CN112737428B

CN112737428B - 电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统

Info

Publication number: CN112737428B
Application number: CN202011578419.7A
Authority: CN
Inventors: 林立雄; 陈兰兰; 王颜章; 漆凌君; 王琰
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112737428A

Abstract

本申请涉及一种电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统，电机转速脉冲反馈控制方法包括设置电机目标输出脉冲数；采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；根据电机输出电流计算反馈脉冲数；比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行。本申请不需要霍尔传感器也可以获取反馈脉冲数，能够降低硬件成本，通过采样电机的输出电流，识别电机转子的位置，使得速度反馈可以输出任意脉冲数，从而解决输出脉冲单一，无法应用于不同极对数的电机的问题。

Description

电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统

技术领域

本申请属于空调技术领域，具体涉及一种电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统。

背景技术

直流无刷电机由于具有节能环保、可靠性和可控性都比较高、噪音小、容易实现智能化等特点被广泛应用到空调系统中。相关技术中，直流无刷电机带有反馈端口，通过在反馈端口设置霍尔传感器，该电机依靠霍尔传感器检测转子旋转的角度与转过的圈数，从而输出速度反馈脉冲数，从而进行电机控制。但带霍尔传感器的直流无刷电机成本较高，且由于电机的脉冲数在出厂前设置完成，霍尔传感器检测转子旋转的角度，反馈的脉冲数无法更改，如直流无刷电机使用的是4对磁极，使用三个霍尔传感器或者单个霍尔传感器，转子每转一圈，霍尔传感器就输出12个或者4个速度反馈脉冲。此种速度脉冲反馈机制较为单一，且不可更改，因此，若电机改变设置的脉冲数或造成速度脉冲反馈失效，无法进行电机控制。因此，采用霍尔传感器的电机反馈机制无法在多对极的电机中输出任意脉冲，不能满足不同用户的需求，影响用户体验。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中采用霍尔传感器的电机反馈机制无法在多对极的电机中输出任意脉冲，不能满足不同用户的需求，影响用户体验的问题，本申请提供一种电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统。

