CN113098333B - 一种空调伺服电机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种空调伺服电机的控制方法。若电压差V1≥设定的减速电压Vd，则伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向100％递增，在递增过程中，若电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％；若电压差V1<减速电压Vd，则伺服电机按初始占空比Pi驱动至目标位置，直至电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％。效提高伺服电机的控制精度，防止过冲，并防止电机在目标位置附近反复震荡。

Description

一种空调伺服电机的控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种空调伺服电机的控制方法。
背景技术
空调伺服电机是汽车空调系统主要的执行机构。伺服电机的控制精度直接决定了空调的自动控制效果。然而伺服电机的机械结构决定了其在控制过程中容易出现过冲及震荡的情况。现有的技术一般通过固定占空比驱动伺服电机，在检测到达目标位置后停止输出。由于惯性作用会导致实际停止位置越过目标位置，则会再次反向驱动电机。若再次越过目标位置则会形成反复震荡的情况。同时，在这种情况下不仅难以确保控制精度，而且会降低伺服电机的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种空调伺服电机的控制方法，提高了控制精度和电机的使用寿命。
本发明的技术方案包括：实时监测伺服电机位置，并计算伺服电机目标位置与实际位置的电压差V1；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则不对所述伺服电机进行控制；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且电压差V1≥设定的减速电压Vd，则伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向100％递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且所述电压差V1<减速电压 Vd，则伺服电机按初始占空比Pi驱动至所述目标位置，直至所述电压差 V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％。
较为优选的，当所述伺服电机的占空比降为0％时；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则完成对所述伺服电机的控制；
若实际位置的电压不处于迟滞区间内，则根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制。
较为优选的，若根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制达到设定次数后，依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则停止对所述伺服电机的控制。
较为优选的，所述迟滞区间为VT±a范围内，其中，VT为目标位置的电压值，a为设定电压值。
较为优选的，所述伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向 100％递增时，采用10％作为递增步长。
较为优选的，所述伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi时，采用10％作为递减步长。
较为优选的，若根据所述控制方法对伺服电机进行控制超过设定次数后，结束对所述伺服电机的控制。
较为优选的，车辆首次上电或每隔若干个点火周期后，首次驱动伺服电机时，对所述伺服电机的初始占空比Pi和迟滞区间进行自学习，并将所述自学习得到的新的初始占空比Pi和迟滞区间作为所述控制方法的参数。
较为优选的，所述对初始占空比Pi的自学习方法包括：
若所述电压差V1大于设定电压值Va，则所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，直至当前位置的电压与初始位置的电压差V2大于设定电压值Vb，则将此时的占空比更新为新的初始占空比Pi。
较为优选的，所述对迟滞区间的自学习方法包括：
当所述电压差V2大于设定电压值Vb后，继续将所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为 0％；
判断所述电压差V1是否处于迟滞区间内；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则缩小迟滞区间的范围，将缩小后的迟滞区间作为新的迟滞区间；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，则按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置后，再判断所述电压差V1是否处于迟滞区间，若所述实际位置的电压处于迟滞区间，或按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置n次后，所述实际位置的电压处于迟滞区间，则维持所述迟滞区间不变，若按新的初始占空比Pi驱动伺服电机超过n次依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间，则扩大所述迟滞区间的范围，将扩大后的迟滞区间作为新的迟滞区间。
本发明的有益效果为：本方案在目标位置处设置迟滞区间，通过实际位置与目标位置的电压差大小，在电压差较大时，逐渐增大电机占空比，能降低电机的磨损。在电压差变得足够小后，再逐渐降低占空比。有效提高伺服电机的控制精度，防止过冲，并防止电机在目标位置附近反复震荡。同时，通过自学习算法，不断匹配老化的执行机构，对Pi和迟滞区间进行更新，使电机的控制在执行机构老化的进程下始终保证稳定的控制精度。在逐渐增大占空比的过程中，将当前位置的电压与初始位置的电压差满足设定值时对应的占空比作为新的初始占空比Pi，其准确度高。对电机进行先增大占空比，再降低占空比的操作，通过其停止位的电压差是否容易处于迟滞区间，来对迟滞区间的范进行缩小或扩大，防止出现反复控制仍然无法到达迟滞区间的状况，进一步保证了控制精度。
