CN113258846A - 基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、电机启动状态检测方法及计算机可读存储介质，装置包括电压采样模块、电流采样模块、比较器以及控制模块，其中：比较器，用于获取电机的一相反电动势，以得到与该反电动势和零电势对应的比较信号，并将比较信号发送至控制模块；控制模块，用于根据比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态，并当电机的运行状态不为静止状态时，根据接收到的电流采样模块发送的电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。通过只采集一相反电动势并通过电流数据来判断电机的启动状态，从而使得能够减少芯片引出的引脚数量以及比较器的数量，减少硬件资源，节约了成本。

Description

基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、方法及介质

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、电机启动状态检测方法及计算机可读存储介质。

背景技术

在电机启动运行前，电机一般存在三种状态，分别为静止状态、顺风状态和逆风状态。根据电机的启动状态不同，对其采取的启动方法也不同。在采用无感FOC控制方案时，通常采用比较三相的反电动势分别与中心点比较并根据比较结果来判断电机的启动状态。但是，这种方法需要在芯片上额外添加引脚用于采集反电动势，并且此方法需要三个比较器，占用硬件资源较多。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、电机启动状态检测方法及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中检测电机启动状态时硬件资源占用较多的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种电机启动状态检测装置，所述装置包括电压采样模块、电流采样模块、比较器以及控制模块，其中，所述电压采样模块的输入端连接电机的一相接线处，所述电压采样模块的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端接地，所述比较器的输出端连接所述控制模块的第一输入端；所述电流采样模块的输入端连接电机的接线处，所述电流采样模块的输出端连接所述控制模块的第二输入端；其中：

所述比较器，用于获取电机的一相反电动势，以得到与该反电动势和零电势对应的比较信号，并将所述比较信号发送至所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态，并在电机的运行状态不为静止状态，根据接收到的所述电流采样模块发送的电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

可选地，所述电流采样模块包括三个采样单元，每个采样单元分别连接电机的一相接线处；每个采样单元包括电阻，其中：

所述电阻的第一端分别连接所述控制模块的输入端以及所述电机的一相接线处，所述电阻的第二端接地。

为实现上述目的，本发明还提供一种电机启动状态检测方法，所述方法应用于如上所述的电机启动状态检测装置，所述方法包括：

获取一相反电动势，并根据该反电动势和零电势对应的比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态；

若否，则获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

可选地，所述根据该反电动势和零电势对应的比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态的步骤包括：

将所述反电动势与零电势进行比较，以得到所述反电动势是否大于零电势的电平信号；

根据所述电平信号判断电机的运行状态是否为静止。

可选地，所述根据所述电平信号判断电机的运行状态是否为静止的步骤包括：

判断所述电平信号在第一预设时间内是否出现电平反转；

若否，则所述电机的运行状态为静止；

若是，则所述电机的运行状态不为静止状态。

可选地，所述根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤的同时还包括：

根据所述电平信号计算所述电机的初始转速。

可选地，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

在所述电平信号出现第二次上升沿时，获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

可选地，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

获取一相电流数据，并判断所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件或预设一相电流逆风数据条件；

若所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

若所述一相电流数据符合预设一相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

可选地，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

获取两相电流数据，并根据所述两相电流数据获取两相电流的大小关系；

判断所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件或预设两相电流逆风数据条件；

若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制模块执行时实现如上所述的电机启动状态检测方法的步骤。

本发明提出的一种基于磁场定向控制的电机启动状态检测装置、电机启动状态检测方法及计算机可读存储介质，所述装置包括电压采样模块、电流采样模块、比较器以及控制模块，其中，所述电压采样模块的输入端连接电机的一相接线处，所述电压采样模块的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端接地，所述比较器的输出端连接所述控制模块的第一输入端；所述电流采样模块的输入端连接电机的接线处，所述电流采样模块的输出端连接所述控制模块的第二输入端；其中：所述比较器，用于获取电机的一相反电动势，以得到与该反电动势和零电势对应的比较信号，并将所述比较信号发送至所述控制模块；所述控制模块，用于根据所述比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态，并当电机的运行状态不为静止状态时，根据接收到的所述电流采样模块发送的电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。通过只采集一相反电动势并通过电流数据来判断电机的启动状态，从而使得能够减少芯片引出的引脚数量以及比较器的数量，减少硬件资源，节约了成本。

