CN116584042A - 一种电机的脉冲宽度调制pwm信号的生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于电机技术领域，涉及该技术下的电机控制技术。具体提供了一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法及装置，该方法包括获取预设时长内的第一PWM信号，第一PWM信号包含n个运行周期，n为大于2的整数；调整第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，第二PWM信号包含的运行周期的个数与第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、第二PWM信号的预设时长与第一PWM信号的预设时长相等、且第二PWM信号的时序与第一PWM信号的时序对齐；输出第二PWM信号。基于本申请提供的技术方案，可以在保证电机控制性能的前提下，降低电机控制器的电磁干扰噪声幅值较高，改善电磁兼容效果。

Description

一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法及装置 技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，特别涉及一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法及装置。

背景技术

在一些高性能的应用场合，例如在汽车的刹车系统(例如电动刹车系统)、转向系统(例如电动助力转向系统)中，电机通常采用电流闭环控制。一般的，实现电机电流闭环控制的控制硬件为图1示出的电机控制器，该电机控制器包括微控制器(Microcontroller Unit,MCU)、电机驱动电路(Motor Drive Circuit，MDC)和电流采样电路(Current Sampling Circuit，CSC)。电机控制器的工作原理为通过电流采样电路对电机的实际相电流采样，然后将采集到的电机的实际相电流传输至微处理器中，通过微处理器中的电机电流闭环控制算法计算出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，再将该脉冲宽度调制信号传输至电机驱动电路中进行处理，以动态调整PWM信号的相电压，进而实现电机电流闭环控制。

一般的，为了达到良好的控制性能，微处理器中的电机电流闭环控制算法的离散调整周期和PWM信号占空比的更新周期(即电机电流闭环控制)通常是固定的，并且要求与微处理输出的波形严格对齐，因此，PWM信号一般均采用固定频率。但是，固定频率的PWM信号会使得电机控制器的电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)噪声幅值较高、电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)效果较差，如果不加以抑制，电机控制器周围的其他电子设备会受到干扰，导致功能退化甚至失效。另外，相应的，业内对EMI也设有一定的标准，例如，汽车领域控制器的EMC执行标准有CISPR25、GBT18655等，因此，使用固定频率的PWM信号有时会导致EMC无法达标。

目前，对于改善固定频率的PWM信号的EMC效果一般是通过在电机控制器上增加EMI滤波器件，以降低EMI噪声幅值，但是，相应的，电机控制器的体积会增加，在一些空间较小、器件紧凑的场合并不适用，而且这种方案增加了硬件成本，较为不经济。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成及装置，在改善电机控制器的电磁兼容效果的基础上，还可以保证电机良好的控制性能。

为了达到上述目的，本申请第一方面提供了一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法，包括：获取预设时长内的第一PWM信号，第一PWM信号包含n个运行周期，n为大于2的整数；调整第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到 第二PWM信号，其中，第二PWM信号包含的运行周期的个数与第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、第二PWM信号的预设时长与第一PWM信号的预设时长相等、且第二PWM信号的时序与第一PWM信号的时序对齐；输出第二PWM信号。

由上，本申请第一方面提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法，通过调整第一PWM信号的运行周期的时长，并且使调整后的PWM信号(即第二PWM信号)按照一定规律小范围抖动起来，可以使固定频率的PWM信号的电磁干扰噪声幅值分散到周围的频率点上，能够有效降低电磁干扰，改善电磁兼容。

作为第一方面的一种实现方式，调整第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，包括：以增大的方式调整第一PWM信号中的m1个运行周期的时长；以减小的方式调整第一PWM信号中的m2个运行周期的时长；其中，m1+m2≤n。

由上，在预设时长内，通过将其中一部分运行周期的周期时长值调大，将其中一部分运行周期的周期时长值调小，使第二PWM信号的频率抖动起来，且仍可以保证预设时长不变，通过这样的设置，保证了电机的控制性能不受PWM信号频率抖动的影响。

作为第一方面的一种实现方式，还包括：当m1+m2＜n时，保持第一PWM信号中的m3个运行周期的时长不变，其中，m1+m2+m3＝n。

由上，为了保证调整前后预设时长不变且调整前后PWM信号的时序对齐，在m1+m2＜n时，可以使m3个运行周期的周期时长不变，通过该技术特征的设置，也可以保证电机的控制性能不受PWM信号频率抖动的影响。

