CN116015147A - 基于换向事件的无传感器电机控制 - Google Patents

基于换向事件的无传感器电机控制 Download PDF

Info

Publication number
CN116015147A
CN116015147A CN202211288013.4A CN202211288013A CN116015147A CN 116015147 A CN116015147 A CN 116015147A CN 202211288013 A CN202211288013 A CN 202211288013A CN 116015147 A CN116015147 A CN 116015147A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
sector
signal
selected phase
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211288013.4A
Other languages
English (en)
Inventor
S·戈伯
B·雅恩
S·珀弗斯特
B·辛德勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN116015147A publication Critical patent/CN116015147A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/32—Determining the initial rotor position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Abstract

本公开的各实施例总体上涉及基于换向事件的无传感器电机控制。一种用于控制电机的电路包括控制电路装置，该控制电路装置被配置为基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定电机的周期的多个扇区中的第一扇区是否已经发生换向事件。响应于确定第一扇区已经发生换向事件，控制电路装置被配置为确定电机正在电机的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。控制电路装置还被配置为基于确定电机正在第二扇区中操作来确定电机的第二定子电压矢量角，并且基于电机的第二定子电压矢量角生成控制信号。

Description

基于换向事件的无传感器电机控制
技术领域
本公开涉及用于生成控制信号的电路和技术，并且更具体地涉及用于生成与操作或控制电动机相关联的控制信号的技术。
背景技术
电机的操作可以由控制器执行。控制器基于转子相对于电机的定子线圈的位置来控制电机的转子旋转。例如，控制器可以控制逆变器电路装置以基于转子位置从电压轨向电机的每一相提供电力，从而提供期望的转子速度和/或转矩。
发明内容
总体上，本公开涉及用于确定在未知负载条件下和/或在低速下(例如，在电机的启动过程中)保持准确的无传感器电机操作的电压矢量角的技术。如本文中使用的，电压矢量可以包括表示所有三相电压(例如，三个物理值)的汇总值(例如，虚值)。例如，控制电路装置可以从电机的三个相中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。在该示例中，控制电路装置可以基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定是否已经发生换向事件。响应于确定已经发生换向事件，控制电路装置可以确定电机正在电机的周期的多个扇区中的下一扇区中操作。
在一个示例中，本公开描述了一种用于控制电机的电路。该电路包括控制电路装置，该控制电路装置被配置为基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机的控制信号。第一定子电压矢量角与电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联。控制电路装置还被配置为从指示电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。控制电路装置还被配置为基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件，并且响应于确定第一扇区已经发生换向事件，确定电机正在电机的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。控制电路装置还被配置为基于确定电机正在第二扇区中操作，确定电机的第二定子电压矢量角，并且基于电机的第二定子电压矢量角生成控制信号。
在另一示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机的控制信号。第一定子电压矢量角与电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联。该方法还包括从指示电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。该方法还包括基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件，并且响应于确定第一扇区已经发生换向事件，确定电机正在电机的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。该方法还包括基于确定电机正在第二扇区中操作，确定电机的第二定子电压矢量角，并且基于电机的第二定子电压矢量角生成控制信号。