第一方面，本申请提供一种电机转速脉冲反馈控制方法，包括：

设置电机目标输出脉冲数；

采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；

根据所述电机输出电流计算反馈脉冲数；

比较所述目标输出脉冲数与所述反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行。

进一步的，所述根据所述电机输出电流计算电机反馈脉冲数，包括：

根据所述电机输出电流估算电机转子的位置和速度；

根据所述电机转子的位置和速度获取实时转子电角度；

在所述实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号；

根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数。

进一步的，所述根据所述电机输出电流估算电机转子的位置和速度，包括：

对电机输出电流进行坐标变换得到电流值和电压值；

将所述电流值和电压值输入转子位置与速度估算器估算出电机转子的位置和速度。

进一步的，所述坐标变换，包括：

Clark变换、park变换和反park变换。

进一步的，所述在所述实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号，包括：

计算输出脉冲比较值；

将所述实时转子电角度与所述输出脉冲比较值进行比较，在所述实时转子电角度被所述输出脉冲比较值整除时控制输出反馈脉冲信号。

进一步的，所述计算输出脉冲比较值，包括：

获取电机的极对数；

输出脉冲比较值＝极对数*360/(目标输出脉冲数*2)/180*32768。

进一步的，所述根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数包括：

获取实时转子电角度在0至电角度最大值范围内被所述输出脉冲比较值整除的个数；

电机反馈脉冲数＝1/2*(实时转子电角度在0至电角度最大值范围内被所述输出脉冲比较值整除的个数*极对数)。

进一步的，所述根据所述电机转子的位置和速度获取实时转子电角度，包括：

根据所述电机转子的位置和速度获取转子的实时机械角度；

将实时机械角度转换为机械角度对应数值；

根据所述机械角度对应数值和所述极对数获取实时转子电角度。

进一步的，还包括：

在转子电角度被输出脉冲比较值整除时控制输出引脚电平翻转得到脉冲信号；

根据脉冲信号计算电机的脉冲频率；

根据所述电机的脉冲频率计算电机实时转速。

第二方面，本申请提供一种电机转速脉冲反馈控制装置，包括：

设置模块，用于设置电机目标输出脉冲数；

采集模块，用于采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；

计算模块，用于根据所述电机输出电流计算反馈脉冲数；

比较模块，用于比较所述目标输出脉冲数与所述反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行。

第三方面，本申请提供一种控制器，包括：

如第二方面所述的电机转速脉冲反馈控制装置。

第四方面，本申请提供一种空调系统，包括：

如第三方面所述的控制器和电机。

进一步的，所述电机包括：直流无刷电机

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供的电机转速脉冲反馈控制方法、装置、控制器及空调系统，电机转速脉冲反馈控制方法包括设置电机目标输出脉冲数，采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流，根据电机输出电流计算反馈脉冲数，比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行，不需要霍尔传感器也可以获取反馈脉冲数，能够降低硬件成本，通过采样电机的输出电流，识别电机转子的位置，使得速度反馈可以输出任意脉冲数，从而解决输出脉冲单一，无法应用于不同极对数的电机的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请一个实施例提供的一种电机转速脉冲反馈控制方法的流程图。

图2为本申请另一个实施例提供的一种电机转速脉冲反馈控制方法的流程图。

图3为本申请另一个实施例提供的一种电机转速脉冲反馈控制方法的流程图。

图4为本申请一个实施例提供的一种电角度输出示意图。

图5为本申请一个实施例提供的一种脉冲输出示意图。

图6为本申请一个实施例提供的一种电机转速脉冲反馈控制装置的功能结构图。

图7为本申请一个实施例提供的一种空调系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

图1为本申请一个实施例提供的电机转速脉冲反馈控制方法的流程图，如图1所示，该电机转速脉冲反馈控制方法包括：

S11：设置电机目标输出脉冲数；

S12：采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；

S13：根据电机输出电流计算反馈脉冲数；

S14：比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行。

传统直流无刷电机转速脉冲反馈控制是通过在反馈端口设置霍尔传感器，该电机依靠霍尔传感器检测转子旋转的角度与转过的圈数，从而输出速度反馈脉冲数，从而进行电机控制。但带霍尔传感器的直流无刷电机成本较高，且电机反馈的脉冲数无法更改，如直流无刷电机使用的是4对磁极，使用三个霍尔传感器或者单个霍尔传感器，转子每转一圈，霍尔传感器就输出12个或者4个速度反馈脉冲。此种速度脉冲反馈机制较为单一，且不可更改，因此，若电机改变设置的脉冲数或造成速度脉冲反馈失效，无法进行电机控制。因此，采用霍尔传感器的电机反馈机制无法在多对极的电机中输出任意脉冲，不能满足不同用户的需求，影响用户体验。

本实施例中，通过设置电机目标输出脉冲数，采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流，根据电机输出电流计算反馈脉冲数，比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行，不需要霍尔传感器也可以获取反馈脉冲数，能够降低硬件成本，通过采样电机的输出电流，识别电机转子的位置，使得速度反馈可以输出任意脉冲数，从而解决输出脉冲单一，无法应用于不同极对数的电机的问题。