作为第一方面的一种实现方式，还包括：m1与m2相等。

由上，通过将m1和m2设置为相等值，即：大于调整前运行周期的周期个数和小于调整前运行周期的周期个数相等，这样可以使PWM信号的频率抖动的更具有规律性，从而有效的降低电磁干扰，改善电磁兼容。

作为第一方面的一种实现方式，m1个运行周期的时长值呈现为第一等差序列。

作为第一方面的一种实现方式，m2个运行周期的时长值呈现为第二等差序列。

由上，在预设时长内，使大于调整前的运行周期时长的周期个数构成第一等差序列，使小于调整前的运行周期时长的周期个数构成第二等差序列，可以使运行周期的周期时长分布的更具规律性，从而达到较好的降低电磁干扰，改善电磁兼容的效果。

作为第一方面的一种实现方式，输出第二PWM信号，包括：当电机的转速低于一下限值时，以第一布置方式输出第二PWM信号；其中，第一布置方式为：在预设时长内，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离起始位置和结束位置处的运行周期。

由上，在预设时长内，靠近其起始位置和结束位置处为当前预设时长的电流采样时刻和下一预设时长电流采样时刻，此时运行周期时长较小则对应的频率高，相应的电机电流纹波小，当电机处于低速运转的情况下，这样的布局方式可以有效降低电机力矩的纹波。

作为第一方面的一种实现方式靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于运行周期，从预设时长的两端向中间依次变大，其中，两端包括起始位置和结束位置。

由上，使调整后的运行周期从预设时长的两端向中间依次变大，可以使运行周期规律性变化，保证了最大限度的降低电机力矩的纹波。

作为第一方面的一种实现方式，输出第二PWM信号，包括：当电机的转速高于一上限值时，以第二布置方式输出第二PWM信号；其中，第二布置方式为：在预设时长内，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离起始位置和结束位置处的运行周期。

由上，当电机处于高速运转时，在预设时长内，将较大的周期时长，即较低的频率布置在预设时长的边界处，可以有效提升电机电压的利用率，保证了电机高速运转时的性能。

作为第一方面的一种实现方式，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于运行周期，从预设时长的两端向中间依次减小，其中，两端包括起始位置和结束位置。

由上，使调整后的运行周期从预设时的两端向中间依次减小，可以使运行周期规律性变化，保证了最大限度的提高电机电压的利用率。

本申请第二方面提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成装置，包括：获取模块，用于获取预设时长内的第一PWM信号，第一PWM信号包含n个运行周期，n为大于2的整数；调整模块，用于调整第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，第二PWM信号包含的运行周期的个数与第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、第二PWM信号的预设时长与第一PWM信号的预设时长相等、且第二PWM信号的时序与第一PWM信号的时序对齐；输出模块，用于输出第二PWM信号。

作为第二方面的一种实现方式，调整模块，包括：第一调整单元，用于以增大的方式调整第一PWM信号中的m1个运行周期的时长；第二调整单元，用于以减小的方式调整第一PWM信号中的m2个运行周期的时长；其中，m1+m2≤n。

作为第二方面的一种实现方式，还包括：第三调整单元，用于当m1+m2＜n时，保持第一PWM信号中的m3个运行周期不变，其中，m1+m2+m3＝n。

作为第二方面的一种实现方式，还用于：m1与m2相等。

作为第二方面的一种实现方式，m1个运行周期的时长值呈现为第一等差序列。

作为第二方面的一种实现方式，m2个运行周期的时长值呈现为第二等差序列。

作为第二方面的一种实现方式，输出模块，包括：第一输出单元，用于当电机的转速低于一下限值时，以第一布置方式输出第二PWM信号；其中，第一布置方式为：在预设时长内，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离起始位置和结束位置处的运行周期。

作为第二方面的一种实现方式，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于运行周期，从预设时长的两端向中间依次变大，其中，两端包括起始位置和结束位置。

作为第二方面的一种实现方式，输出模块，还包括：第二输出单元，当电机的转速高于一上限值时，以第二布置方式输出第二PWM信号；其中，第二布置方式为：在预设时长内，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离起始位置和 结束位置处的运行周期。