附图说明

图1为本发明电机启动状态检测装置的结构示意图；

图2为本发明电机启动状态检测装置中采样模块的结构示意图；

图3为本发明电机启动状态检测方法第一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

100，电压采样模块；200，电流采样模块；201，采样单元；300，比较器；400，控制模块；R1，电阻；Q，MOS管。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电机启动状态检测装置，参照图1，图1为本发明电机启动状态检测装置的结构示意图，所述装置包括电压采样模块100、电流采样模块200、比较器300以及控制模块400，其中，所述电压采样模块100的输入端连接电机的一相接线处，所述电压采样模块100的输出端连接所述比较器300的第一输入端，所述比较器300的第二输入端接地，所述比较器300的输出端连接所述控制模块400的第一输入端；所述电流采样模块200的输入端连接电机的接线处，所述电流采样模块200的输出端连接所述控制模块400的第二输入端；其中：

所述比较器300，用于获取电机的一相反电动势，以得到与该反电动势和零电势对应的比较信号，并将所述比较信号发送至所述控制模块400；

所述控制模块400，用于根据所述比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态，并当电机的运行状态不为静止状态时，根据接收到的所述电流采样模块200发送的电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

当电机扇叶受风力作用而发生转动时，励磁线圈切割磁感线，产生感应电动势。本实施例中的比较器300的第一输入端为同相输入端，比较器300的第二输入端为反向输入端。比较器300用于比较电机的一相反电动势与零电势以输出对应的电平信号，当反电动势大于零电势时，比较器300输出高电平；当反电动势小于或等于零电势时，比较器300输出低电平。控制模块400根据电平信号判断电机是否为静止状态。在电机不为静止状态时通过电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

本实施例是基于FOC（field-oriented control，磁场导向控制）的，由于 FOC本身就需要采样相电流，同时具备地引脚，因此在此基础上，就不用再多增加电流采样引脚，也不用增加地引脚，本实施例只需要增加电压采样的一个引脚即可采集需要的信号。

本实施例通过只采集一相反电动势并通过电流数据来判断电机的启动状态，从而使得能够减少芯片引出的引脚数量以及比较器300的数量，减少硬件资源，节约了成本。

进一步地，参见图2，所述电流采样模块200包括三个采样单元201，每个采样单元201分别连接电机的一相接线处；每个采样单元201包括R1，其中：

所述R1的第一端分别连接所述控制模块400的输入端以及所述电机的一相接线处，所述R1的第二端接地。

通过设置R1即可得到电机的每一相接线处的电流数据。需要说明的是，在本实施例中，电机的导通由三相全桥驱动电路进行控制。三相全桥驱动电路包括6个MOS管Q，其中上路的3个MOS管Q连接在在电源与电机的接线处之间，另外下路的3个MOS管Q连接在电机的接线处与采样单元201之间。在整个启动状态的判断过程中，上路的MOS管Q均处于截止状态，即电机的接线处没有外部供电；下路的MOS管Q在控制模块400需要采集电流数据时，根据控制模块400的指令导通。

本实施例能够合理地获取电流数据。

本发明提供还一种电机启动状态检测方法，参照图3，图3为本发明电机启动状态检测方法第一实施例的流程示意图，所述方法包括步骤：

步骤S10，获取一相反电动势，并根据该反电动势和零电势对应的比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态；

