CN112994540B - 电机控制方法、装置以及电机控制器和电机和家用电器 - Google Patents

电机控制方法、装置以及电机控制器和电机和家用电器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机控制方法、装置以及电机和家用电器，其中，控制方法可以包括：获取电机霍尔信号和PWM信号；根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；计算平均超前角度；根据电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机。通过PWM信号对应的电角度对电机换相时机进行控制，由于PWM的调制频率固定，所以每个PWM周期的时间固定，因此通过PWM信号周期个数能保证每次电机的换相期超前角度一致。保证电机平稳的运行。

Description

电机控制方法、装置以及电机控制器和电机和家用电器
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及到一种电机控制方法、装置以及电机和家用电器。
背景技术
电机在高速运行时，要想达到预设的转速，通常需要进行弱磁控制。弱磁控制即反电动势过零前将电流驱动到绕组；通常以霍尔跳变沿为基准，在霍尔跳变沿之前一定角度励磁，常用手段是预设励磁时间，但电机在运行过程中，转速会变化，因此霍尔周期是变化的，固定一预设时间会导致提前角度不一致，电流出现峰值，电机运行不平稳。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题为如何提高无刷直流电机的效率。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，包括：获取电机霍尔信号和PWM信号；根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；计算平均超前角度；根据电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机。
可选地，所述计算平均超前角度包括：获取电机运行状态参数；根据所述运行状态参数计算所述电机超前角。
可选地，所述根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度包括：根据所述霍尔信号和所述PWM信号分别确定所述霍尔信号周期和所述PWM信号周期；根据所述霍尔信号周期对应的电角度确定所述PWM信号周期对应的第一电角度。
可选地，所述根据所述电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机包括：利用所述第一电角度计算霍尔信号半周期对应的PWM信号周期的第一个数；利用所述第一电角度计算所述平均超前角度对应的PWM信号周期的第二个数；基于所述霍尔信号的跳边沿对所述PWM信号周期进行计数；判断计数值是否达到所述第一个数与所述第二个数的差；当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，控制所述电机换相。
可选地，当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，计算所述PWM信号周期计数个数对应的第二电角度；判断所述第二电角度是否超前预设电角度；当所述第二电角度超前所述预设电角度时，控制所述电机在所述第二电角度时换相。
可选地，当所述第二电角度滞后所述预设电角度时，控制所述电机在所述预设电角度时换相。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种电机控制装置，包括：获取模块，获取电机霍尔信号和PWM信号；第一计算模块，用于根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；第二计算模块，用于计算平均超前角度；控制换相模块，用于根据所述电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种电机，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面任一项所述的电机控制方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种家用电器，包括：上述第三方面所述的电机。
可选地，所述家用电器包括豆浆机、破壁料理机、榨汁机、洗衣机、空调和吸尘器中的至少之一。
本发明实施例提供的电机控制方法、装置以及电机和家用电器，通过PWM信号对应的电角度对电机换相时机进行控制，由于PWM的调制频率固定，所以每个PWM周期的时间固定，因此通过PWM信号周期个数能保证每次电机的换相期超前角度一致。保证电机平稳的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实施例的电机控制方法的示意图；
图2示出了本实施例的另一电机控制方法的示意图；
图3示出了本实施例的另一电机控制方法的示意图；
图4示出了本实施例的电机的PWM信号与霍尔信号的波形图；
图5示出了本实施例的电机的PWM信号与霍尔信号的另一波形图；
图6示出了本实施例的电机的PWM信号与霍尔信号的另一波形图；
图7示出了本实施例的电机控制装置的示意图；
图8示出了本发明实施例的电机控制器的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如背景技术所述，现在对无刷直流电机的效率要求越来越高，直流无刷电机在运行时，反电动势波形为正/余弦波，发明人发现，在相电流与反电动势波形跟随时，电机效率最高。为提高相电流对反电动波形的跟随度，根据霍尔跳变沿来实现相电压换相，此时只是单脉冲控制方式，半个霍尔周期内只是前半部分给绕组通电，半个霍尔周期内后半部分让绕组续流，使相电流在理论上成正/余弦曲线变化，然而，在实际应用的过程中，即使采用上述方法，也难以达到理想的效率值，后经发明人研究发现，半个霍尔周期内后半部分由于关断相电压，电流在下降是并没有按照正/余弦曲线下降，而是以交正/余弦更快的下降速度的曲线下降如图1所示的电机控制波形图，出现反电动势和相电流不同步，从而导致电机效率较低。
本发明实施例提供了一种电机控制方法，用于提高无刷直流电机的效率，具体的，如图2所示，该方法可以包括如下步骤：
S100.获取电机霍尔信号和PWM信号。
