CN114448305B - 一种电机的控制方法、电路、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种电机的控制方法、电路、装置、设备及存储介质，所述电机控制方法包括：确定所述电机在当前时段内的转速变化；根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
Description
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机的控制方法、电路、装置、设备及存储介质。
背景技术
相关技术中，步进电机的驱动电压是恒定不变的，即，采用固定的直流电压源即可获得驱动电压。但对于某些应用场景，例如，上下摇头风扇中的上下摇头的步进电机或左右摇头的步进电机，由于风扇的摇头机构在运行的过程中，需要电机所提供的力矩是变化的，电机通过同一力矩驱动摇头机构，会导致不必要的安全问题，造成资源浪费；同时，电机长时间额定功率运行，温升也比较高，过载能力也比较低，不利于电机的稳定可靠工作。
发明内容
本申请实施例期望提供一种电机的控制方法、电路、装置及存储介质。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种电机的控制方法，包括：确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)控制信号；基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
第二方面，本申请实施例提供一种电机的控制电路，包括：驱动电路，与所述电机的绕组电连接，用于向所述电机的绕组两端提供电压；控制器，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
第三方面，本申请实施例提供一种电机的控制装置，包括：第一确定模块，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；第二确定模块，用于根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；第三确定模块，用于根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；控制模块，用于基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
第四方面，本申请实施例提供一种电机的控制设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述电机的控制方法中的步骤。
第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述电机控制方法中的步骤。
本申请实施例提供的技术方案中，电机在运行的过程中，是根据电机在当前时段内的转速变化来确定电机在当前时刻的目标状态，根据当前时刻的目标状态确定电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号，基于在下一时刻的PWM控制信号，控制电机的驱动电路在下一时刻的输出电压的。因此，可以根据电机在不同的目标状态来确定不同的PWM控制信号，进而，电机的驱动电路得到不同的输出电压，即，电机所提供的力矩是根据所处的状态发生变化的，因此，电机不是一直以额定功率运行，避免资源浪费的同时，增强了电机的过载能力，有利于电机的稳定可靠工作。
在一些实施例中，电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。目标状态不同时，电机的力矩是不同的，例如，当电机在当前时刻的目标状态为第一状态，即，电机处于转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态时，电机的力矩较大；当电机在当前时刻的目标状态为第三状态，即，电机处于转速从最大稳定速度逐渐降低至零的状态时，电机的力矩较小。因此，对于不同的目标状态内的不同力矩，确定的下一时刻的PWM控制信号是不同的，电机的驱动电路在下一时刻的输出电压也是不同的，显然，并不是通过同一力矩来实现对电机的驱动电路的控制，因此，可以避免不必要的安全问题和资源浪费；同时，电机不是一直处于额定功率运行状态，温升也比较低，过载能力较强，有利于电机的稳定可靠工作。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种电机的控制方法的实现流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一电机控制方法的实现流程示意图；
图3为本申请实施例提供的又一电机控制方法的实现流程示意图；
图4为本申请实施例提供的四相八拍步进电机在目标状态内的驱动控制逻辑和电机驱动电路的PWM控制信号波形示意图；
图5为本申请实施例提供的步进电机的控制电路组成结构示意图；
图6为本申请实施例提供的U1的引脚PWM的输出时序波形和电机COM端的等效输入电压值的示意图；
图7为本申请实施例提供的电机的控制装置的组成结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种电机的控制设备的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
如果申请文件中出现“第一/第二”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