当电机扇叶受风力作用而发生转动时，励磁线圈切割磁感线，产生感应电动势，即反电动势。反电动势与零电势的相对状态即能够表征电机的运行状态。

步骤S20，若否，则获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

电流数据会跟随反电动势的不同而变化，而反电动势的变化则是取决于电机的运行状态，因此，可以根据电流数据来推断出电机的运行状态。

本实施例通过只采集一相反电动势并通过电流数据来判断电机的启动状态，从而使得能够减少芯片引出的引脚数量以及比较器的数量，减少硬件资源，节约了成本。

进一步地，在基于本发明的第一实施例所提出的本发明电机启动状态检测方法第二实施例中，所述步骤S10包括步骤：

步骤S11，将所述反电动势与零电势进行比较，以得到所述反电动势是否大于零电势的电平信号；

步骤S12，根据所述电平信号判断电机的运行状态是否为静止。

本实施例中，当反电动势大于零电势时，电平信号为高电平；当反电动势小于或等于零电势时，电平信号为低电平。

所述步骤S12包括步骤：

步骤S121，判断所述电平信号在第一预设时间内是否出现电平反转；

步骤S122，若否，则所述电机的运行状态为静止；

步骤S123，若是，则所述电机的运行状态不为静止状态。

在预设时间内电平信号为恒定电平时，即电平信号没有上升沿或下降沿的变化，表明电机当前转速很小，则可将电机的启动状态判定为静止状态，不再执行后续步骤；如果电平信号的电平状态在第一预设时间内变化，那么那么可以认定电机的初始转速不为0，判断电机处于顺逆风状态，继续执行后续步骤来进一步判断电机是处于顺风状态还是逆风状态。

本实施例能够合理地判断电机是否处于静止状态。

进一步地，在基于本发明的第三实施例所提出的本发明电机启动状态检测方法第三实施例中，在所述步骤S20的同时还包括步骤：

步骤S30，根据所述电平信号计算所述电机的初始转速。

若电平信号在第一预设时间内出现电平反转时，则需要计算电机的初始转速。具体地，记录电平信号中出现的一个上升沿以及与该上升沿相邻的下一个上升沿之间的时间间隔为电周期，根据所述电周期计算得到电机的初始转速。具体地，根据下述公式进行计算：

其中，

为电机的初始转速；

为电机的极对数；

为电周期。

本实施例能够准确地得到电机的初始转速。

进一步地，在基于本发明的第一实施例所提出的本发明电机启动状态检测方法第四实施例中，所述步骤S20包括步骤：

步骤S21，在所述电平信号出现第二次上升沿时，获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

当电平信号出现第二次上升沿时，控制下路的MOS管导通，此时控制模块能够检测到电流信号。本实施例中，控制与V相以及W相对应的下路的MOS管导通。

本实施例通过延迟获取电流数据以使得获得的电流数据更为准确。需要说明的是，具体延时时间会影响判断电机的初始状态的准确度，可根据电机初始状态判断的准确度适当调整延时。

进一步地，在基于本发明的第一实施例所提出的本发明电机启动状态检测方法第五实施例中，所述步骤S20包括步骤：

步骤S22，获取一相电流数据，并判断所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件或预设一相电流逆风数据条件；

步骤S23，若所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

步骤S24，若所述一相电流数据符合预设一相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

本实施例中的一相电流数据采用V相电流数据或W相电流数据。在电机处于顺风状态时，V相反电动势为负，W相反电动势为正，所以V相电流负，W相电流为正；在电机处于逆风状态时，V相反电动势为正，W相反电动势为负，所以V相电流为正，W相电流为负。

因此，当采集V相电流数据时，若检测到V相电流数据为正，则电机的运行状态为逆风状态，若检测到V相电流数据为负，则电机的运行状态为顺风状态；当采集W相电流数据时，若检测到W相电流数据为正，则电机的运行状态为顺风状态，若检测到W相电流数据为负，则电机的运行状态为逆风状态。