本申请一个实施例提供另一种电机转速脉冲反馈控制方法，如图2所示流程图，该电机转速脉冲反馈控制方法包括：

S21：根据电机输出电流估算电机转子的位置和速度；

一些实施例中，根据电机输出电流估算电机转子的位置和速度，具体包括：

S211：对电机输出电流进行坐标变换得到电流值和电压值；

坐标变换，包括但不限于：Clark变换、park变换和反park变换等。

S212：将电流值和电压值输入转子位置与速度估算器估算出电机转子的位置和速度。

需要说明的是，转子位置与速度估算器的估算过程为现有技术，这里不再赘述。

S22：根据电机转子的位置和速度获取实时转子电角度；

根据电机转子的位置和速度可知转子是否转动一圈，转子转动一圈过程中，转子的电角度值会由0-电角度最大值之间循环增加，因此可根据电机转子的位置和速度得到转子电角度。

一些实施例中，根据电机转子的位置和速度获取实时转子电角度，包括：

S221：根据电机转子的位置和速度获取转子的实时机械角度；

S222：将实时机械角度转换为机械角度对应数值；

S223：根据机械角度对应数值和极对数获取实时转子电角度。

S23：在实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号；

一些实施例中，在实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号可以通过以下方式实现：

S231：计算输出脉冲比较值；

一些实施例中，计算输出脉冲比较值，包括：

获取电机的极对数；

输出脉冲比较值＝极对数*360/(目标输出脉冲数*2)/180*32768。

S232：将实时转子电角度与所述输出脉冲比较值进行比较，在实时转子电角度被所述输出脉冲比较值整除时控制输出反馈脉冲信号。

S24：根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数。

一些实施例中，根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数可以通过以下方式实现：

获取实时转子电角度在0至电角度最大值范围内被输出脉冲比较值整除的个数；

电机反馈脉冲数＝1/2*(实时转子电角度在0至电角度最大值范围内被输出脉冲比较值整除的个数*极对数)。

根据电机转子的位置和速度获取实时转子电角度，电角度最大值为极对数与机械角度最大值对应数值的乘积，机械角度的最大值为360度，机械角度最大值对应数值为65536,极对数可以根据电机的参数如电机型号获取。

在一个极对数下，转子转动过程中，转子的电角度值会由0-65536循环增加，并与FG_Angle的值进行判断比较，若能整除，则输出一个脉冲信号。

如图3所示，采集电机输出的三相电流，经过Clark变换、park变换以及反park变换得出三相电流及电压，将三相电流及电压输入至转子位置与速度估算器估算出转子的速度和位置，在转子转动过程中获得转子转过的电角度α，电角度α如图4所示。

直流无刷电机转子转过一圈的机械角度为360度，因此对应的电角度则是电机转子的极对数乘以机械角度，这里设定是4对极，也就是4*360。输出一个脉冲信号，会翻转两次电平，因此脉冲数要乘以2；除以180然后再乘以32768则是把转子转过的机械角度相对应的转变为电角度的值。因此公式的最后就会得出一个脉冲信号的输出，其转过的相对应的转子电角度值是FG_Angle。因此，设定FG_Angle为输出脉冲的比较值，FG_Angle＝极对数*360/(输出脉冲数*2)/180*32768。以极对数为4举例，设定目标输出脉冲数为12，那么根据公式计算得到的FG_Angle的数值则为10923。而转子转过的电角度α增加到能被FG_Angle整除时，就输出一个脉冲电平转换信号，65536/10923约等于6，因此反馈信号输出信号引脚电平变化6次，由于输出一个脉冲信号，会翻转两次电平，因此一个极对数下输出脉冲数为3个，由于极对数为4，因此，电角度α从增加到65536或循环4次，3*4＝12即转子每转一圈，可以反馈输出12个脉冲信号，脉冲输出信号如图5所示。

若用户需要更改目标输出脉冲数为5，则根据公式可以计算出目标输出脉冲数为5对应的输出脉冲的比较值，65536除以输出脉冲的比较值可以得到电平变化次数，根据电平变化次数得到一个极对数下输出脉冲数，再根据预设的极对数，可得转子每转一圈，可以反馈输出5个脉冲信号。

一些实施例中，还包括：

根据脉冲信号计算电机的脉冲频率；

根据电机的脉冲频率计算电机实时转速。

电机转速公式n＝60*f/p，其中n为电机转速，f为电机输出脉冲信号的频率，p为电机的极对数。通过万用表在电机控制板的FG端口可以检测出单位时间内输出的脉冲总数，根据转子转动一圈输出的脉冲数和单位时间内输出的脉冲总数可以计算出电机输出脉冲信号的频率f，根据上述公式可以计算电机转速。

空调系统获取到实时电机转速后可以根据需要进行调整转速控制以及根据电机转速控制其他负载运行。

本实施例中，通过对电机三相电流的采样，进而识别出转子的位置以及转动的角度，可以获取任意目标输出脉冲数控制下的反馈脉冲数，使得直流无刷电机速度反馈脉冲可变，克服输出脉冲单一，不同磁极对数电机无法通用的技术缺陷。

