CN113014155B - 电机控制方法、装置以及电机控制器和电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制方法、装置以及电机控制器和电机，其中，控制方法可以包括：获取电机的相电流；判断所述相电流绝对值是否为下降趋势；如果所述相电流绝对值为下降趋势，则控制输出补偿相电压。在单脉冲控制方式中，半个霍尔周期内只是前半部分以第一脉冲宽度的相电压给绕组通电，半个霍尔周期内后半部分让绕组续流，第一脉冲宽度的相电压关闭，此时相电流可能会以较快的速率下降，出现相电流与反电动势下降速率不同，因此，在第一脉冲宽度的相电压关闭后，输出一个补偿相电压，延缓相电流的下降趋势，使得相电流尽量跟随反电动势的波形，从而提高电机效率。

Description

电机控制方法、装置以及电机控制器和电机

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、装置以及电机控制器和电机。

背景技术

由于无刷直流电机具有效率高，启动转矩大，控制方便等特点，其应用领域越来越广。无刷电机转动时，每个绕组都会产生反电动势电压，根据楞次定律，其方向与提供给绕组的主电压相反。这个反电动势极性与相电压相反。因此绕组两端的压降可以通过供电电压减去反电动势值算出。当电机以额定转速运行时，反电动势和供电电压间的电势差足以使电机消耗额定电流，提供额定转矩，在对于无刷直流电机的效率要求越来越高的情况下，如何提高无刷直流电机的效率成为亟待解决的技术问题。

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：获取电机的相电流；判断所述相电流绝对值是否为下降趋势；如果所述相电流绝对值为下降趋势，则控制输出补偿相电压。

可选地，所述控制输出补偿相电压包括：获取电机的霍尔信号；根据所述霍尔信号确定所述补偿相电压的输出时刻。

可选地，所述根据霍尔信号确定所述补偿相电压的输出时刻包括：根据霍尔信号确定电机的相电压的第一脉冲宽度；在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻之间输出所述补偿相电压。

可选地，所述在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻之间输出所述补偿相电压包括：在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻的中间时刻输出所述补偿相电压。

可选地，所述控制输出补偿相电压包括：判断所述相电流的绝对值是否小于第一预设值；当所述相电流的绝对值小于第一预设值时，输出所述补偿相电压。

可选地，所述控制输出补偿相电压包括：获取反电动势产生的反电动势电流；判断所述相电流与所述反电动势电流的差值绝对值是否大于第二预设值；当所述差值绝对值大于所述第二预设值时，输出所述补偿相电压。

可选地，在输出补偿相电压之后还包括：判断所述相电流值是否达到第三预设值；当所述相电流值达到第三预设值时，关断所述补偿相电压。

可选地，所述补偿相相电压包括至少一个第二脉冲宽度的补偿相电压；所述补偿相电压的第二脉冲宽度的和小于所述相电压的第一脉冲宽度。

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，用于获取电机的相电流；判断模块，用于判断所述相电流是否为下降趋势；控制模块，用于在所述相电流为下降趋势时，控制输出补偿相电压。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种电机控制器，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电机，包括：上述第四方面所述的电机控制器。

本发明实施例提供的电机控制方法、装置以及电机控制器和电机，在单脉冲控制方式中，半个霍尔周期内只是前半部分以第一脉冲宽度的相电压给绕组通电，半个霍尔周期内后半部分让绕组续流，第一脉冲宽度的相电压关闭，此时相电流可能会以较快的速率下降，出现相电流与反电动势下降速率不同，因此，在第一脉冲宽度的相电压关闭后，输出一个补偿相电压，延缓相电流的下降趋势，使得相电流尽量跟随反电动势的波形，从而提高电机效率。

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波形图；

图2示出了本实施例的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波形图；

图4示出了本实施例的电机控制装置的示意图；

图5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：

S1.获取电机相电流。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，产生相电流，具体的可以包括三相电流，可以通过电流检测电路对相电流进行取样得到所需的相电流的数据，在本实施例中，电机运行时，需要给电机输出一个第一脉冲宽度的相电压，可以根据霍尔信号确定相电压的发出时刻，一般的霍尔跳变沿即电流的换相时刻，此时，在半个霍尔周期内的前半部分给电机绕组输出一个第一脉冲宽度的相电压，使电流上升，具体的，第一脉冲宽度可以为四分之一霍尔周期。

S2.判断所述相电流绝对值是否为下降趋势。在本实施例中，在半个霍尔周期的后半部分，关断第一脉冲宽度的相电压，使绕组续流，此时，相电流会出现下降趋势。在本实施例中，可以通过比较两个或多个相邻或相间隔的相电流采用时刻采集到的相电流的值，通过比较多个相电流的值确定相电流绝对值的变化趋势，如果所述相电流绝对值为下降趋势，则进入步骤S3。如果相电流为上升趋势，则返回步骤S1。

S3.控制输出补偿相电压。在电流绝对值出现下降时，即第一脉冲宽度的相电压关闭，此时相电流可能会以较快的速率下降，出现相电流与反电动势下降速率不同，因此，在第一脉冲宽度的相电压关闭后，输出一个补偿相电压，延缓相电流的下降趋势，使得相电流尽量跟随反电动势的波形，从而提高电机效率，在本实施例，补偿电压的脉冲宽度可以根据补偿后的电流值确定，具体的，相电压不断输入至电机绕组时，相电流会不断上升，此时相电流可能会导致电流峰值超过电机硬件可承受范围，从而导致电机失效。因此，可以通过判断相电流的大小确定补偿电压的脉冲宽度，在相电流达到额定电流或者达到预设电流时，关断补偿相电压。补偿后的电机控制波形图可以参见图3所示的电机控制波形图。