S200.根据电机霍尔信号和PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度。在本实施例中，电机在运行过程中，电机控制电路输出占空比控制信号，即脉宽调制(PWM)信号，PWM信号控制驱动电路输出驱动电压，驱动电机转动，可以根据电机的转速以及PWM信号的频率确定每个PWM信号对应的电角度。更为直观的，霍尔信号可以用于表征电机的状态，在本实施例中，可以通过霍尔信号计算每个PWM信号周期对应的第一电角度，具体的，在获取到电机霍尔信号和PWM信号后，确定霍尔信号周期和PWM信号周期；确定半个霍尔周期或一个霍尔周期对应的PWM周期的个数，再根据霍尔周期对应的电角度计算每个PWM信号周期对应的第一电角度。
S300.计算平均超前角度。在本实施例中，可以通过电机的电流计算电机超前角，具体的，可以先确定电机的超前角运行参数，所称运行参数可以包括：电机当前的转速FG、电机线电压Vs，电机线电压Vs与PWM信号的占空比成比例。通过运行参数计算超前角的计算参数，以基于平均电路计算的相位超前角算法为例，相位超前角计算参数可以具体包括增益参数k和偏置参数LA0，增益函数k和偏置函数LA0都是与电机负载轻重相关的参数，而电机负载的轻重程度可以用电机线电压Vs和电机转速FG之比来表征，比值越大，负载越重；比值越小，负载越轻。因此增益函数k和偏置函数LA0可以分别表示为：
k＝f(FG,Vs) (式1)
LA0＝g(FG,Vs) (式2)
f(FG，Vs)和g(FG，Vs)分别为电机负载轻重的函数。进一步的，f(FG，Vs)可以为Vs/FG的连续函数，或者可以由查表得到。相位超前角计算参数并不限于增益参数k和偏置参数LA0，还可能包括平均电流的二次方系数等其他参数。此处例举的增益参数k和偏置参数LA0仅为一种具体的实施例，并非对本发明技术方案的限定。仍以采用基于电机平均电流的自动相位超前角算法为例，相位超前角LA的计算公式可以为：
LA＝k·I+LA0 (式3)
其中，I为电机的电流。具体的可以为电机的平均电流。在本实施例中，所称的计算的电机超前角可以为由平均电流计算得到的平均超前角。
S400.根据电机霍尔信号、平均超前角度和第一电角度确定电机的换相时机。在本实施例中，可以利用计算得到的电极超前角和第一电角度确定电极超前角需要的PWM周期的个数。利用霍尔半个周期内的PWM周期的个数与电极超前角需要的PWM周期的个数可以确定电机在霍尔信号跳变后所需要的个数，在达到该个数后，电机进行换相。例如：半个霍尔周期内允许的PWM周期个数为4个，4个PWM周期对应90°电角度，则每个PWM周期对应约23°，如要超前23°，则需要超前1个PWM周期；因此在霍尔跳变沿时开始发PWM，同时计数PWM个数，当计数到第3个PWM周期结束时换相，这样保证每半个霍尔周期都超前1个PWM周期，超前角度都为23°，因此超前角度一致。
通过PWM信号对应的电角度对电机换相时机进行控制，由于PWM的调制频率固定，所以每个PWM周期的时间固定，因此通过PWM信号周期个数能保证每次电机的换相期超前角度一致。
下面将结合图2-6对如何确定换相时机进行说明，具体的，如图2所示，上述步骤S400可以包括：
S411.利用第一电角度计算霍尔信号半周期对应的PWM信号周期的第一个数。在本实施例中，先确定PWM信号频率，计算PWM信号的周期，以霍尔信号半周期计算在霍尔信号半周期内存在的PWM信号周期的第一个数。
S412.利用第一电角度计算平均超前角度对应的PWM信号周期的第二个数。在本实施例中，步骤S411和步骤S412的顺序可以互换，在本实施例中并不限定步骤S411和步骤S412的执行顺序。
S413.基于霍尔信号的跳边沿对PWM信号周期进行计数。实时检测霍尔信号的跳边沿信号，在霍尔信号发生跳变时，开始对该霍尔信号的半个周期内的PWM信号周期进行计数。
S414.判断计数值是否达到第一个数与第二个数的差；当计数值达到第一个数与第二个数的差值时，进入步骤S415。当计数值未达到第一个数与第二个数的差值时，返回步骤S413。
S415。控制电机换相。电机换相时以PWM信号周期计数个数对应的第二电角度进行换相。
负载变化转速出现波形时，霍尔周期发生改变，此时会出现在下一周期超前角度不一致的情况，为保证电机换相的超前较为一致，作为可选的实施例，如图3所示，上述步骤S4可以包括：
S421.利用第一电角度计算霍尔信号半周期对应的PWM信号周期的第一个数。在本实施例中，先确定PWM信号频率，计算PWM信号的周期，以霍尔信号半周期计算在霍尔信号半周期内存在的PWM信号周期的第一个数。
S422.利用第一电角度计算平均超前角度对应的PWM信号周期的第二个数。在本实施例中，步骤S422和步骤S421的顺序可以互换，在本实施例中并不限定步骤S422和步骤S421的执行顺序。
S423.基于霍尔信号的跳边沿对PWM信号周期进行计数。实时检测霍尔信号的跳边沿信号，在霍尔信号发生跳变时，开始对该霍尔信号的半个周期内的PWM信号周期进行计数。
S424.判断计数值是否达到第一个数与第二个数的差；当计数值达到第一个数与第二个数的差值时，进入步骤S425。当计数值未达到第一个数与第二个数的差值时，返回步骤S423。
S425.计算PWM信号周期计数个数对应的第二电角度。所称第二电角度为从开始计数值满足计数个数时PWM信号周期对应的电角度。
S426.判断第二电角度是否超前预设电角度。在本实施例中，可以判断计数的PWM信号的结束点与预设角度的位置，当第二电角度超前预设电角度时，即PWM信号的结束点超前预设角度的位置，可以参见图4所示的PWM信号结束点与预设电角度的关系，进入步骤S427。当第二电角度滞后预设电角度时，即PWM信号的结束点滞后预设电角度的位置，可以参见图5所示的PWM信号结束点与预设电角度的关系，进入步骤S428。在本实施例中，还存在第二电角度是与超前预设电角度重合的情况，在第二电角度是与超前预设电角度重合时，以第二电角度和超前预设电角度为准进行换相，具体的可以参见图6所示的PWM信号结束点与预设电角度的关系。
S427.控制电机在第二电角度时换相。
S428.控制电机在预设电角度时换相。
本发明实施例提供了一种电机控制装置，如图7所示，包括：获取模块10，获取电机霍尔信号和PWM信号；第一计算模块20，用于根据电机霍尔信号和PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；第二计算模块30，用于计算平均超前角度；控制换相模块40，用于根据电机霍尔信号、平均超前角度和第一电角度确定电机的换相时机。
