CN117498726A - 一种驱动多电机的方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及驱动控制技术领域，特别是一种驱动多电机的方法、装置及存储介质；驱动多电机的方法包括定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，并将采集到的数据存储在寄存器中；在当前周期的PWM溢出中断中读取数据并进行计算，获取下一周期的PWM占空比；在下一周期中根据获取到的下一周期的PWM占空比对电机进行驱动；通过定点触发ADC采集，在任意一个PWM溢出中断里读取上一个周期所采集到的数据，并当前周期的PWM溢出中断中进行计算，以得出下一周期的PWM占空比，充分利用时间，以确保在不影响三路BLDC电机正常运转的前提下，将下一周期的三相电流计算出来；有效节省布板空间，降低MUC的使用量，降低开发难度和生产成本，节约调试集成的工作周期。
Description
技术领域
本发明涉及驱动控制技术领域，特别是一种驱动多电机的方法、装置及存储介质。
背景技术
现有的电机驱动方法为单个MCU驱动一路电机，在汽车或者其他一些具有复杂的无刷电机需求的应用场景中，若采用单个MCU驱动一路电机的方法，那么驱动板上需要设计多个MCU来驱动，不仅硬件画板的难度非常大，还可能出现各种兼容的问题，使得产品开发难度大，项目周期长且成本高。
因此，设计一种驱动多电机的方法、装置及存储介质，对本领域技术人员来说是至关重要的。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种能够实现单个MCU驱动多电机的方法、装置及存储介质，以解决现有技术中不仅硬件画板的难度非常大，还可能出现各种兼容的问题，使得产品开发难度大，项目周期长且成本高的问题。
本发明公开了一种驱动多电机的方法，其具体方案在于，包括以下步骤：
定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，并将采集到的数据存储在寄存器中；
在当前周期的PWM溢出中断中读取数据并进行计算，获取下一周期的PWM占空比；
在下一周期中根据获取到的下一周期的PWM占空比对电机进行驱动。
可选地，还包括以下步骤：
通过一路独立的PWM定时器定点触发ADC采集。
可选地，PWM定时器的频率和相位分别与电机的载波频率和相位一致。
可选地，还包括以下步骤：
定点触发ADC采集，并获取当前周期的三相电流数据；
读取当前周期的三相电流数据，并将其对应的三相坐标转换为直角坐标；
使得三相绕组产生的合成磁场与转子磁场成90度，并将直角坐标转换为旋转坐标；
对旋转坐标进行PID计算获取下一周期的PWM占空比。
可选地，还包括以下步骤：
对当前周期的三相坐标进行Clark变换，以获取当前周期的直角坐标；
对当前周期的直角坐标进行Park变换，以获取当前周期的旋转坐标。
可选地，还包括以下步骤：
将当前周期的旋转坐标进行PID计算，获取下一周期的旋转坐标；
将下一周期的旋转坐标转换为下一周期的直角坐标；
将下一周期的直角坐标转换为下一周期的三相坐标，并计算获取下一周期的PWM占空比。
可选地，还包括以下步骤：
对下一周期的旋转坐标进行反Park变换，以获取下一周期的直角坐标；
对下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，以获取下一周期的三相坐标。
可选地，还包括以下步骤：
对下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，并将输出转化为马鞍波；
通过输出的马鞍波计算下一周期的三相坐标，以获取下一周期的PWM占空比。
本发明还公开了一种驱动多电机的装置，其具体方案在于，包括：主控器和多个无刷直流电机，所述主控器包括多路TCPWM端，且所述主控器的TCPWM端的数量为无刷直流电机数量的三倍，所述主控器用于执行如权上述电机驱动方法的步骤。
本发明还公开了一种存储介质，其具体方案在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述电机驱动方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例提供的驱动多电机的方法有益效果在于：通过定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，然后在任意一个PWM溢出中断里读取上一个周期所采集到的数据，之后在当前周期的PWM溢出中断中进行计算，以得出下一周期的PWM占空比，最后在下一周期中根据所得出的PWM占空比对BLDC电机进行驱动；充分利用时间，以确保在不影响三路BLDC电机正常运转的前提下，提前一个周期将下一周期的三相电流等参数计算出来，从而实现一个MUC同时驱动多个BLDC电机；不仅能够有效节省布板空间，还能降低MUC的使用量，还能降低开发难度和生产成本，还能节约调试集成的工作周期。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图一；