在另一示例中，本公开描述了一种系统，该系统包括电机、被配置为基于控制信号驱动电机的驱动电路装置、和控制电路装置。控制电路装置被配置为基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机的控制信号。第一定子电压矢量角与电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联。控制电路装置还被配置为从指示电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。控制电路装置还被配置为基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件，并且响应于确定第一扇区已经发生换向事件，确定电机正在电机的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。控制电路装置还被配置为基于确定电机正在第二扇区中操作，确定电机的第二定子电压矢量角，并且基于电机的第二定子电压矢量角生成控制信号。
在另一示例中，本公开描述了一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，该指令在被执行时引起控制电路装置基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机的控制信号，其中第一定子电压矢量角与电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联。该指令还引起控制电路装置从指示电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。该指令还引起控制电路装置基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件，并且响应于确定第一扇区已经发生换向事件，确定电机正在电机的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。该指令还引起控制电路装置基于确定电机正在第二扇区中操作，确定电机的第二定子电压矢量角，并且基于电机的第二定子电压矢量角生成控制信号。
这些和其他示例的细节在附图和以下描述中阐述。从说明书和附图以及从权利要求中，其他特征、目的和优点将是很清楚的。
附图说明
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的用于控制电机的示例系统的框图；
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的控制电机的电机电路装置的示例和定子电压矢量的示例的概念图；
图3A和图3B是示出根据本公开的一种或多种技术的用于电机启动和用于稳态的示例转子速度和控制电压幅度的图表；
图4是示出根据本公开的一种或多种技术的具有第一示例换向事件的电机的相电流的示例的概念时序图；
图5是示出根据本发明的一种或多种技术的具有第二示例换向事件的电机的相电流的示例的概念图；以及
图6是根据本公开的与可以由图1的示例系统执行的技术一致的流程图。
具体实施方式
本公开涉及用于确定在未知负载条件下和/或在低速下(例如，在电机的启动过程中)保持准确的无传感器电机操作的定子电压矢量角的技术。控制电路装置可以确定定子电压矢量角以允许无传感器电机操作，这可以允许在PMSM(永磁同步电机)或BLDC电机(无刷DC电机)中移除或省略位置传感器。
无传感器电机操作的示例可以包括估计器控制(例如，主动磁通控制或反电动势控制)、反电动势(“BEMF”)测量控制、电流注入控制、电压/频率(“V/F”)控制和/或电流/频率(“I/F”)控制。估计器控制可以提供相对较高的效率(例如，用于磁场定向控制)，但在电机的转子速度相对较低时可能不准确。BEMF测量控制可以提供直接可测量的物理值，但在低速时可能不准确，并且可能依赖于附加的测量硬件，这可能会增加成本。电流注入控制在低速时可能是准确的，并且可以在转子停止时提供控制输出，但可能包括相对较高的声学噪声。除了声学噪声，电流注入控制可能导致高电磁发射。
V/F控制在低速时可能是准确的，但仅适用于已知负载，可以提供相对较低或中等的效率，并且可能依赖于前馈速度控制(例如，无反馈速度控制)。I/F控制在低速时可能是准确的，并且可以针对最大负载进行配置，但可能提供相对较低或中等的效率，并且依赖于前馈速度控制。
不依赖于估计器控制、BEMF测量控制、电流注入控制、V/F控制和I/F控制(这可能包括以上确定的缺陷)，本文中描述的技术可以包括基于相电流信息生成换向信息(例如，要应用的相电压)。例如，控制单元可以基于具有相等符号的两个相电流信号的差值来生成控制电压角。在该示例中，控制单元可以使用输出控制算法生成控制电压幅度。
例如，控制电路装置可以从电机的三个相中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。在该示例中，控制电路装置可以基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定是否已经发生换向事件。响应于确定已经发生换向事件，控制电路装置可以确定电机正在电机的周期的多个扇区中的下一扇区中操作。以这种方式，控制电路装置可以使用反馈(例如，相电流)来确定位置(例如，电机的周期的多个扇区中的特定扇区)，这可以增加电机的效率，特别是在电机处于未知负载条件下和/或在低速下的情况下。本文中描述的用于确定是否已经发生换向事件的技术可以向电机控制提供反馈(例如，不仅是前馈)，该反馈在电机的相对较低转子速度下是准确的，是无传感器的，是相对简单的，是稳健的(例如，与负载无关)，并且与电机参数无关。
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的用于控制电机的示例系统的框图。如图1的示例中所示，系统100可以包括电机电路装置102和电机104。电机电路装置102可以包括控制电路装置120和驱动电路装置122。然而，在一些示例中，驱动电路装置122可以与电机电路装置102分离。
电机104可以包括例如永磁同步电机(PMSM)、外励电机或异步电机。电机104可以仅作为负载操作以产生机械能，仅作为发电机操作以产生电能，或作为电机和发电机两者操作。例如，PMSM可以包括轴、转子、定子和永磁体。永磁体可以安装在转子上或转子中。在一些示例中，永磁体可以表面安装到转子、嵌入转子中或埋在转子内。