本发明实施例还提供了一种电机，如图8所示，该控制器包括一个或多个处理器41以及存储器42，图8中以一个处理器43为例。
该控制器还可以包括：输入装置43和输出装置44。
处理器41、存储器42、输入装置43和输出装置44可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
处理器41可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器41还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable 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、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器42作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的控制方法对应的程序指令/模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的控制方法。
存储器42可以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、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据服务器操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器42可选包括相对于处理器41远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至网络连接装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置43可接收输入的数字或字符信息，以及产生与服务器的处理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置44可包括显示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器42中，当被一个或者多个处理器41执行时，执行如图1所示的方法。
本发明实施例提供了一种家用电器，包括：电机，以及上述实施例中描述的电机控制电路。再本实施例中，家用电器包括豆浆机、破壁料理机、榨汁机、洗衣机、空调和吸尘器中的至少之一。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各电机控制方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：
获取电机霍尔信号和PWM信号；
根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；
计算平均超前角度；
根据电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机；
所述根据所述电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机包括：
利用所述第一电角度计算霍尔信号半周期对应的PWM信号周期的第一个数；
利用所述第一电角度计算所述平均超前角度对应的PWM信号周期的第二个数；
基于所述霍尔信号的跳边沿对所述PWM信号周期进行计数；
判断计数值是否达到所述第一个数与所述第二个数的差；
当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，控制所述电机换相；
当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，
计算所述PWM信号周期计数个数对应的第二电角度；
判断所述第二电角度是否超前预设电角度；
当所述第二电角度超前所述预设电角度时，控制所述电机在所述第二电角度时换相。
2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述计算平均超前角度包括：
获取电机运行状态参数；
根据所述运行状态参数计算所述电机超前角。
3.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度包括：
根据所述霍尔信号和所述PWM信号分别确定所述霍尔信号周期和所述PWM信号周期；
根据所述霍尔信号周期对应的电角度确定所述PWM信号周期对应的第一电角度。
4.如权利要求1至3任一项所述的电机控制方法，其特征在于，
当所述第二电角度滞后所述预设电角度时，控制所述电机在所述预设电角度时换相。
5.一种电机控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，获取电机霍尔信号和PWM信号；
第一计算模块，用于根据所述电机霍尔信号和所述PWM信号计算PWM信号周期对应的第一电角度；
第二计算模块，用于计算平均超前角度；
控制换相模块，用于根据所述电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机；
所述根据所述电机霍尔信号、所述平均超前角度和所述第一电角度确定所述电机的换相时机包括：
利用所述第一电角度计算霍尔信号半周期对应的PWM信号周期的第一个数；
利用所述第一电角度计算所述平均超前角度对应的PWM信号周期的第二个数；
基于所述霍尔信号的跳边沿对所述PWM信号周期进行计数；
判断计数值是否达到所述第一个数与所述第二个数的差；
当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，控制所述电机换相；
当所述计数值达到所述第一个数与所述第二个数的差值时，
计算所述PWM信号周期计数个数对应的第二电角度；
判断所述第二电角度是否超前预设电角度；
当所述第二电角度超前所述预设电角度时，控制所述电机在所述第二电角度时换相。
6.一种电机，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-4任一项所述的电机控制方法。
7.一种家用电器，其特征在于，包括：
如权利要求6所述的电机。
8.如权利要求7所述的家用电器，其特征在于，
所述家用电器包括豆浆机、破壁料理机、榨汁机、洗衣机、空调和吸尘器中的至少之一。
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