作为第二方面的一种实现方式，靠近预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于运行周期，从预设时长的两端向中间依次减小，其中，两端包括起始位置和结束位置。

本申请第三方面提供一种电机控制方法，包括：根据电机的相电流获得第一PWM信号；基于第一PWM信号，利用上述第一方面任一项的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法获取第二PWM信号；利用第二PWM信号控制电机。

本申请第四方面提供一种电机控制器，包括：处理单元，用于执行上述第三方面的电机控制方法。

本申请第五方面提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，包括：处理器，以及存储器。存储器，其上存储有程序指令，程序指令当被处理器执行时使得处理器执行上述第一方面任一项的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。

本申请第六方面提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，包括：处理器，以及接口电路。其中，通过接口电路访问处理器，处理器被配置为调用存储在存储器中的程序指令，程序指令当被执行时使得处理器执行上述第一方面任一项的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。

本申请第七方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，程序指令当被计算机执行时使得计算机执行上述第一方面任一项的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。

本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

以下参照附图来进一步说明本申请的各个特征和各个特征之间的联系。附图均为示例性的，一些特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本申请所涉及领域的惯常的且对于本申请非必要的特征，或是额外示出了对于本申请非必要的特征，附图所示的各个特征的组合并不用以限制本申请。另外，在本说明书全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：

图1为本申请实施例提供的电机控制器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法应用场景图；

图3为本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的运行周期的第一种调整示意图；

图5为本申请实施例提供的运行周期的第二种调整示意图；

图6为本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备的另 外一种结构示意图。

具体实施方式

说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，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。

在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S110、S120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。

说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。

本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，能够以任何适当的方式组合各特定特征、结构或特性，如从本公开对本领域的普通技术人员显而易见的那样。

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。如有不一致，以本说明书中所说明的含义或者根据本说明书中记载的内容得出的含义为准。另外，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。

对本申请具体实施方式进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和属于，以及其在本申请中相应的用途\作用\功能等进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释：

1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)：通过将有效的电信号分散成离散形式，从而降低电信号所传递的平均功率。

2)PWM信号的占空比：指在PWM信号中，方波高电平持续时间和周期的比值。例如：在一个2s的周期中，PWM信号存在1s的高电平，存在1s的低电平，则PWM占空比为50％。

下面，首先对本申请的相关技术进行详细介绍，然后再对本申请的技术方案进行详细介绍。

相关技术提供了一种降低电磁干扰噪声幅值的方案。在该方案中，通过使一个电机电流闭环控制周期内的PWM信号的运行周期抖动起来，可以使固定频率的噪声分散在周围频段上，从而达到降低电磁干扰噪声幅值的目的。但是，若PWM信号的运行周期抖动起来之后，如果不加以特殊处理，会使电机电流闭环控制不再是一个固定周期，或者难以使抖动后的PWM信号的时序与抖动前的PWM信号的时序对齐，这样会导致电机电流闭环控制的鲁棒性和稳定性变差。

下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明，首先，介绍本申请实施例提供的 一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法所应用的场景。

本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法可以应用于任意类型电机中，例如：永磁同步电机、永磁直流电机、异步感应电机、直线电机等等。另外，本申请实施例提供的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法可以应用于任意领域，例如：可以应用于汽车的车载控制器领域中，可以应用于工业伺服变频器领域中，可以应用于机器人控制器中，还可以应用于家电领域等等。

下面以该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法应用于汽车的车载转向系统中为例，来说明其具体实现方式。具体的：如图2所示，车辆200中设有转向系统210，该转向系统210包括方向盘211、转向轴212、电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)213以及电机214。其中，电机214的控制信号由本申请实施例提供的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法提供，通过基于本申请实施例的方法调整PWM信号的运行周期的时长，使各PWM信号波频率抖动起来，以降低电机214对周围电子器件的电磁干扰噪声幅值，从而保证电机214和周围电子器件良好的性能。应理解，此处仅是以汽车的车载转向系统为例进行说明，该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法还可以应用于车载启动电机215、雨刮电机216等电机上，或者应用于非车环境的电机上。

示例性的，该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法可以存储于车辆200的本地存储器中，通过总线等形式实现与电机214的实时通信。应理解，此处仅是给出一种可能的实现方式，并不作为对本实施例中该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法存储的位置的特殊限制。