附图说明
图1为本发明控制方法的流程示意图；
图2为本发明电压差V1≥设定的减速电压Vd的占空比控制曲线示意图；
图3为本发明电压差V1<设定的减速电压Vd的占空比控制曲线示意图；
图4为本发明控制方法与自学习流程示意图；
图5为本发明自学习流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种空调伺服电机的控制方法，提高了控制精度和电机的使用寿命。
本发明的技术方案包括：实时监测伺服电机位置，并计算伺服电机目标位置T与实际位置A的电压差V1；
若所述实际位置A的电压(即FeedBack电压)处于迟滞区间Vh(该区间为目标位置T的电压±a范围)内，则不对所述伺服电机进行控制；
如图2所示，若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且电压差V1 ≥设定的减速电压Vd，则伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向100％递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为 0％；
如图3所示，若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且所述电压差 V1<减速电压Vd，则伺服电机按初始占空比Pi驱动至所述目标位置，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％。
图中，Min～Max为伺服电机的运动行程。
较为优选的，当所述伺服电机的占空比降为0％时；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则完成对所述伺服电机的控制；
若实际位置的电压不处于迟滞区间内，则根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制。
较为优选的，若根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制达到设定次数后，依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则停止对所述伺服电机的控制。
较为优选的，所述迟滞区间为VT±a范围内，其中，VT为目标位置的电压值，a为设定电压值。
较为优选的，所述伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向 100％递增时，采用10％作为递增步长。
所述伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi时，采用10％作为递减步长。
较为优选的，若根据所述控制方法对伺服电机进行控制超过设定次数后，结束对所述伺服电机的控制。
实施例一
汽车空调当前出风模式为吹脚(对应FeedBack电压为1.4v)，当切换为吹面(对应FeedBack电压为4.5v)模式时会进行以下处理：
当前伺服电机位置为A电压为1.4V，目标T点电压为4.5V。T与A的差值为3.1V大于减速电压Vd(0.5V)。此时Motor+输出的占空比从初始占空比Pi(60％)开始驱动伺服电机转动，且每10ms增加10％占空比，40ms 后达到最大100％且维持。随着A点向T点不断移动，FeedBack电压从1.4v 不断向4.5v逼近。直至T与A的差值小于减速电压Vd(0.5v)，Motor+输出的占空比从100％开始下降，每10ms下降10％，当下降到Pi值时持续按照Pi输出。检测FeedBack电压等于或已经过T点电压(即T与A的差值不大于0)时停止(占空比0％)输出。此时若A的电压值在迟滞区间Vh (T点电压±0.05)内则认为电机已经到达目标位置。若未在迟滞区间内则根据电压差再次驱动电机动作。且当前最大驱动次数不大于3次。若3次驱动任未到达迟滞区间也停止驱动，直到下一个T点位置更新。
较为优选的，车辆首次上电或每隔若干个点火周期后，首次驱动伺服电机时，对所述伺服电机的初始占空比Pi和迟滞区间进行自学习，并将所述自学习得到的新的初始占空比Pi和迟滞区间作为所述控制方法的参数。
较为优选的，所述对初始占空比Pi的自学习方法包括：
若所述电压差V1大于设定电压值Va，则所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，直至当前位置的电压与初始位置的电压差V2大于设定电压值Vb，则将此时的占空比更新为新的初始占空比Pi。
较为优选的，所述对迟滞区间的自学习方法包括：
当所述电压差V2大于设定电压值Vb后，继续将所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为 0％；
判断所述电压差V1是否处于迟滞区间内；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则缩小迟滞区间的范围，将缩小后的迟滞区间作为新的迟滞区间；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，则按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置后，再判断所述电压差V1是否处于迟滞区间，若所述实际位置的电压处于迟滞区间，或按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置n次后，所述实际位置的电压处于迟滞区间，则维持所述迟滞区间不变，若按新的初始占空比Pi驱动伺服电机超过n次依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间，则扩大所述迟滞区间的范围，将扩大后的迟滞区间作为新的迟滞区间。
实施例二
自适应控制周期：首次上电或每隔50个点火周期后首次驱动伺服电机则会对该伺服电机的部分标定参数进行自适应。进入自适应控制周期且对 Pi，Vh值进行更新后需要重置点火周期计数器。