本实施例能够合理地通过一相电流数据判断电机的运行状态。

进一步地，在基于本发明的第一实施例所提出的本发明电机启动状态检测方法第六实施例中，所述步骤S20包括步骤：

步骤S25，获取两相电流数据，并根据所述两相电流数据获取两相电流的大小关系；

步骤S26，判断所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件或预设两相电流逆风数据条件；

步骤S27，若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

步骤S28，若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

本实施例以两相电流数据分别为W相电流数据与V相电流数据为例进行说明。

在电机处于顺风状态时，V相反电动势为负，W相反电动势为正，所以V相电流负，W相电流为正，此时V相电流小于W相电流；在电机处于逆风状态时，V相反电动势为正，W相反电动势为负，所以V相电流为正，W相电流为负，此时V相电流大于W相电流。

因此，当检测到V相电流小于W相电流时，则电机的运行状态为顺风状态；当检测到V相电流大于W相电流，则电机的运行状态为逆风状态。

本实施例能够合理地通过两相电流数据判断电机的运行状态。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。所述计算机可读存储介质可以是如ROM（Read-Only Memory，只读存储器）/RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）、磁碟、光盘中的至少一种，所述计算机可读存储介质包括若干指令用以使得一台具有控制模块的终端设备(可以是电视，汽车，手机，计算机，服务器，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本发明中，术语“第一”“第二”“第三”“第四”“第五”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，本发明保护的范围并不局限于此，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和替换，这些变化、修改和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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电机启动状态检测装置，其特征在于，所述装置包括电压采样模块、电流采样模块、比较器以及控制模块，其中，所述电压采样模块的输入端连接电机的一相接线处，所述电压采样模块的输出端连接所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端接地，所述比较器的输出端连接所述控制模块的第一输入端；所述电流采样模块的输入端连接电机的接线处，所述电流采样模块的输出端连接所述控制模块的第二输入端；其中：

所述比较器，用于获取电机的一相反电动势，以得到与该反电动势和零电势对应的比较信号，并将所述比较信号发送至所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态，并当电机的运行状态不为静止状态时，根据接收到的所述电流采样模块发送的电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

2.如权利要求1所述的电机启动状态检测装置，其特征在于，所述电流采样模块包括三个采样单元，每个采样单元分别连接电机的一相接线处；每个采样单元包括电阻，其中：

所述电阻的第一端分别连接所述控制模块的输入端以及所述电机的一相接线处，所述电阻的第二端接地。

3.一种电机启动状态检测方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1或2所述的电机启动状态检测装置，所述方法包括：

获取一相反电动势，并根据该反电动势和零电势对应的比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态；

若否，则获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

4.如权利要求3所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述根据该反电动势和零电势对应的比较信号判断电机的运行状态是否为静止状态的步骤包括：

将所述反电动势与零电势进行比较，以得到所述反电动势是否大于零电势的电平信号；

根据所述电平信号判断电机的运行状态是否为静止。

5.如权利要求4所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述根据所述电平信号判断电机的运行状态是否为静止的步骤包括：

判断所述电平信号在第一预设时间内是否出现电平反转；

若否，则所述电机的运行状态为静止；

若是，则所述电机的运行状态不为静止状态。

6.如权利要求5所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤的同时还包括：

根据所述电平信号计算所述电机的初始转速。

7.如权利要求4所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

在所述电平信号出现第二次上升沿时，获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态。

8.如权利要求3~7中任一项所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

获取一相电流数据，并判断所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件或预设一相电流逆风数据条件；

若所述一相电流数据符合预设一相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

若所述一相电流数据符合预设一相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

9.如权利要求3~7中任一项所述的电机启动状态检测方法，其特征在于，所述获取电流数据，并根据所述电流数据判断电机的运行状态是顺风状态或逆风状态的步骤包括：

获取两相电流数据，并根据所述两相电流数据获取两相电流的大小关系；

判断所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件或预设两相电流逆风数据条件；

若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流顺风数据条件，则所述电机的运行状态为顺风状态；

若所述两相电流的大小关系符合预设两相电流逆风数据条件，则所述电机的运行状态为逆风状态。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制模块执行时实现如权利要求3至9中任一项所述的电机启动状态检测方法的步骤。

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