下面参见各图，对本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法进行详细说明。

如图3所示，为本申请实施例提供的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法的流程图。该方法的实现过程主要包括步骤S110-S130，下面对各个步骤依次进行介绍：

S110：获取预设时长内的第一PWM信号，所述第一PWM信号包含n个运行周期，所述n为大于2的整数。

其中，所述预设时长可以为电机电流闭环控制周期的时长，该时长为预先设置。应理解，在一个电机电流闭环控制周期结束时，PWM信号的占空比会进行更新，因此，该预设时长也可以称为PWM信号的占空比更新周期。

S120：调整所述第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，所述第二PWM信号包含的运行周期的个数与所述第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、所述第二PWM信号的预设时长与所述第一PWM信号的所述预设时长相等、且所述第二PWM信号的时序与所述第一PWM信号的时序对齐。

应理解，本实施例中第二PWM信号的时序与第一PWM信号的时序对齐，也可以称为相位对齐。

下面结合图4详细介绍步骤S120。如图4所示，为对第一PWM信号中的运行周期进行调整的调整示意图。在本实施例中。图4中“PWM信号固定频率”字段所对应的波形为第一PWM信号波形(即原始PWM信号波形)的输出方案，可以看出， 在一个预设时长T _SC中，包含有n个运行周期T _BASE，各运行周期T _BASE的周期时长相等，即该第一PWM信号的频率为固定频率。

然后需要调整该第一PWM信号的至少两个运行周期T _BASE的时长。

作为一种可选的实现方式，可以将第一PWM信号中的m1个运行周期T _BASE的周期时长调大，即：使调整后的运行周期T _BASE′的周期时长大于调整前的运行周期T _BASE的周期时长；并将第一PWM信号中的m2个运行周期T _BASE的周期时长调小，即：使调整后的运行周期T _BASE″的周期时长小于调整前的运行周期T _BASE的周期时长，获得第二PWM信号，在此处，要求m1+m2≤n。需要注意的是，此处需要满足以下约束条件：第二PWM信号包含的运行周期的个数与第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、第二PWM信号的预设时长与第一PWM信号的所述预设时长相等、且第二PWM信号的时序与第一PWM信号的时序对齐。

作为另外一种可选的实现方式，当m1+m2＜n时，此时可以第一PWM信号中的m1个运行周期T _BASE的周期值调大、将第一PWM信号中的m2个运行周期T _BASE的周期值调小，保持m3个运行周期T _BASE的周期值不变，在此处，要求m1+m2+m3＝n，同样的。其调整的约束条件仍为上述约束条件相同，故此处不再对其进行赘述。

在本实施例中，作为另外一种可选的实现方式，还可以将m1个运行周期的周期值设计成第一等差序列形式，将m2个运行周期的周期值设计成第二等差序列形式。下面介绍两个等差序列详细的设计过程：

在本实施例中，作为一种可选的实现方式，可以将两个等差序列的项数设计成相等的，这样可以使第二PWM信号的频率分散较为均匀。当n为奇数时，此时可以利用m1＝m2＝(n-1)/2来确定第一等差序列的项数m1和第二等差序列的项数m2。在这种设计方案中，保持其中一个运行周期为T _BASE的周期值不变，获得项数为m1的第一等差序列的T _LM，其中，第一等差序列T _LM中各项均大于运行周期T _BASE。在这种设计方案中，还可以获得项数为m2的第二等差序列T _SM，其中，第二等差序列T _SM中各项均小于运行周期T _BASE。

作为一种可选的实现方式，可以按下式确定第一等差序列的T _LM中的首项T _L1以及第二等差序列T _SM中的首项T _S1：

作为一种可选的实现方式，可以按下式确定第一等差序列的T _LM中的末项T _Lm以及第二等差序列T _SM中的末项T _Sm：

在上式中，C为第K个预设时长T _SC对应的时长长度，其中，C为正整数且该C值为周期性变化的值，满足：1、2、3……C _max、C _max、C _max-1、C _max-2……3、2、1，Δt _L为在整个控制过程中第一等差序列的T _LM的最小公差，Δt _S为在整个控制过程中第二等差序列T _SM的最小公差，那么，C*Δt _L即为C值对应的预设时长T _SC中第一等差序列T _LM的公差，C*Δt _S即为C值对应的预设时长T _SC中第二等差序列T _SM的公差，m1为 第一等差序列的T _LM的项数，m2为第二等差序列T _SM的项数，T _BASE为调整前的运行周期。