驱动电路装置122可以被配置为基于控制信号来驱动电机104。例如，驱动电路装置122可以控制一个或多个开关元件向电机104提供第一相电压(VA)、第二相电压(VB)和第三相电压(VC)。例如，对于扇区I，驱动电路装置122可以基于定子电压矢量将每个相电压PWM切换到电源电压或参考电压。
控制电路装置120可以被配置为基于指示电机104的第一相的电流流动的第一相电流信号(IA)、指示电机104的第二相的电流流动的第二相电流流动信号(IB)和指示电机104的第三相的电流流动的第三相电流信号(IC)来生成控制信号。控制电路装置120可以包括一个或多个处理器，诸如一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路装置、以及这样的组件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路装置”通常可以单独或与其他逻辑电路装置或任何其他等效电路装置相结合指代任何前述逻辑电路装置。
根据本公开的技术，控制电路装置120可以基于电机的第一定子电压矢量角来生成用于控制电机104的控制信号。例如，第一定子电压矢量角可以与电机104的周期的多个扇区中的第一扇区相关联。控制电路装置120可以将控制信号输出到驱动电路装置122，驱动电路装置122可以向电机104提供电压。例如，驱动电路装置122可以控制一组六个扇区中的一个扇区的一组开关元件，每个扇区表示60°。尽管本公开可以指代“第一扇区”，但第一扇区通常可以指代与周期的开始(例如，0°-60°)或另一周期(例如，60°-120°、120°-180°、180°-240°、240°-300°或300°-360°)相对应的任何扇区。尽管前述示例使用多个扇区为六个扇区的系统，但其他示例可以使用少于六个扇区或多于六个扇区。此外，递增扇区(例如，将定子电压矢量角递增60°)可以是指电机104的转子的顺时针旋转或逆时针旋转。
控制电路装置120可以从指示电机104的第一相的电流流动的第一相电流信号(IA)、指示电机104的第二相的电流流动的第二相电流信号(IB)和指示电机104的第三相的电流流动的第三相电流信号(IC)中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。
控制电路装置120可以基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件。例如，控制电路装置120可以响应于在第一时间确定第一选定相位信号从大于第二选定相位信号变为小于第二选定相位信号并且在第二时间确定第一选定相位信号从小于第二选定相位信号变为大于第二选定相位信号而确定第一扇区已经发生换向事件。在一些示例中，控制电路装置120可以响应于确定第一选定相位信号与第二选定相位信号之间的差值在第一周期内从局部最小值增加而确定第一扇区已经发生换向事件。
响应于确定第一扇区已经发生换向事件，控制电路装置120可以确定电机104正在电机104的周期的多个扇区中的第二扇区中操作。例如，控制电路装置120可以将第一定子电压矢量角递增60度以生成第二定子电压矢量角。例如，控制电路装置120可以确定在与120°-180°相对应的扇区中操作的电机现在正在与180°-240°相对应的扇区中操作。控制电路装置120可以基于确定电机104正在第二扇区中操作来确定电机104的第二定子电压矢量角。控制电路装置120可以基于电机104的第二定子电压矢量角生成控制信号。例如，控制器电路120可以生成控制信号以指示与180°-240°相对应的扇区和/或生成与与180°-240°相对应的扇区相关联的一组相电压(例如，VA、VB、VC)的指示。控制电路装置120可以将控制信号输出到驱动电路装置122。驱动电路装置122可以基于控制信号驱动电机104。例如，驱动电路装置122可以提供一组相电压(例如，VA、VB、VC)。尽管以上示例描述了将第一定子电压矢量角递增60度，但是增加定子电压矢量角可以是指电机104的转子的顺时针或逆时针旋转方向。此外，在一些示例中，驱动电路装置122可以改为将第一定子电压矢量角递减60度以生成第二定子电压矢量角。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的控制电机104的电机电路装置的示例的概念图。在该示例中，电机104包括连接到电机电路装置102的三相PMSM/BLDC(例如，具有星形连接或三角形连接)。在图2的示例中，电机104包括第一相(a)、第二相(b)和第三相(c)。
电机电路装置102可以向电机104施加电压并且可以评估用于上述方法的信号。例如，电机电路装置102可以向电机104施加图1的电压VA、VB、VC并且可以评估电机104的所得到的相电流IA、IB、IC。
控制电压矢量uS可以用极坐标表示(电压幅度+角度
Figure BDA0003900667880000081
)。电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以基于控制电压角
Figure BDA0003900667880000082
和控制电压幅度|uS|生成用于电机启动和连续电机操作的控制矢量uS。电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以基于具有相等符号的两个相电流信号的差值来生成控制电压角。电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以使用输出控制算法生成控制电压幅度。
图3A和图3B是示出根据本公开的一种或多种技术的用于电机启动和用于稳态的示例转子速度和控制电压幅度的图表。图3A的横轴表示时间(t)，图3A的纵轴表示参考转子速度302和实际转子速度304。图3B的横轴表示时间(t)，图3B的纵轴表示控制电压幅度306。参考图1-图2讨论图3A和图3B的示例仅用于示例目的。