图6为本申请一个实施例提供的电机转速脉冲反馈控制装置的功能结构图，如图6所示，该电机转速脉冲反馈控制装置包括：

设置模块61，用于设置电机目标输出脉冲数；

采集模块62，用于采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；

计算模块63，用于根据电机输出电流计算反馈脉冲数；

比较模块64，用于比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行。

本实施例中，通过设置模块设置电机目标输出脉冲数，采集模块采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流，计算模块根据电机输出电流计算反馈脉冲数，比较模块比较目标输出脉冲数与反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行，不需要霍尔传感器也可以获取反馈脉冲数，能够降低硬件成本，通过采样电机的输出电流，识别电机转子的位置，使得速度反馈可以输出任意脉冲数，从而解决输出脉冲单一，无法应用于不同极对数的电机的问题。

本申请一个实施例提供一种控制器，包括：

如上述实施例所述的电机转速脉冲反馈控制装置。

图7为本申请一个实施例提供的电机转速脉冲反馈控制装置的功能结构图，如图7所示，该空调系统包括：

如上述实施例所述的控制器71和电机72。一些实施例中，电机72包括：直流无刷电机。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块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。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电机转速脉冲反馈控制方法，其特征在于，包括：

设置电机目标输出脉冲数；

采集电机在目标输出脉冲数控制下的输出电流；

根据电机输出电流计算反馈脉冲数；

比较所述目标输出脉冲数与所述反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行；

所述根据所述电机输出电流计算电机反馈脉冲数，包括：

根据所述电机输出电流估算电机转子的位置和速度；

根据所述电机转子的位置和速度获取实时转子电角度；

在所述实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号；

根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数；

所述在所述实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号，包括：

计算输出脉冲比较值；

将所述实时转子电角度与所述输出脉冲比较值进行比较，在所述实时转子电角度被所述输出脉冲比较值整除时控制输出反馈脉冲信号；

所述计算输出脉冲比较值，包括：

获取电机的极对数；

输出脉冲比较值＝极对数*360/(目标输出脉冲数*2)/180*32768；

所述根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数包括：

2.根据权利要求1所述的电机转速脉冲反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述电机输出电流估算电机转子的位置和速度，包括：

对电机输出电流进行坐标变换得到电流值和电压值；

3.根据权利要求2所述的电机转速脉冲反馈控制方法，其特征在于，所述坐标变换，包括：

Clark变换、park变换和反park变换。

4.根据权利要求1所述的电机转速脉冲反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述电机转子的位置和速度获取实时转子电角度，包括：

根据所述电机转子的位置和速度获取转子的实时机械角度；

将实时机械角度转换为机械角度对应数值；

5.根据权利要求1所述的电机转速脉冲反馈控制方法，其特征在于，还包括：

根据脉冲信号计算电机的脉冲频率；

根据所述电机的脉冲频率计算电机实时转速。

6.一种电机转速脉冲反馈控制装置，其特征在于，包括：

设置模块，用于设置电机目标输出脉冲数；

计算模块，用于根据电机输出电流计算反馈脉冲数；

比较模块，用于比较所述目标输出脉冲数与所述反馈脉冲数，根据比较结果控制电机运行；

所述根据所述电机输出电流计算电机反馈脉冲数，包括：

根据所述电机输出电流估算电机转子的位置和速度；

根据所述电机转子的位置和速度获取实时转子电角度；

在所述实时转子电角度满足要求时控制输出反馈脉冲信号；

根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数；

计算输出脉冲比较值；

所述计算输出脉冲比较值，包括：

获取电机的极对数；

输出脉冲比较值＝极对数*360/(目标输出脉冲数*2)/180*32768；

所述根据输出反馈脉冲信号个数计算电机反馈脉冲数包括：

7.一种控制器，其特征在于，包括：

如权利要求6所述的电机转速脉冲反馈控制装置。

8.一种空调系统，其特征在于，包括：

如权利要求7所述的控制器和电机。

9.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于，所述电机包括：

直流无刷电机。