相关技术中，步进电机都是采用方波和恒压的控制方式运行，即电机的驱动电压一直是恒定不变的，可以简化电路、节省成本。但是随着步进电机应用的越来越广泛，使用场景的增多，例如，应用于上下摇头的风扇中的步进电机，在摇头机构向上运动的过程中，为了驱动摇头机构，要求电机的输出力矩比较大；在摇头机构向下运动的过程中，由于摇头机构的重力作用，驱动摇头机构实际需要电机输出的力矩比较小，在摇头机构向下运动过程中电机所提供的力矩和向上运动过程中电机所提供的力矩相同的情况下，容易导致了安全隐患问题。例如，在摇头机构的夹角位置，如果儿童把手放在夹角位置，则容易夹伤手。
另外，对于应用于左右摇头的风扇中的步进电机，在启动时为了驱动摇头机构，也要求电机的输出力矩比较大，但是启动后正常运行时，或者到达边界需要减速运行时，驱动摇头机构实际需要电机输出的力矩比较小，不需要步进电机输出启动时所输出的力矩。在摇头机构启动运动过程中电机所提供的力矩和减速过程中电机所提供的力矩相同的情况下，步进电机的长时间额定功率运行，温升较高，不利用电机的稳定可靠的工作，也不环保，为此可以加以改善。
针对上述技术问题，在本申请的一些实施例中，提出了一种电机控制方法。
在本申请实施例中，可以存在以下两种情况的电机：情况1，上下摇头风扇中所使用的步进电机；情况2，左右摇头风扇中所使用的步进电机。
同时针对上述两种情况的电机，本申请实施例提供了一种电机的控制方法，如图1所示，该方法的实现流程包括：
步骤S101：确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段。
这里，电机可以是步进电机。在一个示例中，电机可以是四相四拍步进电机也可以是四相八拍步进电机。
在一些可能的实施方式中，确定所述电机在当前时段内的转速变化包括：分别获取电机在上一时刻的转速值和在当前时刻的转速值，将当前时刻的转速值减去上一时刻的转速值所得到的转速差值，确定为电机在当前时段内的转速变化。这里，转速差值可以为正数，也可以为负数；当转速差值为负数的情况下，表明电机在当前时段内的转速是减低的；当转速差值为整数的情况下，表明电机在当前时段内的转速是增大的。
在一种可能的实施方式中，当前时段的长短是通过对电机转速进行采样的采样周期确定的。例如，对电机转速进行采样的采样周期是100毫秒(ms)，上一时刻为T时刻，当前时刻为T+1时刻的情况，可以确定((T+1)-T)为100毫秒(ms)。
步骤S102：根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态。
在一些可能的实施方式中，电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。
这里，第一状态至第三状态的持续时长是不同的，第二状态的持续时长大于第一状态和第三状态，第一状态和第三状态的持续时长可以相等。在一个示例中，第一状态至第三状态的持续时长的比例关系可以是1:8:1。例如，第一状态至第三状态的持续时长分别是50毫秒(ms)、400毫秒(ms)和50毫秒(ms)。
在一个示例中，第一状态可以是电机的启动运行状态；第二状态可以是电机的稳定运行状态；第三状态可以是电机的停止运行状态。
在一些可能的实施方式中，在电机为上下摇头的风扇中的步进电机的情况下，第一状态至第三状态对应可以分别是风扇的摇头机构从初始位置向上运动到第一角度的状态、风扇的摇头机构从第一角度向上运动至第二角度的状态、风扇的摇头机构从第二角度向上运动至第三角度的状态。这里，第一角度、第二角度和第三角度的比例关系可以是1:8:1。例如，第一角度至第三角度的分别是5度(°)、40度(°)和5度(°)。
在一些可能的其它实施方式中，在电机为上下摇头的风扇中的步进电机的情况下，第一状态至第三状态对应可以分别是风扇的摇头机构从第三角度的状态向下运动到第二角度的状态、风扇的摇头机构从第二角度向下运动至第一角度的状态、风扇的摇头机构从第一角度向下运动至初始位置的状态。
根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态的实现方式，示例性地，可以是电机在当前时刻的转速值减去上一时刻的转速值所得到的转速差值为正数的情况下，确定电机在当前时刻的目标状态为第一状态；电机在当前时刻的转速值减去上一时刻的转速值所得到的转速差值为负数的情况下，确定电机在当前时刻的目标状态为第三状态；在当前时刻的转速值减去上一时刻的转速值所得到的转速差值为零的情况下，确定电机在当前时刻的目标状态为第二状态。
步骤S103：根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
在一个示例中，电机的驱动电路是指用于向电机的电机绕组提供电压的电路。
在一些可能的实施方式中，根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号可以是电机在当前时刻的目标状态为第一状态的情况下，将第一占空比值的PWM控制信号确定为电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；电机在当前时刻的目标状态为第二状态的情况下，将第二占空比值的PWM控制信号确定为电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；电机在当前时刻的目标状态为第三状态的情况下，将第三占空比值的PWM控制信号确定为电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。这里，第一占空比值、第二占空比值和第三占空比值是不同的，可以根据电机分别在第一状态、第二状态和第二状态内的输出力矩要求来确定。
在一个示例中，第一占空比值、第二占空比值和第三占空比值按照从大到小的顺序为：第一占空比值、第二占空比值、第三占空比值。
步骤S104：基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
在一些可能的实施方式中，基于在所述下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压可以是通过下一时刻具有第一占空比值的PWM控制信号控制驱动电路在下一时刻的输出电压为第一幅值；通过下一时刻具有第二占空比值的PWM控制信号控制驱动电路在下一时刻的输出电压为第二幅值；通过下一时刻具有第三占空比值的PWM控制信号控制驱动电路在下一时刻的输出电压为第三幅值。