图3A示出了用于电机104的闭环操作的电机启动阶段(例如，t1与t2之间)和稳态阶段(例如，t2之后)的速度曲线。控制电路装置120可以生成参考转子速度302并且可以基于参考转子速度302控制电机104的转子速度。例如，速度控制器(例如，电机电路装置102)可以基于图3A的参考转子速度302和实际转子速度生成图3B的控制电压幅度306。控制电路装置120可以基于具有相等符号的两个相电流信号的差值来生成控制电压角。
例如，控制电路装置120可以基于第一扇区的持续时间来确定电机104的转子速度。在该示例中，控制电路装置120可以基于转子速度确定控制电压幅度。控制电路装置120可以生成控制信号以指示控制电压幅度。例如，控制电路装置120可以基于转子速度应用比例积分(PI)控制。然而，在一些情况下，控制电路装置120可以应用PI控制以外的技术来生成控制信号以指示控制电压幅度。
图4是示出根据本发明的一种或多种技术的具有第一示例换向事件的电机104的相电流的示例的概念时序图。图4的横轴表示时间(t)，图4的纵轴表示第一相电流信号402、第二相电流信号404和第三相电流信号406。参考图1-图3讨论图4的示例仅用于示例目的。
对于连续旋转的电机操作，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以将正在进行的操作划分为周期，其中一个周期是一个电周期(360°)，此外，一个周期被划分为6个扇区。每个扇区可以由60°组成，第一扇区从电周期的0°开始。然而，在一些示例中，电周期可以在电周期的不同角度开始。
在图3的示例中，控制电路装置120可以每扇区执行4个执行步骤。在开始步骤/初始化步骤中，控制电路装置120可以基于电机104的第一定子电压矢量角(例如，0°、60°、120°、180°、240°或300°)来生成控制信号。例如，从前一扇区的结束步骤，控制电路装置120可以将电机104的第一定子电压矢量角确定为与电机104的定子电压矢量角相同。
在励磁变化相位步骤中，控制电路装置120可以将定子电压矢量角增加60°。在等待步骤/分析步骤中，控制电路装置120可以分析具有相等符号的两个相电流信号的差值，直到检测到换向事件。例如，控制电路装置120可以从指示电机104的第一相的电流流动的第一相电流信号402、指示电机104的第二相的电流流动的第二相电流信号404和指示电机104的第三相的电流流动的第三相电流信号406中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号。例如，控制电路装置120可以将第三相电流信号406标识为第一选定相电流并且将第一相电流信号402标识为第二选定相电流，因为第一相电流信号402和第三相电流信号406在扇区1中都具有正电流方向。虽然该示例使用扇区1作为第一扇区，但其他示例可以使用扇区1-6中的一个作为第一扇区。
在该示例中，控制电路装置120可以基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号来确定第一扇区是否已经发生换向事件。例如，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以在第一时间420确定第一选定相位信号(例如，第三相电流信号406)从大于第二选定相位信号(例如，第一相电流信号402)变为小于第二选定相位信号，并且在第二时间422确定第一选定相位信号从小于第二选定相位信号变为大于第二选定相位信号。
在结束步骤中，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以将扇区增加1(例如，如果当前扇区是扇区6，则继续扇区1)。例如，响应于确定第一扇区(例如，扇区1)已经发生换向事件，电机电路装置102可以确定电机104正在第二扇区(例如，扇区2)中操作。电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以基于确定电机正在第二扇区中操作来确定电机106的第二定子电压矢量角。例如，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以将第二定子电压矢量角确定为60°(例如，从0°向上)并且基于电机104的第二定子电压矢量角生成控制信号。
图5是示出根据本发明的一种或多种技术的具有第二示例换向事件的电机的相电流的示例的概念图。图5的横轴表示时间(t)，图5的纵轴表示第一相电流信号502、第二相电流信号504和第三相电流信号506。参考图1-图4讨论图5的示例仅用于示例目的。
控制电路装置120可以基于电流差分析为每个扇区生成换向事件的检测。在正常情况下，电流差信号的预期序列可以在第一选定相位信号与第二选定相位信号之间发生，控制电路装置120可以如下确定换向事件已经发生。
为了确定已经发生换向事件，控制电路装置120可以被配置为确定第一选定相位信号与第二选定相位信号之间的差值在第一周期内从局部最小值增加。例如，控制电路装置120可以确定第一选定相位信号(例如，第三相电流信号506)与第二选定相位信号(例如，第一相电流信号502)之间的电流差正在减小直到0(例如，第一相电流交叉)。在该示例中，控制电路装置120可以确定电流差仍在减小直到达到局部最小值。在该示例中，电机电路装置102可以确定电流差再次增加(例如，第二相电流交叉)。如果检测到第二相电流交叉(例如，从局部最小值增加)，则控制电路装置120可以确定已经发生换向事件520(例如，等待步骤/分析步骤的结束)。
为了提高电机控制算法的稳健性，可以定义附加标准(例外)以在不能可靠地检测到上述序列的情况下生成换向事件。如果已经达到超时水平，则电机电路装置102可以生成换向事件(例如，等待步骤或分析步骤的结束)。如果没有检测到交叉点，则电机电路装置102可以确定强制扇区增加的超时水平。如果已经达到超时水平，则可以生成换向事件(等待步骤/分析步骤的结束)。例如，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以被配置为响应于基于与第一扇区相关联的电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机104的控制信号而开启定时器。在该示例中，为了确定第一扇区已经发生换向事件，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以被配置为确定定时器已经超过预定阈值时间。在一些示例中，电机电路装置102(例如，控制电路装置120)可以被配置为仅在检测到一个交叉点时确定强制扇区增加的超时水平。一旦完整的周期完成，电机电路装置102就可以再次以扇区1开始下一周期。