图2是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图二；
图3是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图三；
图4是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图四；
图5是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图五；
图6是本发明实施例提供的驱动多电机的方法的流程图六；
图7是本发明实施例提供的驱动多电机的装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种驱动多电机的方法的具体实施例。
一种驱动多电机的方法，参考图1，包括以下步骤：
S1、定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，并将采集到的数据存储在寄存器中；
S2、在当前周期的PWM溢出中断中读取数据并进行计算，获取下一周期的PWM占空比；
S3、在下一周期中根据获取到的下一周期的PWM占空比对电机进行驱动。
具体地，参考图1，该驱动多电机的方法主要用于一个MCU同时驱动多个BLDC电机的系统中，具体应用在一个MCU同时驱动三个BLDC电机的系统，并且确保三个电机运转正常；同时驱动三个BLDC电机与驱动一个BLDC电机的区别在于，要在下一个周期之前将三路SVPWM的占空比计算出来，同时还不能影响电机转动的实时性。
要控制BLDC电机三相的占空比，就要先采集电机UVW三相的电流，因此，要想实现一个MCU同时驱动三个BLDC电机，就需要在下一周期之前将下一周期的三路SVPWM的占空比计算出来，具体通过定点触发ADC进行采集，在上一个周期中提前获取电机的三相电流数据，并将采集到的数据进行存储，即存储至寄存器中。
其中，能够采用单电阻采样的方式对电机UVW三相的电流进行采集，其相比于采用多电阻采样的方式来说，单电阻采样的性价比会更高；另外，采用单电阻采样的话需要在PWM周期内，采集两次ADC的值，因此，最好能够分别在电机UVW的三相中只有其中两相电平相同的时候进行采集，就可以单次直接测得两相的电流，然后再根据三相电流之和为零的原理进行计算，以求得第三相的电流。
进一步地，参考图1，等待当前周期的PWM溢出中断，并在当前周期的PWM溢出中断中读取上一个周期所采集到的数据，并在当前周期的溢出中断里对所读取的数据进行计算，从而获取到下一周期的PWM占空比；由于读取和计算都在溢出中断中进行，将不会影响当前周期电机转动的实时性。
进一步地，参考图1，在下一周期到来时，根据上一周期的溢出中断中所计算出来的PWM占空比对BLDC电机进行驱动，从而保证三个BLDC电机都能够正常的运转。
现有的驱动BLDC电机基本为单个MCU单独驱动一路BLDC电机，而对于各类汽车域控的应用环境中，具有非常多且非常复杂的无刷电机的需求，如果使用一个MCU单独驱动一路BLDC电机的方式，那么驱动板上将需要设计非常多的MCU来对多个无刷电机进行控制，不仅会使得硬件画板的难度增加，还会出现各种兼容问题，使得开发难度非常大，从而造成整个项目周期被拉长。
在本实施例中，通过定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，然后在任意一个PWM溢出中断里读取上一个周期所采集到的数据，之后在当前周期的PWM溢出中断中进行计算，以得出下一周期的PWM占空比，最后在下一周期中根据所得出的PWM占空比对BLDC电机进行驱动；充分利用时间，以确保在不影响三路BLDC电机正常运转的前提下，提前一个周期将下一周期的三相电流等参数计算出来，从而实现一个MUC同时驱动多个BLDC电机；不仅能够有效节省布板空间，还能降低MUC的使用量，还能降低开发难度和生产成本，还能节约调试集成的工作周期。
在其中一个实施例中，参考图2，驱动多电机的方法还包括以下步骤：
S11、通过一路独立的PWM定时器定点触发ADC采集。
具体地，参考图2，通过一路独立的PWM定时器能够根据电机驱动的周期和对应的占空比，来定点触发ADC采集,以使得ADC采集动作、数据处理动作以及数据计算动作都能够在任意一个PWM的溢出中断点进行，实现时间的有效分配，确保多个电机能够正常运转。
其中，PWM定时器的频率和相位分别与电机的载波频率和相位一致，以保证不影响电机转动的实时性。
在其中一个实施例中，参考图3，驱动多电机的方法还包括以下步骤：
S12、定点触发ADC采集，并获取当前周期的三相电流数据；
S21、读取当前周期的三相电流数据，并将其对应的三相坐标转换为直角坐标；
S22、使得三相绕组产生的合成磁场与转子磁场成90度，并将直角坐标转换为旋转坐标；