在上式中，作为一种实现方式，可以利用下式确定预设时长T _SC对应的最大时长值C _max：C _max＝ΔT/(m1*Δt)。其中，ΔT为PWM信号周期抖动的预设的最大偏移量，m1＝m2＝(n-1)/2，因此可以将该式中的m1替换为m2。该式中，Δt _L＝Δt _S＝Δt为预设值。

应理解，为了保证步骤S120中的约束条件成立，当n为奇数时，应满足：

作为另外一种可选的实现方式，当n为偶数时，此时可以利用m＝m1＝m2＝n/2来确定第一等差序列的项数m1和第二等差序列的项数m2。在这种设计方案中，获得各等差序列的首项和末项的方式与n为奇数时相同，故此处不再对其进行赘述，不同之处在于，为了保证步骤S120中的约束条件成立，当n为偶数时，应满足：

上式中，S _L为第一等差序列的T _LM中各项之和，S _S为第二等差序列T _SM中各项之和，m＝m1＝m2，为任意一个等差序列的项数。

在利用步骤S120中的方法获得了第二PWM信号之后，需要执行步骤S130：输出第二PWM信号。

具体的，本实施例提供两种输出第二PWM信号的方案。

下面首先介绍第一种输出第二PWM信号的方案。即图4示出的“第一布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形。这种布局方式适合于电机低转速的情况，即当电机转速低于一下限值时，以第一布置方式输出第二PWM信号。具体的，该第一布置方式为：在预设时长T _SC内，靠近所述预设时长起始位置A1和结束位置A2(应理解，预设时长的结束位置即是下一预设时长的起始位置A1)处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。作为一种可选的实现方式，可以使调整后的运行周期，从预设时长的两端向中间依次变大，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。

在本实施例中，由图4中“第一布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形可以看出，调整后的运行周期从预设时长T _SC的两端向中间依次变大，具体为：T _Sm＜T _Sm-1＜...＜T _Sm-a＜...T _S1＜T _BASE＜T _L1＜...＜T _Lm。通过这种布局方式，可以降低电机电流纹波，改善电机低速力矩波动。

然后介绍第二种输出第二PWM信号运行周期的方案。即图4示出的“第二布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形。这种布局方式适合于电机高转速的情况，即当电机转速高于一上限值时，以第二布置方式输出调整后的运行周期。具体的，该第二布置方式为：在预设时长T _SC内，靠近预设时长起始位置A1和结束位置A2处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。作为一种可选的实现方式，可以使调整后的运行周期从预设时长的两端向中间依次变小。

在本实施例中，由图4中“第二布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形可以看出，调整后的运行周期从预设时长T _SC的两端向中间依次变小，具体为：T _Lm＞T _Lm-1＞...T _Lm-a＞...＞T _L1＞T _BASE＞T _S1＞...＞T _Sm。通过这种布局方式，可以提高电机高速运转时电压的利用率。

如图5所示，下面提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法的具体实现方式。在本实施例中，该第一PWM信号的预设时长T _SC为固定值250μs，即：T _SC＝250μs，固定频率的运行周期T _BASE为62.5μs，即T _BASE＝62.5μs，那么，一个预设时长内包含有4个运行周期，即n＝4。根据本申请实施例提供的技术方案，以两个等差序列的形式使PWM信号的频率抖动起来，则在第一等差序列中：需要有m1＝n/2＝2个周期大于T _BASE，该第一等差序列中所包含的元素为T _L1和T _L2；在第二等差序列中：需要有m2＝n/2＝2个周期小于T _BASE，该第二等差序列中所包含的元素为T _S1和T _S2。预设在整个控制过程中，PWM信号周期抖动的最大偏移量预设为ΔT为7.5μs，设定两个等差序列的最小公差Δt为0.01μs，则根据C＝ΔT/(m1*Δt)可以得出，C为375，即PWM信号的K个预设时长依次为：1、2、3……375、375、374、373……3、2、1。图5中描述了当C＝10时相应的PWM信号的频率抖动策略。即：