图6是根据本公开的与可以由图1的示例系统执行的技术一致的流程图。参考图1-图5讨论图6仅用于示例目的。在其他示例中，其他系统或设备也可以执行图6的技术。
根据本公开的技术，控制电路装置120可以基于电机104的第一定子电压矢量角生成用于控制电机104的控制信号，其中第一定子电压矢量角与电机104的周期的多个扇区中的第一扇区相关联(602)。控制电路装置120可以从指示电机104的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示第一选定相电流信号的电流方向的第二选定相电流信号(604)。例如，当第一相电流信号和第二相电流信号都为正并且第二相电流信号为负时，控制电路装置120可以将第三相电流信号标识为第一选定相电流信号并且将第一相电流信号标识为第二选定相电流信号。
控制电路装置120可以基于第一选定相电流信号和第二选定相电流信号确定第一扇区是否已经发生换向事件(606)。例如，控制电路装置120可以在第一时间确定第一选定相位信号从大于第二选定相位信号变为小于第二选定相位信号并且在第二时间确定第一选定相位信号从小于第二选定相位信号变为大于第二选定相位信号(参见图4)。在一些示例中，控制电路装置120可以响应于确定第一选定相位信号与第二选定相位信号之间的差值在第一周期内从局部最小值增加而确定第一扇区已经发生换向事件(参见图5)。
响应于确定第一扇区已经发生换向事件，控制电路装置120可以确定电机104正在电机104的周期的多个扇区中的第二扇区中操作(608)。例如，控制电路装置120可以将扇区从扇区1递增到扇区2、从扇区2递增到扇区3、从扇区3递增到扇区4、从扇区4递增到扇区5、从扇区5递增到扇区6、或从扇区6递增到扇区1。虽然该示例使用6个扇区，但是在其他示例中，控制电路装置120可以被配置为使用少于6个扇区或多于6个扇区。
控制电路装置120可以基于确定电机104正在第二扇区中操作来确定电机104的第二定子电压矢量角(610)。例如，控制电路装置120可以确定第二定子电压矢量角从第一定子电压矢量角递增60度。控制电路装置120可以基于电机104的第二定子电压矢量角生成控制信号。例如，控制电路装置120可以被配置为将控制信号输出到驱动电路装置122。驱动电路装置122可以被配置为基于控制信号驱动电机104。例如，驱动电路装置122可以基于控制信号在电机104处生成相电压。
在一些示例中，控制电路装置120可以被配置为响应于基于与第一扇区相关联的电机的第一定子电压矢量角生成用于控制电机104的控制信号而开启定时器。在该示例中，为了确定第一扇区已经发生换向事件，控制电路装置120可以被配置为确定定时器已经超过预定阈值时间。
在一些示例中，控制电路装置120可以基于第一扇区的持续时间来确定电机104的转子速度。在该示例中，控制电路装置120可以基于转子速度确定控制电压幅度。控制电路装置120可以生成控制信号以指示控制电压幅度。例如，控制电路装置120可以基于转子速度应用比例积分(PI)控制。然而，在一些情况下，控制电路装置120可以应用PI控制以外的技术来生成控制信号以指示控制电压幅度。
以下示例可以说明本公开的一个或多个方面。
条款1：一种用于控制电机的电路，所述电路包括控制电路装置，所述控制电路装置被配置为：基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
条款2.根据条款1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为：在第一时间确定所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二选定相位信号；以及在第二时间确定所述第一选定相位信号从小于所述第二选定相位信号变为大于所述第二选定相位信号。
条款3.根据条款1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内从局部最小值增加。
条款4.根据条款1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内在所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二相位信号之前从局部最小值增加。
条款5.根据条款1所述的电路，其中所述控制电路装置被配置为：响应于基于与所述第一扇区相关联的所述电机的所述第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，而开启定时器；以及其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为确定所述定时器已经超过预定阈值时间。
条款6.根据条款1至5所述的电路，其中所述控制电路装置被配置为：基于所述第一扇区的持续时间确定所述电机的转子速度；基于所述转子速度确定控制电压幅度；以及生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度。
条款7.根据条款6所述的电路，其中为了生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度，所述控制电路装置被配置为基于所述转子速度应用比例积分控制。
条款8.根据条款1至7所述的电路，其中所述第二定子电压矢量角从所述第一定子电压矢量角递增60度。
条款9.根据条款1至8所述的电路，其中所述多个扇区包括6个扇区。
条款10.根据条款1至9所述的电路，其中所述控制电路装置被配置为向驱动电路装置输出所述控制信号，并且其中所述驱动电路装置被配置为基于所述控制信号来驱动所述电机。
条款11.根据条款10所述的电路，其中所述电路还包括所述驱动电路装置。