在实际应用中，步骤S101至步骤S104可以利用电机的控制设备中的控制单元实现，上述控制单元可以为特定用途集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、数字信号处理装置(Digital Signal Processing Device，DSPD)、可编程逻辑装置(Programmable LogicDevice，PLD)、FPGA、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种。
本申请实施例提供的技术方案中，电机在运行的过程中，是根据电机在当前时段内的转速变化来确定电机在当前时刻的目标状态，根据当前时刻的目标状态确定电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号，基于在下一时刻的PWM控制信号，控制电机的驱动电路在下一时刻的输出电压的。因此，可以根据电机在不同的目标状态来确定不同的PWM控制信号，进而，电机的驱动电路得到不同的输出电压，即，电机所提供的力矩是根据所处的状态发生变化的，因此，电机不是一直以额定功率运行，避免资源浪费的同时，增强了电机的过载能力，有利于电机的稳定可靠工作。
在一些实施例中，电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。目标状态不同时，电机的力矩是不同的，例如，当电机在当前时刻的目标状态为第一状态，即，电机处于转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态时，电机的力矩较大；当电机在当前时刻的目标状态为第三状态，即，电机处于转速从最大稳定速度逐渐降低至零的状态时，电机的力矩较小。因此，对于不同的目标状态内的不同力矩，确定的下一时刻的PWM控制信号是不同的，电机的驱动电路在下一时刻的输出电压也是不同的，显然，并不是通过同一力矩来实现对电机的驱动电路的控制，因此，可以避免不必要的安全问题和资源浪费；同时，电机不是一直处于额定功率运行状态，温升也比较低，过载能力较强，有利于电机的稳定可靠工作。
图2为本申请实施例提供的另一电机控制方法的实现流程示意图，如图2所示，该实现流程包括：
步骤S201：确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段。
步骤S202：根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。
步骤S203：分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性。
这里，电机的工作特性可以包括电机的输出力矩或电机的输出功率。
在一个示例中，分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性可以是分别确定电机在第一状态、第二状态和第三状态内电机的输出力矩或输出功率。
步骤S204：根据每一所述状态内所述电机的工作特性，确定对应状态内所述驱动电路的输出电压。
在一些可能的实施方式中，步骤S204包括：根据第一状态、第二状态和第三状态内电机的输出力矩或输出功率要求，分别确定对应状态内电机的绕组上的电压幅值要求，根据每一状态内电机绕组上的电压幅值要求分别确定对应状态内驱动电路的输出电压要求。
步骤S205：根据每一所述状态内所述驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内所述PWM控制信号的占空比值。
在一种可能的实施方式中，根据每一状态内驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内PWM控制信号的占空比值可以是根据每一状态内驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内PWM控制信号的占空比值。例如，在第一状态内的驱动电路的输出电压幅值与驱动电路的输入电压幅值相等的情况下，第一状态内PWM控制信号的占空比值可以为0，即，PWM控制信号一值为逻辑低电平；在第二状态内的驱动电路的输出电压幅值为驱动电路的输入电压幅值的90％的情况下，第一状态内PWM控制信号的占空比值可以为90％；在第三状态内的驱动电路的输出电压幅值为驱动电路的输入电压幅值的30％的情况下，第三状态内PWM控制信号的占空比值可以为30％。
步骤S206：根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述目标状态内所述PWM控制信号的占空比值。
根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述目标状态内所述PWM控制信号的占空比值的实现方式，示例性地，可以是在当前时刻电机的目标状态为第一状态的情况下，确定第一状态内PWM控制信号的占空比值。
步骤S207：根据所述占空比值确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
在一些可能的实施方式中，根据所述占空比值确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号可以是获取目标状态对应的占空比值的PWM控制信号，将目标状态对应的占空比值的PWM控制信号确定为电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
步骤S208：基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