T _L1＝T _BASE+C*Δt _L＝62.5+10*0.01＝62.6μs

T _L2＝T _BASE+m1*C*Δt _L＝62.5+2*10*0.01＝62.7μs

T _S1＝T _BASE-C*Δt _S＝62.5-10*0.01＝62.4μs

T _S2＝T _BASE-m2*C*Δt _S＝62.5-2*10*0.01＝62.3μs

其中，“第一布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形为上述实施例中第一种输出第二PWM信号的方案，即将较小的周期(T _S2＝62.3μs和T _S1＝62.4μs)布置于预设时长内的起始位置和结束位置，将较大的周期(T _L1＝62.6μs和T _L2＝62.7μs)布置于预设时长内的中间位置。“第二布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形为上述实施例中第二种输出第二PWM信号的方案，即将较大的周期(T _L1＝62.6μs和T _L2＝62.7μs)布置于预设时长内的起始位置和结束位置，将较小的周期(T _S2＝62.3μs和T _S1＝62.4μs)布置于预设时长内的中间位置。

另外，图5还示出了C＝11时相应的PWM信号的频率抖动策略。即：

T _L1＝T _BASE+C*Δt _L＝62.5+11*0.01＝62.61μs

T _L2＝T _BASE+C*Δt _L＝62.5+2*11*0.01＝62.71μs

T _S1＝T _BASE-C*Δt _S＝62.5-11*0.01＝62.39μs

T _S2＝T _BASE-C*Δt _S＝62.5-2*11*0.01＝62.29μs

其中，“第一布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形为上述实施例中第一种输出第二PWM信号的方案，即将较小的周期(T _S2＝62.39μs和T _S1＝62.29μs)布置于预设时长内的起始位置和结束位置，将较大的周期(T _L1＝62.61μs和T _L2＝62.71μs)布置于预设时长内的中间位置。“第二布置方式下的PWM抖动频率”字段所对应的波形为上述实施例中第二种输出第二PWM信号运行周期的方案，即将较大的周期(T _L1＝62.61μs和T _L2＝62.71μs)布置于预设时长内的起始位置和结束位置，将较小的周期(T _S2＝62.39μs和T _S1＝62.29μs)布置于预设时长内的中间位置。

基于本申请实施例提供的技术方案，通过以固定频率的PWM信号波形为基础，使PWM信号的运行周期按照一定规律小范围抖动起来，可以使固定频率PWM信号的EMI噪声幅值分散到周围频率点上，能够有效降低EMI单点幅值，改善EMC。另外，本实施例提供的技术方案，不需增加额外器件，既节约了空间又节约了成本。基于本实施例提供的技术方案，即使PWM信号的运行周期抖动起来，但仍可以保证PWM信号占空比的更新周期不变且使输出时序严格对齐，保障了电机的控制性能不受PWM信号抖动的影响，保证了电机的性能。另外，本申请实施例还提供了两种第二PWM信号的布局方式，在低转速的情况下采用第一种布局方式，在一定程度上降低了电机的电流纹波，改善了电机低速力矩的波动。在高转速的情况下采用第二种布局方式，在一定程度上提高了电机高速运转时电压的利用率。

本申请的另一实施例提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成装置，该装置可以由软件系统实现，也可以由硬件设备实现，还可以由软件系统和硬件设备结合来实现。

应理解，图6仅是示例性地展示了一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成装置的一种结构化示意图，本申请并不限定对该电机PWM信号的调制装置中功能模块的划分。如图6所示，该电机PWM信号的调制装置可以在逻辑上分成多个模块，每个模块可以具有不同的功能，每个模块的功能由可以计算设备中的处理器读取并执行存储器中的指令来实现。示例性的，该电机PWM信号的调制装置包括获取模块610、调整模块620和输出模块630。在一种可选的实现方式中，该电机PWM信号的调制装置用于执行图3示出的步骤S110-S130中描述的内容。具体的，可以为：获取模块610用于获取预设时长内的第一PWM信号，所述第一PWM信号包含n个运行周期，所述n为大于2的整数。调整模块620用于调整所述第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，所述第二PWM信号包含的运行周期的个数与所述第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、所述第二PWM信号的预设时长与所述第一PWM信号的所述预设时长相等、且所述第二PWM信号的时序与所述第一PWM信号的时序对齐。输出模块630，用于输出所述第二PWM信号。