S23、对旋转坐标进行PID计算获取下一周期的PWM占空比。
具体地，参考图3，通过定点触发ADC采集当前周期的三相电流数据，由于采集到的反馈电流数据为三相坐标系的正弦波，难以直接计算；因此，在对数据进行处理和计算时，需要将当前周期的三相电流数据所对应的三相a_b_c坐标转换为直角α_β坐标。
进一步地，由于当三相绕组通电流之后所产生的合成磁场与转子磁场之间呈90度相切时，损耗功率最小，为了实现输出功率的最大化，使得产生的力效率最高，在控制时，需要控制合成磁场与转子磁场之间的角度，使得合成磁场与转子磁场之间呈90度相切，而随着转子的不断旋转，那么外面的磁场也将会跟着同步旋转，再通过将静止的两相直角α_β坐标转换为旋转坐标，即DQ坐标，以方便后续计算，而此时旋转坐标与直角坐标之间的夹角为电机此时的电角度。
进一步地，PID计算指的是通过PID算法计算，PID算法是一种常用的控制算法，用于调节系统的输出以使其接近预期的目标值；PID控制器根据当前的误差(实际值与目标值之间的差异)和过去的误差变化率来计算控制信号，以实现系统的稳定和精确控制；在获取到对应的旋转坐标后，并对该旋转坐标进行PID计算，以获取下一周期的PWM占空比。
在其中一个实施例中，参考图4，驱动多电机的方法还包括以下步骤：
S211、对当前周期的三相坐标进行Clark变换，以获取当前周期的直角坐标；
S221、对当前周期的直角坐标进行Park变换，以获取当前周期的旋转坐标。
具体地，Clark变换是一种用于将三相交流信号转换为两相信号的数学变换；它常用于三相电力系统中，将三相电压或电流转换为两相信号，以便进行分析和控制；上述Clark变换的目的是将三相信号转换为两相信号，其中一相称为α轴信号，另一相称为β轴信号；其中α轴信号表示三相信号的平衡分量，β轴信号表示三相信号的非平衡分量；α轴信号对应于三相信号的零序成分，β轴信号对应于三相信号的正序成分；这种转换可以简化三相系统的分析和控制，Clark变换后的α轴信号和β轴信号可以用于进行功率计算、电流控制、矢量控制等应用；具体可以进行矢量旋转和调节，以实现对电机或电力系统的精确控制。
进一步地，Clark变换是为了便于调节控制，但是在实际的计算上较为麻烦，因此，还需要将当前周期的直角坐标转换为旋转坐标，具体采用的是Park变换，Park变换是将基于三轴二维的静止坐标系的物理量转换到二轴的定子旋转坐标系中，以便于后续模拟计算。
在其中一个实施例中，参考图5，驱动多电机的方法还包括以下步骤：
S231、将当前周期的旋转坐标进行PID计算，获取下一周期的旋转坐标；
S232、将下一周期的旋转坐标转换为下一周期的直角坐标；
S233、将下一周期的直角坐标转换为下一周期的三相坐标，并计算获取下一周期的PWM占空比。
具体地，PID算法是一种用于控制系统的反馈控制算法，它通过根据当前误差的大小和变化率来调整输出，以实现对系统的稳定控制；PID算法的计算公式如下：输出值＝比例增益*(当前误差+积分误差+微分误差)；其中：比例增益用于控制输出的比例，它决定了输出值与当前误差的线性关系；当前误差是指当前时刻的设定值与实际值之间的差异；积分误差是历史误差的累积，用于补偿系统的静态误差，它可以消除系统存在的稳态误差；微分误差是当前误差与上一时刻误差之差的变化率，用于预测系统的未来趋势。
通过PID算法对当前周期的旋转坐标进行计算，可以获取到下一周期的旋转坐标，以获取目标值。
进一步地，需要将下一周期的旋转坐标转化回对应的正弦波，从而获取下一周期的PWM占空比，以完成下一周期的电机运转驱动；首先，通过将下一周期的旋转坐标转化为静止的直角坐标，最后将静止的直角坐标转化为对应的三相坐标，再根据下一周期的三相坐标计算获取下一周期的PWM占空比。
在其中一个实施例中，参考图6，驱动多电机的方法还包括以下步骤：
S2321、对下一周期的旋转坐标进行反Park变换，以获取下一周期的直角坐标；
S2331、对下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，以获取下一周期的三相坐标。
具体地，反Park变换也称为逆Park变换，是一种用于控制三相交流电机的坐标变换方法；它是Park变换的逆过程，将一个旋转坐标系下的向量转换回静止坐标系下的向量，通过反Park变换可以将下一周期的旋转坐标转换为对应的直角坐标。
进一步地，需要将下一周期的直角坐标转换为对应的三相坐标，才能够直接对电机进行驱动控制，具体通过将下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，SVPWM的原理是通过控制逆变器输出的电压矢量，使其在一个固定的电压空间矢量图中运动，从而实现对电机的控制；通过SVPWM技术能够将输出转化为马鞍波，UVW对地波形分别为马鞍波，并使得UVW三相中的任意两相相减得到三相坐标系的正弦波，从而实现下一周期的电机驱动。
