；基于所述更新的换相延迟角度和所述修正的参考电压，生成第二驱动信号；所述第二驱动信号用于控制所述无刷直流电机换相；
所述控制模块，用于基于所述第一驱动信号以及所述第二驱动信号对所述无刷直流电机进行恒功率控制。
6.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
7.一种控制装置，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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