自适应控制周期内首次驱动伺服电机，且T与A的电压差值大于1V时 (行程足够大)，Motor+(电机驱动电压正)输出占空比会从10％开始递增，且每100ms增加10％。在每次增加占空比后会在下一个100ms时检测FeedBack的电压。当FeedBack电压与初始位置A电压的差值大于0.05v 时(电机被驱动)。记录此时的占空比并更新为新的初始占空比Pi。
同时电机继续按照每10ms增加10％占空比驱动至T与A的电压差值小于减速电压Vd(0.5v)时Motor+输出占空比从当前值按照每10ms递减10％下降。当下降至小于Pi电压后，占空比持续按照Pi输出，直至FeedBack 电压等于或经过T电压后，占空比降为0％。此时检测A的位置，若A未到达迟滞区间Vh内，则再次以固定Pi占空比驱动至T位置。如此反复直至到达Vh范围内，且最大调整次数为5次。若5次内任未到达则增加Vh 的范围至110％。
若第一次即到达Vh范围内则降低Vh范围为90％。其他情况Vh值不变。可根据伺服电机的参数说明书确定Vh的最大值与最小值，Vh必须在其可调范围内。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种空调伺服电机的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括
实时监测伺服电机位置，并计算伺服电机目标位置与实际位置的电压差V1；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则不对所述伺服电机进行控制；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且电压差V1≥设定的减速电压Vd，则伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向100％递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，且所述电压差V1<减速电压Vd，则伺服电机按初始占空比Pi驱动至所述目标位置，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％。
2.根据权利要求1所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：当所述伺服电机的占空比降为0％时；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则完成对所述伺服电机的控制；
若实际位置的电压不处于迟滞区间内，则根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制。
3.根据权利要求2所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：若根据所述控制方法重新对伺服电机进行控制达到设定次数后，依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则停止对所述伺服电机的控制。
4.根据权利要求2所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：所述迟滞区间为VT±a范围内，其中，VT为目标位置的电压值，a为设定电压值。
5.根据权利要求1所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：所述伺服电机的驱动占空比从初始占空比Pi开始逐渐向100％递增时，采用10％作为递增步长。
6.根据权利要求1所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：所述伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi时，采用10％作为递减步长。
7.根据权利要求2所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：若根据所述控制方法对伺服电机进行控制超过设定次数后，结束对所述伺服电机的控制。
8.根据权利要求2所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于：车辆首次上电或每隔若干个点火周期后，首次驱动伺服电机时，对所述伺服电机的初始占空比Pi和迟滞区间进行自学习，并将所述自学习得到的新的初始占空比Pi和迟滞区间作为所述控制方法的参数。
9.根据权利要求8所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于，所述对初始占空比Pi的自学习方法包括：
若所述电压差V1大于设定电压值Va，则所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，直至当前位置的电压与初始位置的电压差V2大于设定电压值Vb，则将此时的占空比更新为新的初始占空比Pi。
10.根据权利要求9所述的空调伺服电机的控制方法，其特征在于，所述对迟滞区间的自学习方法包括：
当所述电压差V2大于设定电压值Vb后，继续将所述伺服电机的驱动占空比逐渐递增，在所述递增过程中，若所述电压差V1小于减速电压Vd，则伺服电机驱动占空比从当前占空比逐渐递减至初始占空比Pi后持续按初始占空比Pi输出，直至所述电压差V1≤0时将伺服电机的占空比降为0％；
判断所述电压差V1是否处于迟滞区间内；
若所述实际位置的电压处于迟滞区间内，则缩小迟滞区间的范围，将缩小后的迟滞区间作为新的迟滞区间；
若所述实际位置的电压不处于迟滞区间内，则按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置后，再判断所述电压差V1是否处于迟滞区间，若所述实际位置的电压处于迟滞区间，或按新的初始占空比Pi驱动伺服电机至目标位置n次后，所述实际位置的电压处于迟滞区间，则维持所述迟滞区间不变，若按新的初始占空比Pi驱动伺服电机超过n次依然不能使所述实际位置的电压处于迟滞区间，则扩大所述迟滞区间的范围，将扩大后的迟滞区间作为新的迟滞区间。
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