在本申请实施例中，可以根据第一状态至第三状态中每一状态内电机的工作特性来分别确定对应状态内驱动电路的输出电压，并通过每一状态内驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内PWM控制信号的占空比值，因此，分别确定的第一状态、第二状态、第三状态内的PWM控制信号的占空比值能够体现电机工作过程中力矩变化或输出功率变化的要求；同时，由于电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号是根据目标状态内PWM控制信号的占空比值所确定的，因此，通过下一时刻的PWM控制信号控制电机的驱动电路在下一时刻的输出电压，可以使得电机的驱动电路的数据电压满足目标状态内电机的力矩要求。
图3为本申请实施例提供的又一电机控制方法的实现流程示意图，如图3所示，该实现流程包括：
S301：确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段。
S302：根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。
S303：在当前时刻所述电机的目标状态为所述第一状态的情况下，确定所述第一状态内所述PWM控制信号的占空比值为第一占空比值。
这里，在驱动电路的输入电压为固定幅值的直流电压的情况下，第一占空比值可以根据第一状态内电机的工作特性所确定的。
S304：在当前时刻所述电机的目标状态为所述第二状态的情况下，确定所述第二状态内所述PWM控制信号的占空比值为第二占空比值。
这里，在驱动电路的输入电压为固定幅值的直流电压的情况下，第二占空比值可以根据第二状态内电机的工作特性所确定的。
S305：在当前时刻所述电机的目标状态为所述第三状态的情况下，确定所述第三状态内所述PWM控制信号的占空比值为第三占空比值；其中，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值按照顺序依次减小。
这里，在驱动电路的输入电压为固定幅值的直流电压的情况下，第三占空比值可以根据第三状态内电机的工作特性所确定的。
在一种可能的实施方式中，第一占空比值、第二占空比值和第三占空比值的比例关系可以是10:9:3，第一占空比值、第二占空比值和第三占空比值可以分别是100％、90％和30％。
S306：根据所述占空比值确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
S307：基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
在一种实施方式中，所述电机为上下摇头风扇中的步进电机；在所述电机的摇头机构向上运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值分别为100％、90％和30％；在所述电机的摇头机构向下运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三比占空比值分别为90％、50％和30％。
在本申请实施例中，电机为上下摇头风扇中的步进电机时，可以根据在电机的摇头机构是向上还是向下运动，分别设置不同的第一占空比值、第二占空比值和第三占空比值，例如，对电机的摇头机构是向上运动和向下运动两种情况下，第二占空比值分别设置的占空比值为90％和50％；因此，对于上下摇头风扇中的步进电机，采用该控制方法电机的过载能力更强，电机的工作更稳定更可靠。
在一种实施方式中，电机为四相八拍步进电机，且采用方波的控制信号对电机进行控制，图4为本申请实施例提供的四相八拍步进电机在目标状态内的驱动控制逻辑和电机驱动电路的PWM控制信号波形示意图；如图4所示，DA、A、AB、B、BC、C、CD和D为四相八拍步进电机的八个输出节拍，波形A、波形B、波形C、波形D和波形PWM分别示出了在DA、A、AB、B、BC、C、CD八个节拍中，A相绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组的PWM驱动控制波形以及电机的驱动电路的PWM控制信号波形；其中，在DA节拍上，波形A和波形D为高电平，其它波形为低电平，表示仅给A相绕组和D相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在A节拍上，只有波形A为高电平，其它波形均为低电平，表示仅给A相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在AB节拍上，波形A和波形B为高电平，其它波形为低电平，表示仅给A相绕组和B相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在B节拍上，只有波形B为高电平，其它波形均为低电平，表示仅给B相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在BC节拍上，波形B和波形C为高电平，其它波形为低电平，表示仅给B相绕组和C相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在C节拍上，只有波形C为高电平，其它波形均为低电平，表示仅给C相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在CD节拍上，波形C和波形D为高电平，其它波形为低电平，表示仅给C相绕组和D相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压；在D节拍上，只有波形D为高电平，其它波形均为低电平，表示仅给D相绕组两端加载正电压，其它绕组的两端不加载正电压。可以看出，在目标状态内电机驱动电路的PWM控制信号波形为固定占空比值的PWM控制信号。