可选的，该调整模块620包括：第一调整单元621和第二调整单元622。其中，第一调整单元621，用于以增大的方式调整所述第一PWM信号中的m1个运行周期的时长。第二调整单元622，用于以减小的方式调整所述第一PWM信号中的m2个运行周期的时长；其中，m1+m2≤n。

作为一种可选的实现方式，所述调整模块620还包括：第三调整单元623，用于当m1+m2＜n时，保持所述第一PWM信号中的m3个运行周期不变，其中，m1+m2+m3＝n。

作为另外一种可选的实现方式，所述调整模块620还可以使所述m1与所述m2相等。

在本实施例中，所述m1个运行周期的时长值呈现为第一等差序列。所述m2个运行周期的时长值呈现为第二等差序列。

作为一种可选的实现方式，所述输出模块630，包括：第一输出单元631，用于当所述电机的转速低于一下限值时，以第一布置方式输出所述第二PWM信号；其中，所述第一布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。

作为一种可选的实现方式，所述靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次变大，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。

作为另外一种可选的实现方式，所述输出模块630还包括：第二输出单元632，用于当所述电机的转速高于一上限值时，以第二布置方式输出所述第二PWM信号；其中，所述第二布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。

作为一种可选的实现方式，所述靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次减小，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。

其中，该实施例中各个功能模块的具体实现方式可以参见上述方法实施例中的介绍，本实施例不再对其进行赘述。

另外，本申请实施例还提供一种电机控制方法，在该方法中，首先需要根据电机的相电流获得第一PWM信号，然后基于所述第一PWM信号，利用上述实施例中提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法获取第二PWM信号，最后利用所述第二PWM信号控制所述电机。进而保证电机性能且降低电机的EMI单点幅值，改善EMC。

本申请的实施例还提供一种电机控制器，该电机控制器包括处理单元，用于执行上述实施例所述的电机控制方法。

本申请实施例还提供一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，包括处理器，以及存储器。存储器上存储有程序指令，程序指令当被处理器执行时使得处理器执行图3对应的实施例的方法，或其中的各可选实施例。

图7是本申请实施例提供的一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900的结构性示意性图。该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900包括：处理器910、存储器920。

应理解，图7中所示的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900中还可包 括通信接口930，可以用于与其他设备之间进行通信。

其中，该处理器910可以与存储器920连接。该存储器920可以用于存储该程序代码和数据。因此，该存储器920可以是处理器910内部的存储单元，也可以是与处理器910独立的外部存储单元，还可以是包括处理器910内部的存储单元和与处理器910独立的外部存储单元的部件。

可选的，电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900还可以包括总线。其中，存储器920、通信接口930可以通过总线与处理器910连接。总线可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

应理解，在本申请实施例中，该处理器910可以采用中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)。该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门矩阵(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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。或者该处理器910采用一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案。

该存储器920可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器910提供指令和数据。处理器910的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，处理器910还可以存储设备类型的信息。

在电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900运行时，所述处理器910执行所述存储器920中的计算机执行指令执行上述方法的操作步骤。

应理解，根据本申请实施例的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900可以对应于执行根据本申请各实施例的方法中的相应主体，并且电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备900中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为了实现本实施例各方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了另外一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，如图8所示为该实施例提供的另一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备1000的结构性示意性图，包括：处理器1010，以及接口电路1020，其中，处理器1010通过接口电路1020访问存储器，存储器存储有程序指令，程序指令当被处理器执行时使得处理器执行图2对应的实施例的方法。另外，该电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备还可包括通信接口、总线等，具体可参见图7所示的实施例中的介绍，不再赘述。示例性的，该接口电路1020可以为CAN总线或者LIN总线。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、 装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的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，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者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者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，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，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案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一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。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)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法，该方法包括上述各个实施例所描述的方案中的至少之一。

本申请实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括、但不限于 无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请的保护范畴。

Claims (25)

1. 一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法，其特征在于，包括：

   获取预设时长内的第一PWM信号，所述第一PWM信号包含n个运行周期，所述n为大于2的整数；

   调整所述第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，所述第二PWM信号包含的运行周期的个数与所述第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、所述第二PWM信号的预设时长与所述第一PWM信号的所述预设时长相等、且所述第二PWM信号的时序与所述第一PWM信号的时序对齐；