条款12.一种方法，包括：基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
条款13.根据条款12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括：在第一时间确定所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二选定相位信号；以及在第二时间确定所述第一选定相位信号从小于所述第二选定相位信号变为大于所述第二选定相位信号。
条款14.根据条款12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内从局部最小值增加。
条款15.根据条款12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内在所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二相位信号之前从局部最小值增加。
条款16.根据条款12至15所述的方法，还包括：响应于基于与所述第一扇区相关联的所述电机的所述第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，而开启定时器；以及其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括确定所述定时器已经超过预定阈值时间。
条款17.根据条款12至16中任一项所述的方法，还包括：基于所述第一扇区的持续时间确定所述电机的转子速度；基于所述转子速度确定控制电压幅度；以及生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度。
条款18.根据条款17所述的方法，其中所述第二定子电压矢量角从所述第一定子电压矢量角递增60度。
条款19.根据条款12至18所述的方法，其中所述第二定子电压矢量角从所述第一定子电压矢量角递增60度。
条款20.根据条款12至19所述的方法，其中所述多个扇区包括6个扇区。
条款21.一种系统，包括：电机；驱动电路装置，被配置为基于控制信号驱动所述电机；以及控制电路装置，被配置为：基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
条款22.一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在被执行时引起控制电路装置：基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
在本公开中已经描述了各个方面。这些和其他方面在以下权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种用于控制电机的电路，所述电路包括控制电路装置，所述控制电路装置被配置为：
基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；
从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；
基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；
响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；
基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及
基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为：
在第一时间确定所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二选定相位信号；以及
在第二时间确定所述第一选定相位信号从小于所述第二选定相位信号变为大于所述第二选定相位信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为：确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内从局部最小值增加。
4.根据权利要求1所述的电路，其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为：确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内在所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二相位信号之前从局部最小值增加。
5.根据权利要求1所述的电路，
其中所述控制电路装置被配置为：响应于基于与所述第一扇区相关联的所述电机的所述第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，而开启定时器；以及
其中为了确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，所述控制电路装置被配置为确定所述定时器已经超过预定阈值时间。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制电路装置被配置为：
基于所述第一扇区的持续时间确定所述电机的转子速度；
基于所述转子速度确定控制电压幅度；以及
生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度。
7.根据权利要求6所述的电路，其中为了生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度，所述控制电路装置被配置为基于所述转子速度应用比例积分控制。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二定子电压矢量角从所述第一定子电压矢量角递增60度。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述多个扇区包括6个扇区。