图5为本申请实施例提供的步进电机的控制电路组成结构示意图，如图5所示，所述步进电机的控制电路包括：第一电压电源VCC1、接地公共端GND1、接地公共端GND2、公共接地GND3、端控制芯片U1、第二电压电源VCC2、第一基极电阻R1、第二基极电阻R2、第三基极电阻R3、第四基极电阻R4、第五基极电阻R5、第六基极电阻R6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6以及步进电机M1。
在本实施例中，U1为微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，用于向Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6提供控制电信号，U1包括引脚VDD、引脚GND、引脚A、引脚B、引脚C、引脚D和引脚PWM等，其中，引脚VDD为U1的电源输入引脚，连接在VCC1上，以向U1提供输入电源；引脚GND为U1的接地引脚，连接在GND1上，形成电源的导通回路；引脚A、引脚B、引脚C和引脚D均为U1的PWM控制逻辑输出引脚，分别连接在R1、R2、R3和R4的一端上，R1、R2、R3和R4的另一端分别连接在Q1、Q2、Q3和Q4基极上，在Q1、Q2、Q3和Q4的基极上分别设置R1、R2、R3和R4可以限制Q1、Q2、Q3和Q4基极上的电流大小，防止Q1、Q2、Q3和Q4烧毁；Q1、Q2、Q3和Q4的发射极均连接在GND2上；Q1、Q2、Q3和Q4的集电极分别连接在M1的A相绕组、B相绕组、C相绕组和D相绕组的电源负端上，M1的A相绕组、B相绕组、C相绕组和D相绕组的电源正端均连接在COM端上。引脚PWM连接在R5和R6的公共节点上，R5和R6的另一端分别连接Q5和Q6的基极，Q5的发射极连接在VCC2上，Q5的集电极连接在Q6的集电极上，Q6的发射极连接在GND3上，Q5的集电极与Q6的集电极公共节点连接在COM端上，以向COM端输出小于等于VCC2的电压。
在本申请实施例中，公共节点COM上的电压幅值通过引脚PWM的输出PWM控制信号占空比值确定。当Q1、Q2、Q3和Q4导通时，对应在A相绕组、B相绕组、C相绕组和D相绕组的两端加载COM端上的电压。
在本申请实施例中，在电机的当前状态为启动状态时，MCU U1的引脚PWM输出低电平时，Q5导通，Q6截止，VCC2通过Q5输入到步进电机的COM端，MCU的引脚A、B、C、D输出按照四相八拍或四相四拍循序输出，电机以最大的工作电压启动，保证可靠启动。
在本申请实施例中，在电机启动之后，电机处于转速稳定的运行状态时，MCU U1的引脚PWM输出90％占空比的PWM控制信号，Q5和Q6交替导通和截止，电机的COM端电压等效于VCC2*90％，MCU的A、B、C、D输出口按照四相八拍或四相四拍循序输出，电机以额定电压的90％运行。
在本申请实施例中，当电机为上下摇头风扇中的步进电机，且电机的摇头机构处于下降状态，电机以稳定速度运行时，MCU U1的引脚PWM输出50％占空比的PWM控制信号，Q5和Q6交替导通和截止，电机的COM端电压等效于VCC2*50％，MCU的A、B、C、D输出口按照四相八拍或四相四拍循序输出，电机以额定电压的50％运行，降低电机运行时功率，从而降低运行时的温升。
在本申请实施例中，当电机处于转速逐渐降低的状态时，MCU U1的引脚PWM输出30％占空比的PWM控制信号，Q5和Q6交替导通和截止，电机的COM端电压等效于VCC2*30％，MCU的A、B、C、D输出口按照四相八拍或四相四拍循序输出，电机以额定电压的30％运行。
在本申请实施例中，降低电机运行时的功率，可以降低电机低速时后的抖动和震动。对于电机不同运行状态适应性地在COM端输入不同的电压，可以增强电机的过载能力。
在一个示例中，Q1、Q2、Q3和Q4可以通过驱动电路来代替，Q5和Q6也可以通过驱动芯片来代替。当然，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6也可以通过同特性的金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)来代替。
图6为本申请实施例提供的U1的引脚PWM的输出时序波形和电机COM端的等效输入电压值的示意图，如图6所示，电机处于启动状态时，引脚PWM输出低电平，COM端的等效输入电压值为100％的VCC2；当电机处于转速稳定的运行状态时，引脚PWM输出占空比为90％的PWM控制信号，COM端的等效输入电压值为90％的VCC2；当电机为上下摇头风扇中的步进电机，且电机的摇头机构处于下降状态，电机以稳定速度运行时，引脚PWM输出占空比为50％的PWM控制信号，COM端的等效输入电压值为50％的VCC2；当电机处于转速逐渐降低的状态时，引脚PWM输出占空比为30％的PWM控制信号，COM端的等效输入电压值为30％的VCC2。可以看出，对于电机的不同状态，对应不同的PWM控制信号的占空比值。且电机的不同状态对应的COM端的等效输入电压值与VCC2的比值也是不同的。
由于MCU都具有输出多个PWM波形的输出能力，且有足够的计算能力，利用MCU可以控制步进电机运行通过PWM输出不同占空比的调制波，控制步进电机COM端的通断，调整步进电机在各种不同情况下的驱动电压，控制电机的功率，满足不同的使用需求，降低步进电机的功耗，降低步进电机的温升。
基于前述的实施例，本申请实施例提供一种电机的控制装置，图7为本申请实施例提供的电机的控制装置的组成结构示意图，如图7所示，所述装置包括：
第一确定模块701，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；
第二确定模块702，用于根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；
第三确定模块703，用于根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；
控制模块704，用于基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
在一些实施例中，所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态。
在一些实施例中，第三确定模块703，用于根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述目标状态内所述PWM控制信号的占空比值；根据所述占空比值确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
在一些实施例中，所述第三确定模块703，包括：第一确定单元，用于在当前时刻所述电机的目标状态为所述第一状态的情况下，确定所述第一状态内所述PWM控制信号的占空比值为第一占空比值；第二确定单元，用于在当前时刻所述电机的目标状态为所述第二状态的情况下，确定所述第二状态内所述PWM控制信号的占空比值为第二占空比值；第三确定单元，用于在当前时刻所述电机的目标状态为所述第三状态的情况下，确定所述第三状态内所述PWM控制信号的占空比值为第三占空比值；其中，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值按照顺序依次减小。
在一些实施例中，所述装置还包括：第四确定模块705，用于分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性；根据每一所述状态内所述电机的工作特性，确定对应状态内所述驱动电路的输出电压；根据每一所述状态内所述驱动电路的输出电压，确定对应状态内所述PWM控制信号的占空比值。
在一些实施方式中，所述电机为上下摇头风扇中的步进电机；在所述电机的摇头机构向上运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值分别为100％、90％和30％；在所述电机的摇头机构向下运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三比占空比值分别为90％、50％和30％。
以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的电机的控制方法，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。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是手机、平板电脑、台式机、个人数字助理、导航仪、数字电话、视频电话、电视机、传感设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
对应地，本申请实施例提供一种电机的控制设备，图8为本申请实施例提供的一种电机的控制设备的组成结构示意图，如图8所示，所述电机的控制设备800包括：包括存储器801和处理器802，所述存储器801存储有可在处理器802上运行的计算机程序，所述处理器802执行所述计算机程序时实现上述实施例中提供的电机的控制方法中的步骤。
存储器801配置为存储由处理器802可执行的指令和应用，还可以缓存待处理器802以及电机的控制设备中各模块待处理或已经处理的数据(例如，图像数据、音频数据、语音通信数据和视频通信数据)，可以通过闪存(FLASH)或随机访问存储器(Random AccessMemory，RAM)实现。
对应地，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中提供的电机的控制方法中的步骤。
这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
对应地，本申请实施例提供一种电机的控制电路，包括：驱动电路，与所述电机的绕组电连接，用于向所述电机的绕组两端提供电压；控制器，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号；基于在所述下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压。
在一些实施方式中，所述驱动电路包括：直流电压源的正端、接地端、第一驱动管、第二驱动管、第一基极电阻和第二基极电阻，其中，所述第一驱动管和所述第二驱动管的导通逻辑电平相反；所述第一驱动管的集电极与所述第二驱动管的集电极的公共连接端为所述驱动电路的电压输出端；所述第一驱动管的发射极连接在所述直流电压源的正端，所述第一驱动管的基极连接在所述第一基极电阻的一端上；所述第二驱动管的发射极连接在接地端上，所述第二驱动管的基极连接在所述第二基极电阻的一端上；所述第一基极电阻的另一端和第二基极电阻的另一端连接，且连接端为PWM控制信号的输入端。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。或者，本申请上述集成的单元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。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是手机、平板电脑、台式机、个人数字助理、导航仪、数字电话、视频电话、电视机、传感设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电机的控制方法，其特征在于，包括：
确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；
根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态；
根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的脉冲宽度调制PWM控制信号；
基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压；
所述方法还包括：
分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性；电机的工作特性包括电机的输出力矩或电机的输出功率；
根据每一所述状态内所述电机的工作特性，确定对应状态内所述驱动电路的输出电压；
根据每一所述状态内所述驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内所述PWM控制信号的占空比值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号，包括：
根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述目标状态内所述PWM控制信号的占空比值；
根据所述占空比值确定所述电机的驱动电路在下一时刻的PWM控制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述目标状态内所述PWM控制信号的占空比值，包括：
在当前时刻所述电机的目标状态为所述第一状态的情况下，确定所述第一状态内所述PWM控制信号的占空比值为第一占空比值；
在当前时刻所述电机的目标状态为所述第二状态的情况下，确定所述第二状态内所述PWM控制信号的占空比值为第二占空比值；
在当前时刻所述电机的目标状态为所述第三状态的情况下，确定所述第三状态内所述PWM控制信号的占空比值为第三占空比值；其中，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值按照顺序依次减小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电机为上下摇头风扇中的步进电机；
在所述电机的摇头机构向上运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三占空比值分别为100%、90%和30%；
在所述电机的摇头机构向下运动的情况下，所述第一占空比值、所述第二占空比值和所述第三比占空比值分别为90%、50%和30%。
5.一种电机的控制电路，其特征在于，包括：
驱动电路，与所述电机的绕组电连接，用于向所述电机的绕组两端提供电压；
控制器，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态；根据当前时刻所述电机的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的脉冲宽度调制PWM控制信号；基于在所述下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在所述下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压；
所述控制器，还用于分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性；电机的工作特性包括电机的输出力矩或电机的输出功率；根据每一所述状态内所述电机的工作特性，确定对应状态内所述驱动电路的输出电压；根据每一所述状态内所述驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内所述PWM控制信号的占空比值。
6.根据权利要求5所述的电路，特征在于，所述驱动电路包括：直流电压源的正端、接地端、第一驱动管、第二驱动管、第一基极电阻和第二基极电阻，其中，
所述第一驱动管和所述第二驱动管的导通逻辑电平相反；
所述第一驱动管的集电极与所述第二驱动管的集电极的公共连接端为所述驱动电路的电压输出端；
所述第一驱动管的发射极连接在所述直流电压源的正端，所述第一驱动管的基极连接在所述第一基极电阻的一端上；
所述第二驱动管的发射极连接在接地端上，所述第二驱动管的基极连接在所述第二基极电阻的一端上；
所述第一基极电阻的另一端和第二基极电阻的另一端连接，且连接端为PWM控制信号的输入端。
7.一种电机的控制装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定所述电机在当前时段内的转速变化；所述当前时段为上一时刻至当前时刻的时段；
第二确定模块，用于根据所述转速变化从所述电机的不同状态中，确定出所述电机在当前时刻的目标状态；所述电机的不同状态包括第一状态、第二状态和第三状态；其中，所述第一状态为所述电机的转速从零开始逐渐增大至最大稳定速度的状态，所述第二状态为所述电机的转速为最大稳定速度的状态，所述第三状态为所述电机的转速从所述最大稳定速度逐渐降低至零的状态；
第三确定模块，用于根据所述电机在当前时刻的目标状态，确定所述电机的驱动电路在下一时刻的脉冲宽度调制PWM控制信号；
控制模块，用于基于所述在下一时刻的PWM控制信号，控制所述驱动电路在下一时刻的输出电压，所述输出电压为所述电机的电机绕组两端的电压；
第四确定模块，用于分别确定所述第一状态至所述第三状态中每一所述状态内所述电机的工作特性；电机的工作特性包括电机的输出力矩或电机的输出功率；根据每一所述状态内所述电机的工作特性，确定对应状态内所述驱动电路的输出电压；根据每一所述状态内所述驱动电路的输出电压，分别确定对应状态内所述PWM控制信号的占空比值。
8.一种电机的控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一项所述电机的控制方法中的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述电机的控制方法中的步骤。
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Non-Patent Citations (1)
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