   输出所述第二PWM信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，包括：

   以增大的方式调整所述第一PWM信号中的m1个运行周期的时长；

   以减小的方式调整所述第一PWM信号中的m2个运行周期的时长；其中，m1+m2≤n。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

   当m1+m2＜n时，保持所述第一PWM信号中的m3个运行周期的时长不变，其中，m1+m2+m3＝n。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

   所述m1与所述m2相等。
5. 根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述m1个运行周期的时长值呈现为第一等差序列。
6. 根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，所述m2个运行周期的时长值呈现为第二等差序列。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述第二PWM信号，包括：

   当所述电机的转速低于一下限值时，以第一布置方式输出所述第二PWM信号；其中，所述第一布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：

   对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次变大，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述第二PWM信号，包括：

   当所述电机的转速高于一上限值时，以第二布置方式输出所述第二PWM信号；

   其中，所述第二布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：

    对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次减小，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。
11. 一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成装置，其特征在于，包括：

    获取模块，用于获取预设时长内的第一PWM信号，所述第一PWM信号包含n个运行周期，所述n为大于2的整数；

    调整模块，用于调整所述第一PWM信号中的至少两个运行周期的时长，得到第二PWM信号，其中，所述第二PWM信号包含的运行周期的个数与所述第一PWM信号包含的运行周期的个数相等、所述第二PWM信号的预设时长与所述第一PWM信号的所述预设时长相等、且所述第二PWM信号的时序与所述第一PWM信号的时序对齐；

    输出模块，用于输出所述第二PWM信号。
12. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调整模块，包括：

    第一调整单元，用于以增大的方式调整所述第一PWM信号中的m1个运行周期的时长；

    第二调整单元，用于以减小的方式调整所述第一PWM信号中的m2个运行周期的时长；其中，m1+m2≤n。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：

    第三调整单元，用于当m1+m2＜n时，保持所述第一PWM信号中的m3个运行周期的时长不变，其中，m1+m2+m3＝n。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还用于：

    所述m1与所述m2相等。
15. 根据权利要求12-14任一项所述的装置，其特征在于，所述m1个运行周期的时长值呈现为第一等差序列。
16. 根据权利要求12-14任一项所述的装置，其特征在于，所述m2个运行周期的时长值呈现为第二等差序列。
17. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述输出模块，包括：

    第一输出单元，用于当所述电机的转速低于一下限值时，以第一布置方式输出所述第二PWM信号；其中，所述第一布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。
18. 根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期小于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次变大，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。
19. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述输出模块，还包括：

    第二输出单元，当所述电机的转速高于一上限值时，以第二布置方式输出所述第二PWM信号；其中，所述第二布置方式为：在所述预设时长内，靠近所述预设时长起始位置和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期。
20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述靠近所述预设时长起始位置 和结束位置处的运行周期大于远离所述起始位置和结束位置处的运行周期，包括：对于所述运行周期，从所述预设时长的两端向中间依次减小，其中，所述两端包括所述起始位置和所述结束位置。
21. 一种电机控制方法，其特征在于，包括：

    根据电机的相电流获得第一PWM信号；

    基于所述第一PWM信号，利用权利要求1-10任一项所述的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法获取第二PWM信号；

    利用所述第二PWM信号控制所述电机。
22. 一种电机控制器，其特征在于，包括：

    处理单元，用于执行权利要求21所述的电机控制方法。
23. 一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，其特征在于，包括：

    处理器，以及存储器；

    所述存储器，其上存储有程序指令，所述程序指令当被所述处理器执行时使得所述处理器执行权利要求1-10任一项所述的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。
24. 一种电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成设备，其特征在于，包括：

    处理器，以及接口电路；

    其中，通过所述接口电路访问处理器，所述处理器被配置为调用存储在存储器中的程序指令，所述程序指令当被执行时使得所述处理器执行权利要求1-10任一项所述的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。
25. 一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，其特征在于，所述程序指令当被计算机执行时使得所述计算机执行权利要求1-10任一项所述的电机的脉冲宽度调制PWM信号的生成方法。