10.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制电路装置被配置为向驱动电路装置输出所述控制信号，并且其中所述驱动电路装置被配置为基于所述控制信号来驱动所述电机。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述电路还包括所述驱动电路装置。
12.一种方法，包括：
基于电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；
从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；
基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；
响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；
基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及
基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括：
在第一时间确定所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二选定相位信号；以及
在第二时间确定所述第一选定相位信号从小于所述第二选定相位信号变为大于所述第二选定相位信号。
14.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括：确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内从局部最小值增加。
15.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括：确定所述第一选定相位信号与所述第二选定相位信号之间的差值在所述第一周期内在所述第一选定相位信号从大于所述第二选定相位信号变为小于所述第二相位信号之前从局部最小值增加。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
响应于基于与所述第一扇区相关联的所述电机的所述第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，开启定时器；以及
其中确定所述第一扇区已经发生所述换向事件包括确定所述定时器已经超过预定阈值时间。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：
基于所述第一扇区的持续时间确定所述电机的转子速度；
基于所述转子速度确定控制电压幅度；以及
生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中生成所述控制信号以指示所述控制电压幅度包括基于所述转子速度应用比例积分控制。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二定子电压矢量角从所述第一定子电压矢量角递增60度。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个扇区包括6个扇区。
21.一种系统，包括：
电机；
驱动电路装置，被配置为基于控制信号驱动所述电机；以及
控制电路装置，被配置为：
基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的所述控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；
从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；
基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；
响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；
基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及
基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
22.一种其上存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在被执行时引起控制电路装置：
基于所述电机的第一定子电压矢量角生成用于控制所述电机的控制信号，其中所述第一定子电压矢量角与所述电机的周期的多个扇区中的第一扇区相关联；
从指示所述电机的第一相的电流流动的第一相电流信号、指示所述电机的第二相的电流流动的第二相电流信号、和指示所述电机的第三相的电流流动的第三相电流信号中，标识指示电流方向的第一选定相电流信号和指示所述第一选定相电流信号的所述电流方向的第二选定相电流信号；
基于所述第一选定相电流信号和所述第二选定相电流信号确定所述第一扇区是否已经发生换向事件；
响应于确定所述第一扇区已经发生所述换向事件，确定所述电机正在所述电机的所述周期的所述多个扇区中的第二扇区中操作；
基于确定所述电机正在所述第二扇区中操作，确定所述电机的第二定子电压矢量角；以及
基于所述电机的所述第二定子电压矢量角生成所述控制信号。
CN202211288013.4A 2021-10-21 2022-10-20 基于换向事件的无传感器电机控制 Pending CN116015147A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/507,076 2021-10-21
US17/507,076 US11936315B2 (en) 2021-10-21 2021-10-21 Sensorless motor control based on a commutation event