下面将对如何输出补偿相电压进行详细介绍。作为一种可选的实施方式，可以按照时间输出补偿相电压，具体的，首先获取电机的霍尔信号，该霍尔信号可以包括霍尔周期，利用霍尔信号确定补偿相电压的输出时刻，在本实施例中，通常霍尔跳变沿即电流的换相时刻，此时，在半个霍尔周期内的前半部分给电机绕组输出一个第一脉冲宽度的相电压，第一脉冲宽度的相电压被关断的时刻至霍尔跳变时刻此时相电流处于持续下降阶段，因此，可以在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻之间的任意时刻输出所述补偿相电压。由于相电流下降的开始时刻相电流的下降速度与反电动势的下降速度相似，此时，相电流波形对反电动势波形的跟随度较高，可以无需补偿，在后续继续下降过程中，相电流的下降速率逐渐加快，因此，需要补偿，具体的，可以在相电压关断时刻和霍尔跳变时刻的中间时刻输出所述补偿相电压。具体的，补偿相电压的脉冲宽度可以为宽度为八分之一霍尔周期，补偿电压的脉冲宽度还可以是其他值，可以根据相电流的大小确定补偿电压的脉冲宽度。在本实施例中，只要补偿后，相电流不超过预设相电流，该预设相电流值可以为第一脉冲宽度相电压关断时刻的相电流值。

作为另一可选的实施方式，可以根据当前时刻的相电流值确定补偿相电压的补偿时刻，具体的，判断所述相电流的绝对值是否小于第一预设值；当所述相电流的绝对值小于第一预设值时，输出所述补偿相电压。具体的，可以根据相电流下降的规律计算出在电流下降至一定值时，输出补偿相电压，例如下降至第一脉冲宽度相电压关断时刻的相电流值的一半或者三分之一时输出补偿相电压。作为另一种更为直观的补偿方法，可以计算相电流与反电动势之间的偏离度，在偏离度大于预设偏离度时，输出补偿电压，具体的，可以计算或者获取反电动势产生的反电动势电流，相电流与所述反电动势电流的差值绝对值大于第二预设值，输出所述补偿相电压。也可以在同一坐标系下计算相电流曲线与反电动势曲线之间的偏离度。

另外，需要说明的是，输出补偿电压后，补偿后的相电流的值不能超过第一脉冲宽度相电压关断时刻的相电流值。更需要说明的是，在输出补偿相电压时，可以分多段进行补偿，即可以输出多个第二脉冲宽度相同或不同的补偿相电压。并且，多个第二脉冲宽度之和小于第一脉冲宽度，多个第二脉冲可以为连续或者不连续，其间隔时间可以相同也可以不同。

本发明实施例提供了一种电机控制装置，如图4所示，包括：获取模块10，用于获取电机的相电流；判断模块20，用于判断所述相电流是否为下降趋势；控制模块30，用于在所述相电流为下降趋势时，控制输出补偿相电压。

本发明实施例还提供了一种电机控制器，如图5所示，该控制器包括一个或多个处理器41以及存储器42，图5中以一个处理器41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。

本发明实施例还提供了一种电机，该电机包括上述具体实施方式中的电机控制器。

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 (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：

获取电机的相电流；

判断所述相电流绝对值是否为下降趋势；

如果所述相电流绝对值为下降趋势，则控制输出补偿相电压；

所述控制输出补偿相电压包括：

获取反电动势产生的反电动势电流；

判断所述相电流与所述反电动势电流的差值绝对值是否大于第二预设值；

当所述差值绝对值大于所述第二预设值时，输出所述补偿相电压。

2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述控制输出补偿相电压包括：

获取电机的霍尔信号；

根据所述霍尔信号确定所述补偿相电压的输出时刻。

3.如权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据霍尔信号确定所述补偿相电压的输出时刻包括：

根据霍尔信号确定电机的相电压的第一脉冲宽度；

在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻之间输出所述补偿相电压。

4.如权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻之间输出所述补偿相电压包括：

在所述相电压关断时刻和霍尔跳变时刻的中间时刻输出所述补偿相电压。

5.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述控制输出补偿相电压包括：

判断所述相电流的绝对值是否小于第一预设值；

当所述相电流的绝对值小于第一预设值时，输出所述补偿相电压。

6.如权利要求1-5任意一项所述的电机控制方法，其特征在于，在输出补偿相电压之后还包括：

判断所述相电流值是否达到第三预设值；

当所述相电流值达到第三预设值时，关断所述补偿相电压。

7.如权利要求6所述的电机控制方法，其特征在于，

所述补偿相电压包括至少一个第二脉冲宽度的补偿相电压；

所述补偿相电压的第二脉冲宽度的和小于所述相电压的第一脉冲宽度。

8.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取电机的相电流；

判断模块，用于判断所述相电流是否为下降趋势；

控制模块，用于在所述相电流为下降趋势时，控制输出补偿相电压；

所述控制输出补偿相电压包括：

获取反电动势产生的反电动势电流；

判断所述相电流与所述反电动势电流的差值绝对值是否大于第二预设值；

当所述差值绝对值大于所述第二预设值时，输出所述补偿相电压。

9.一种电机控制器，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1-7任一项所述的电机控制方法。

10.一种电机，其特征在于，包括：权利要求9所述的电机控制器。

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