如图7所示，本发明还提供一种驱动多电机的方法的具体实施例。
一种驱动多电机的装置，参考图7，驱动多电机的装置包括：主控器1和多个无刷直流电机2，主控器1包括多路TCPWM端，且主控器1的TCPWM端的数量为无刷直流电机2数量的三倍，主控器1用于执行上述电机驱动方法的步骤。
具体地，参考图7，该驱动多电机的装置主要用于实现一个主控器1驱动多个无刷直流电机2，具体利用主控器1来执行上述电机驱动方法的步骤，以实现一主控器1驱动多路无刷直流电机2，其中，由于主控器1驱动一路无刷直流电机2就需要三路TCPWM，那么主控器1要驱动多路无刷直流电机2，就需要主控器1满足带电机驱动的TCPWM端的数量为无刷直流电机2数量的三倍。
以一个主控器1驱动三路无刷直流电机2为例做详细说明，由于主控器1驱动一路无刷直流电机2就需要三路TCPWM，那么主控器1要驱动三路无刷直流电机2，就需要主控器1满足带电机驱动的TCPWM端的数量为9路。
现有的驱动BLDC电机基本为单个MCU单独驱动一路BLDC电机，而对于各类汽车域控的应用环境中，具有非常多且非常复杂的无刷电机的需求，如果使用一个MCU单独驱动一路BLDC电机的方式，那么驱动板上将需要设计非常多的MCU来对多个无刷电机进行控制，不仅会使得硬件画板的难度增加，还会出现各种兼容问题，使得开发难度非常大，从而造成整个项目周期被拉长。
而在本实施例中，通过设计一种具有9路带电机驱动的TCPWM端的主控器和三个无刷直流电机的装置，利用主控器执行上述电机驱动方法来实现一个主控器同时驱动三个无刷直流电机，有效节省布板空间，有效降低开发难度和生产成本。
本发明还提供一种驱动多电机的方法的具体实施例。
一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述电机驱动方法的步骤。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要的保护范围。
Claims (10)
1.一种驱动多电机的方法，其特征在于，包括以下步骤：
定点触发ADC采集，以获取电机的三相电流数据，并将采集到的数据存储在寄存器中；
在当前周期的PWM溢出中断中读取数据并进行计算，获取下一周期的PWM占空比；
在下一周期中根据获取到的下一周期的PWM占空比对电机进行驱动。
2.根据权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过一路独立的PWM定时器定点触发ADC采集。
3.根据权利要求2所述的电机驱动方法，其特征在于，PWM定时器的频率和相位分别与电机的载波频率和相位一致。
4.根据权利要求1所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
定点触发ADC采集，并获取当前周期的三相电流数据；
读取当前周期的三相电流数据，并将其对应的三相坐标转换为直角坐标；
使得三相绕组产生的合成磁场与转子磁场成90度，并将直角坐标转换为旋转坐标；
对旋转坐标进行PID计算获取下一周期的PWM占空比。
5.根据权利要求4所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对当前周期的三相坐标进行Clark变换，以获取当前周期的直角坐标；
对当前周期的直角坐标进行Park变换，以获取当前周期的旋转坐标。
6.根据权利要求4所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将当前周期的旋转坐标进行PID计算，获取下一周期的旋转坐标；
将下一周期的旋转坐标转换为下一周期的直角坐标；
将下一周期的直角坐标转换为下一周期的三相坐标，并计算获取下一周期的PWM占空比。
7.根据权利要求6所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对下一周期的旋转坐标进行反Park变换，以获取下一周期的直角坐标；
对下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，以获取下一周期的三相坐标。
8.根据权利要求7所述的电机驱动方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对下一周期的直角坐标进行SVPWM调制，并将输出转化为马鞍波；
通过输出的马鞍波计算下一周期的三相坐标，以获取下一周期的PWM占空比。
9.一种驱动多电机的装置，其特征在于，包括：主控器和多个无刷直流电机，所述主控器包括多路TCPWM端，且所述主控器的TCPWM端的数量为无刷直流电机数量的三倍，所述主控器用于执行如权利要求1-8任一所述电机驱动方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述电机驱动方法的步骤。
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