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116015147A true CN116015147A (zh) 2023-04-25

Family

ID=85796160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211288013.4A Pending CN116015147A (zh) 2021-10-21 2022-10-20 基于换向事件的无传感器电机控制

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11936315B2 (zh)
CN (1) CN116015147A (zh)
DE (1) DE102022127676A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3411878B2 (ja) * 2000-03-06 2003-06-03 株式会社日立製作所 同期モータの回転子位置推定方法、位置センサレス制御方法及び制御装置
US7288911B2 (en) * 2005-09-29 2007-10-30 Agile Systems Inc. System and method for commutating a motor
DE102017009512A1 (de) 2017-10-12 2019-04-18 NIDEX driveXpert GmbH Verfahren zum Starten und Betreiben eines BLDC-Motors und BLDC-Motor

Also Published As

Publication number Publication date
US20230126824A1 (en) 2023-04-27
DE102022127676A1 (de) 2023-04-27
US11936315B2 (en) 2024-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Unbalanced ZCP compensation method for position sensorless BLDC motor
AU2005203077B2 (en) Startup control method of brushless DC motor
US8975856B2 (en) Method of improving efficiency in a multiphase motor, and motor for implementing such a method
TWI418135B (zh) 馬達控制方法與系統及其中之數位信號處理器
Shao et al. Fault-tolerant control of position signals for switched reluctance motor drives
JP2005137106A (ja) 電動機の制御装置
JP2014513911A (ja) 電気機器を制御する方法及び装置
JP2018078695A (ja) 電動機の界磁位置検出方法
CN103684140A (zh) 无刷直流电机及其转子位置定位方法、启动方法
EP2840701B1 (en) Sensing PM electrical machine position
Riyadi et al. Analysis and design of BLDC motor control in regenerative braking
US9628005B2 (en) Device for determining a position of a rotor of an electric motor
RU2414047C1 (ru) Способ и управляющее устройство для управления электродвигателем с внутренними постоянными магнитами
US20150102758A1 (en) Motor drive controller, motor drive control method and motor system using the same
CN112747662B (zh) 电动机的磁场位置检测方法
JP6463966B2 (ja) モータ駆動装置およびモータ駆動用モジュール並びに冷凍機器
CN110476348A (zh) 电动机的磁场位置检测方法
JP2020202636A (ja) 電動機の界磁位置検出方法
US11936315B2 (en) Sensorless motor control based on a commutation event
US20150069943A1 (en) Motor driving control apparatus, motor driving control method, and motor system using the same
JP2016005321A (ja) 同期電動機の駆動システム
TWI472146B (zh) Synchronous motor drive system
Kang et al. Initial rotor position estimation of single-phase permanent magnet synchronous motor with asymmetric air-gap
TWI519058B (zh) Sensorless Operation Control Method for DC Brushless Motor
US20150188467A1 (en) Zero crossing point estimating circuit, motor driving control apparatus and method using the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication