CN117914183A - 电机启动方法及电机启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机启动方法及电机启动电路，包括：1)获取转子的当前位置；2)基于转子的当前位置及电机的转动方向对电机进行异步拖动，使开环角度依次增大至目标启动开环角度，交轴参考电流依次增大；在异步拖动的过程中开环角度增量随时间的变化依次增大，进而实现平滑启动；3)电机进入闭环控制模式。本发明引入开环角度，开环角度增量以及角度加增量，使得启动电路更易于硬件实现，只需一个加法器即可完成启动，花费硬件资源少，换取CPU资源的释放；通过调整开环角度增量实现平滑开启，减轻电机转动的“换挡”感觉；引入角度加增量加快启动进程，抑制启动反转的概率；可扩展至任意组电机，且各电机的启动复用一组计算逻辑，成本低。

Description

电机启动方法及电机启动电路

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种电机启动方法及电机启动电路。

背景技术

无位置传感器电机因价格便宜，可靠性高，被广泛应用于电机控制领域。目前在通过无感控制电机运行的控制技术中，磁场定向控制FOC是一种对于无刷直流电机和永磁同步电机都可以实现精确控制的高效控制技术。在通过FOC控制电机运行的过程中，电机的启动过程一般包括初始定位、加速异步拖动、闭环控制等阶段。

初始定位阶段：一般通过控制电机的直轴参考电流从零开始逐步增加至定位目标电流，并在预设的定位稳定时间内维持一段时间，实现转子定位。

加速异步拖动阶段：控制待控制电机的直轴电流逐渐减小，交轴参考电流逐渐增大，并控制待控制电机的开环角度的从定位角度逐步增加至所述目标启动开环角度的异步拖动角度参与磁场定向控制，对所述电机进行异步拖动。

闭环阶段：当异步拖动角度达到所述启动开环角度后，通过闭环控制的方式控制所述电机运行。

其中，加速异步拖动阶段的加速曲线强烈依赖软件人员的程序设定，主要靠软件人员对电机特性的了解而实时合理规划，使得电机达到预定转速的时间长，工作效率低下，很难满足快速启动运行的要求。因此，有必要提出一种新的启动方法，以提高工作效率、加快启动速度。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电机启动方法及电机启动电路，用于解决现有技术中无位置传感器电机启动速度慢，效率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电机启动方法，所述电机启动方法至少包括：

1)获取转子的当前位置；

2)基于所述转子的当前位置及电机的转动方向对所述电机进行异步拖动，使开环角度依次增大至目标启动开环角度，交轴参考电流依次增大；其中，在异步拖动的过程中开环角度增量随时间的变化依次增大，进而实现平滑启动；

3)所述电机进入闭环控制模式。

可选地，所述开环角度满足：

θ_n＝θ_n-1+Δθ_n，Δθ_n＝Δθ_n-1+Δ²θ；

其中，θ_n为当前周期的所述开环角度，θ_n-1为上一周期的所述开环角度，Δθ_n为当前周期的开环角度增量，Δθ_n-1为上一周期的开环角度增量，Δ²θ为角度加增量。

更可选地，步骤2)中分阶段调整所述开环角度，同一阶段内各周期的所述开环角度的角度加增量为恒定值，各阶段的所述开环角度的角度加增量随时间的变化依次增大。

更可选地，步骤2)中第i阶段所述开环角度的角度加增量满足：

其中，Δ²θ_i为第i阶段所述开环角度的角度加增量，i为大于等于1的自然数；Δθ_in为第i阶段最后一个周期的目标角度增量；Δθ_i0为第i阶段第一个周期的开环角度增量；T_i为第i阶段的时长(作为示例，单位为秒)；f为电机驱动频率(作为示例，单位为赫兹)；N为第i阶段的目标转速(作为示例，单位为转/秒)；p为电机的极对数；当i≥2时，Δθ_i0＝Δθ_(i-1)n，Δθ_(i-1)n为第(i-1)阶段最后一个周期的目标角度增量。

更可选地，当各阶段的开环角度增量达到对应阶段的目标角度增量时，触发角速度达标中断信号，清除角度加增量及交轴参考电流增量；并重新计算下一阶段的角度加增量及交轴参考电流增量，或维持当前周期的开环角度增量及交轴参考电流。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种电机启动电路，所述电机启动电路至少包括：

采样模块、第一坐标转换模块、处理器、参考电流自增模块、角度加速控制模块、比例积分调节模块、第二坐标转换模块、控制信号产生模块、驱动模块及电机；

所述采样模块对所述电机的电流进行采样；

所述第一坐标转换模块连接于所述采样模块及所述角度加速控制模块的输出端，对所述采样模块的输出信号进行坐标转换，得到直轴电流和交轴电流；

所述处理器提供直轴参考电流、交轴参考电流、交轴参考电流增量、初始角度、初始开环角度增量及角度加增量；

所述参考电流自增模块连接于所述处理器的输出端，基于上一周期的交轴参考电流及所述交轴参考电流增量得到当前周期的交轴参考电流；

所述角度加速控制模块连接于所述处理器的输出端，基于所述初始角度、所述初始开环角度增量及所述角度加增量将开环角度调整至目标启动开环角度；其中，开环角度增量随时间的变化依次增大；

所述比例积分调节模块连接于所述第一坐标转换模块、所述处理器及所述参考电流自增模块的输出端，基于直轴电流、直轴参考电流、交轴电流及交轴参考电流进行比例积分调节运算，得到直轴电压和交轴电压；

所述第二坐标转换模块连接于所述角度加速控制模块及所述比例积分调节模块的输出端，对所述直轴电压和所述交轴电压进行坐标转换，得到三相电压；

所述控制信号产生模块基于所述第二坐标转换模块的输出信号产生所述电机的控制信号；

所述驱动模块连接于所述控制信号产生模块的输出端，基于所述控制信号产生所述电机的驱动信号并驱动所述电机启动。

可选地，所述角度加速控制模块包括加法单元及正余弦计算单元；

所述加法单元获取上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及当前周期角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度；

所述正余弦计算单元连接于所述加法单元的输出端，对所述加法单元输出的开环角度进行正弦和余弦计算，所述正余弦计算单元输出的正弦和余弦用于电机启动控制。

更可选地，所述角度加速控制模块还包括上限控制单元；

所述上限控制单元连接所述加法单元，当开环角度增量达到阶段性目标角度增量时，发出角速度达标中断信号；当开环角度增量小于对应阶段的目标角度增量时，控制所述加法单元基于上一周期的开环角度与当前周期的开环角度增量进行加法运算，得到当前周期的开环角度。

更可选地，所述加法单元包括寄存器及加法器；

所述寄存器中存储开环角度、开环角度增量及角度加增量；

所述加法器连接所述寄存器，对上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度。

更可选地，所述加法单元包括多路复用器、加法器及至少两个寄存器；

各寄存器中分别存储各电机的开环角度、开环角度增量及角度加增量；

所述多路复用器连接于各寄存器的输出端，选择各寄存器中的一个，并输出被选中寄存器中的数据；

所述加法器连接所述多路复用器的输出端，对所述多路复用器输出端的上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度。

可选地，所述驱动模块包括驱动板，将低压域信号转变为高压域信号，以驱动电机运转。

可选地，所述电机为无位置传感器的永磁同步电机。

如上所述，本发明的电机启动方法及电机启动电路，具有以下有益效果：

1、本发明的电机启动方法及电机启动电路引入开环角度，开环角度增量以及角度加增量，使得启动电路更易于硬件实现，只需要一个加法器的重复使用，就可以完成启动过程，花费硬件资源少，换取CPU资源的释放。

2、本发明的电机启动方法及电机启动电路通过调整开环角度增量实现平滑开启，在进行速率切换时减轻电机转动的“换挡”感觉。

3、本发明的电机启动方法及电机启动电路引入角度加增量，大大加快启动进程，在一定范围内抑制启动反转的概率。

4、本发明的电机启动方法及电机启动电路可扩展至任意组电机，且各电机的启动复用同一组计算逻辑，降低成本。

附图说明

图1显示为一种分段式电机异步拖动过程中开环角度增量和交轴参考电流的波形示意图。

图2显示为一种分段式异步拖动过程中角度乘圈数的波形示意图。

图3显示为一种分段式异步拖动过程中电角度的波形示意图。

图4显示为本发明的电机启动方法的流程示意图。

图5显示为本发明的电机启动方法中角度加增量的波形示意图。

图6显示为本发明的电机启动方法中开环角度增量和交轴参考电流的波形示意图。

图7显示为本发明的电机启动方法中角度乘圈数的波形示意图。

图8显示为本发明的电机启动方法中电角度的波形示意图。

图9显示为本发明的电机启动方法中角速度达标中断信号的产生原理示意图。

图10显示为本发明的电机启动电路的结构示意图。

图11显示为本发明的角度加速控制模块的结构示意图。

图12显示为本发明的加法单元的一种结构示意图。

图13显示为本发明的加法单元的另一种结构示意图。

图14显示为本发明的加法器复用的原理示意图。

元件标号说明

10 采样模块

11 第一坐标转换模块

12 处理器

13 参考电流自增模块

14 角度加速控制模块

141 加法单元

1411、1413a、1413b、1413c…1413n 寄存器

1412、1415 加法器

1414 多路复用器

142 正余弦计算单元

143 上限控制单元

15 比例积分调节模块

16 第二坐标转换模块

17 控制信号产生模块

18 驱动模块

19 电机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图3所示，为了缩小电机启动时间，加快电机启动速度，在异步拖动阶段将电机的加速过程分成若干段，以达到异步拖动期间电机的稳定加速和不失步。作为示例，电机的PWM驱动频率为20Khz，电机的额定电流为2A，电机的开环启动目标速度为20000转/分，假设电机的初始定位角度刚好为0°，为了电机的稳步启动，将加速异步拖动阶段分为5个加速阶段。如图1所示，横坐标为采样点(对应个数PWM信号的波峰或波谷)；其中，五个加速阶段中，各阶段的转速满足：第一转速<第二转速<第三转速<第四转速<第五转速(目标转速)；各阶段的持续时间满足：第一持续时间Ta<第二持续时间Tb<第三持续时间Tc<第四持续时间Td<第五持续时间Te；开环角度增量Δθ在同一阶段保持不变，随着时间的变化各阶段的开环角度增量Δθ依次增大；随着时间的变化交轴参考电流Iqref在不同阶段均呈等差数列递增。以以上不同阶段的电机异步拖动角度和交轴参考电流参与磁场定向控制的比例积分，Clark/Park及其逆变换，对电机进行异步拖动。如图2所示，各阶段的角度θ与圈数的乘积的曲线存在转折点；如图3所示，各阶段的加速异步拖动的电角度在各阶段的切换点存在转折点。

如图1所示，以上过程中在电机从所述第一转速跃入所述第二转速、所述第二转速跃入所述第三转速、所述第三转速跃入所述第四转速、所述第四转速跃入所述第五转速(目标转速)的过程中，电机转速呈阶梯跳跃，使得电机的加速曲线不够平滑，电机在转动过程中有明显的“换档”感觉，严重的更能导致电机发生启动失败。

此外，以上过程中异步拖动的角度及参考电流的调整通常使用CPU来实现，CPU需要在每个电机的PWM周期都来检测电压和开环角度是否到达阶段性阈值，占用较多的CPU资源。特别是当由单通道电机扩展到多通道电机的场景，这种有CPU控制启动电路的方式会显现出更多的劣势。

由此，为了解决上述问题，本发明提出一种电机启动方法和电机启动电路，通过平滑启动克服电机转动中“换档”的感觉，并通过角度加增量加快启动进程；还能释放CPU资源。本发明的电机启动方法和电机启动电路的具体方案如下。

实施例一

如图4所示，本实施例提供一种电机启动方法，所述电机启动方法包括：

1)获取转子的当前位置。

具体地，起始状态下，电机处于静止状态，且所述转子位置未知，此时，对所述电机通电并采集所述电机的三相电流，以此获取所述转子的当前位置。作为示例，控制待控制电机的直轴参考电流Id为定位目标电流，交轴参考电流Iq为零，并在预设的定位稳定时间内维持一段时间，实现转子定位。

需要说明的是，任意能获取所述转子的当前位置的方法均适用于本发明，不以本实施例为限。

2)基于所述转子的当前位置及电机的转动方向对所述电机进行异步拖动，使开环角度依次增大至目标启动开环角度，交轴参考电流依次增大；其中，在异步拖动的过程中开环角度增量随时间的变化依次增大，进而实现平滑启动。

具体地，本发明中引入开环角度、开环角度增量及角度加增量(角度加增量用于描述开环角度增量变化的速度)，所述开环角度满足：

θ_n＝θ_n-1+Δθ_n，Δθ_n＝Δθ_n-1+Δ²θ；

其中，θ_n为当前周期的所述开环角度，θ_n-1为上一周期的所述开环角度，Δθ_n为当前周期的开环角度增量，Δθ_n-1为上一周期的开环角度增量，Δ²θ为角度加增量。也就是说，随着时间越往后开环角度增量越大，其中，角度加增量Δ²θ大于零，在实际使用中可根据需要设定所述角度加增量Δ²θ的数值；同一阶段的所述角度加增量Δ²θ为恒定值，在实际使用中所述角度加增量Δ²θ也可随着时间的变化依次增大、减小或无规则变化，能满足上式即可。

具体地，本发明中电机交轴参考电流满足：

I_qref(n)＝I_qref(n-1)+ΔI_qref；

其中，I_qref(n)为当前周期的电机交轴参考电流；I_qref(n-1)为上一周期的电机交轴参考电流；ΔI_qref为交轴参考电流增量，可根据需要设定具体数值，在此不一一赘述。

更具体地，在本实施例中，分阶段调整所述开环角度，同一段内各周期的所述开环角度的角度加增量Δ²θ为恒定值，各阶段的所述开环角度的角度加增量Δ²θ随时间的变化依次增大；以此可在实现平滑启动的同时加快启动进程。进一步地，本实施例中，基于电机的驱动频率、各阶段的目标转速、各阶段的目标角度增量计算各阶段对应的角度加增量。假设电机的驱动频率固定为f赫兹，也就是电机在1秒内的PWM波形出现了f个；第i阶段的阶段性目标为T_i秒内转速增加至N转/秒；其中已知阶段性初始开环角度增量初值为Δθ_i0，电机的极对数为p；其中i≥1，i为自然数，当i＝1时则为一段式加速过程，一段式加速过程并不会影响电机启动的平滑性，并且一段式加速过程更能缩小电机启动的时间。由以上条件可计算得到T_i秒内最后一个PWM周期的开环角度增量，在此称为阶段性目标角度增量Δθ_in，当电机运行的开环角度增量在该离散点达到Δθ_in时，此时电机在该点时的转速为N转/秒。阶段性目标角度增量Δθ_in满足如下公式：

由于各阶段的开环角度增量Δθ呈现出的等差数列性质，可得到第i阶段的阶段性角度加增量Δ²θ_i满足：

当i≥2时，其中第i阶段的阶段性初始开环角度增量与第(i-1)阶段的阶段性目标角度增量相等，也就是：Δθ_i0＝Δθ_(i-1)n。当i＝1时，第1阶段的阶段性初始开环角度增量可根据需要设置，在此不一一赘述。

如图5～图7所示，作为示例，分三阶段对所述开环角度进行调整，假设电机驱动频率为20K赫兹，电机的额定电流为2安培，电机的开环启动目标速度为20000转/分，电机的初始异步拖动角度为初始定位角度(以下例子中为0°)。如图5所示，同一阶段的角度加增量为恒定值，第一阶段的角度加增量、第二阶段的角度加增量及第三阶段的角度加增量呈阶梯状递增。如图6所示，同一阶段的开环角度增量均呈等差数列递增。各阶段加速度满足：第一加速度<第二加速度<第三加速度；交轴参考电流Iqref均呈等差数列递增；各阶段的持续时间满足：第一持续时间Ta<第二持续时间Tb<第三持续时间Tc。以以上不同阶段的电机异步拖动角度和交轴参考电流参与磁场定向控制的比例积分，Clark/Park及其逆变换，对所述电机进行异步拖动。如图7所示，各阶段的角度θ与圈数的乘积曲线平滑，不存在转折点；如图8所示，各阶段的加速异步拖动的电角度在各阶段的切换点处不存在转折点。需要说明的是，在实际使用中，可根据需要设定分段控制的段数，不以本实施例为限。

具体地，作为本发明的一种实现方式，当各阶段的开环角度增量达到对应阶段的目标角度增量时，触发角速度达标中断信号，清除角度加增量及交轴参考电流增量；并重新计算下一阶段的角度加增量及交轴参考电流增量，或维持当前周期的开环角度增量及交轴参考电流。在本实施例中，如图9所示，0～T1时刻为第一阶段，当第一阶段的开环角度增量达到第一阶段的目标角度增量时，在T1时刻触发第一角速度达标中断信号；T1～T2时刻为第二阶段，当第二阶段的开环角度增量达到第二阶段的目标角度增量时，在T2时刻触发第二角速度达标中断信号；T2～T3时刻为第三阶段，当第三阶段的开环角度增量达到第三阶段的目标角度增量(也是整个异步拖动过程的目标角度增量)时，在T3时刻触发第三角速度达标中断信号。当开环角度增量达到阶段性目标角度增量值时，角度加速控制器发出角速度达标中断，并清除角度加增量(Δ²θ＝0)和交轴参考电流增量(ΔI_qref＝0)，可根据角速度达标中断信号得知某一阶段性平滑加速已完成，并根据电机运转的具体情况，配置新的角度加增量Δ²θ和交轴参考电流增量ΔI_qref，让电机进入下一个阶段性平滑加速；或是不再配置新的角度加增量Δ²θ＝0)和交轴参考电流增量ΔI_qref＝0)，让电机进入稳定运行环节，进而进入电机闭环控制。

需要说明的是，在本示例中，通过检测所述开环角度增量确定开环角度是否达到预设开环角度；在实际使用中可直接对开环角度进行检测。任意能确定T1、T2、T3时刻的方式均适用，在此不一一赘述。

3)所述电机进入闭环控制模式。

具体地，在本实施例中，所述电机加速到目标转速后，采用观测器方式计算反电动势，通过求直轴和交轴反电动势的反正切得出估测角度，当开环运行角度与估测角度差异在一定范围内时，可判定闭环条件成立，所述电机进入闭环模式。

需要说明的是，任意能使电机进入闭环控制的方法均适用于本发明，不以本实施例为限。需要说明的是，对于多电机的启动，可基于本实施例的电机启动方法逐一对各电机进行启动，在此不一一赘述。

本发明引入角度加增量的概念Δ²θ，使得电机的异步拖动角度的变化曲线变得更加平缓；通过平滑启动减轻电机转动的“换挡”感，并加快启动进程，缩短电机启动时间，提高效率，同时减小启动反转的几率。

实施例二

如图10所示，本实施例提供一种电机启动电路，所述电机启动电路包括：

采样模块10、第一坐标转换模块11、处理器12、参考电流自增模块13、角度加速控制模块14、比例积分调节模块15、第二坐标转换模块16、控制信号产生模块17、驱动模块18及电机19。

如图10所示，所述采样模块10对所述电机19的电流进行采样。

具体地，所述采样模块10连接所述电机19，对所述电机19的三相电流(Iu、Iv、Iw)进行采样；实际使用中，可仅采两相电流，第三相通过计算得到。

如图10所示，所述第一坐标转换模块11连接于所述采样模块10及所述角度加速控制模块14的输出端，对所述采样模块10的输出信号进行坐标转换，得到直轴电流Id和交轴电流Iq。

具体地，在本实施例中，所述第一坐标转换模块11为Clark变换和/或Park变换，所述采样模块10输出的三相电流基于第(n-1)次异步拖动角度θ_n-1的正余弦值参与磁场定向控制的Clark/Park变换，得到所述直轴电流Id及所述交轴电流Iq。

如图10所示，所述处理器12提供直轴参考电流I_dref、交轴参考电流I_qref、各阶段的交轴参考电流增量ΔI_qref、初始角度θ、初始开环角度增量Δθ及各阶段的角度加增量Δ²θ。

具体地，在本实施例中，所述处理器12采用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)实现，在实际使用中，任意能实现对数据处理的模块均适用于本发明，包括但不限于MPU(Micro Processor Unit，微处理器)。各阶段的角度加增量Δ²θ基于实施例一中的计算方法计算得到，在此不一一赘述。

如图10所示，所述参考电流自增模块13连接于所述处理器12的输出端，基于上一周期的交轴参考电流I_qref(n-1)及所述交轴参考电流增量ΔI_qref得到当前周期的交轴参考电流I_qref(n)。

具体地，满足如下关系式：I_qref(n)＝I_qref(n-1)+ΔI_qref。

如图10所示，所述角度加速控制模块14连接于所述处理器2的输出端，基于所述初始角度θ、所述初始开环角度增量Δθ及所述角度加增量Δ²θ将开环角度调整至目标启动开环角度；其中，开环角度增量随时间的变化依次增大。

具体地，如图11所示，所述角度加速控制模块14包括加法单元141及正余弦计算单元142。所述加法单元141获取上一周期的开环角度θ_n-1、上一周期的开环角度增量Δθ_n-1及当前周期角度加增量Δ²θ进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量Δθ_n及当前周期的开环角度θ_n；所述加法单元141将上一周期的开环角度增量Δθ_n-1与当前周期角度加增量Δ²θ相加，以得到当前周期的开环角度增量Δθ_n，所述加法单元141还将当前周期的开环角度增量Δθ_n与上一周期的开环角度θ_n-1相加，以得到当前周期的开环角度θ_n。所述正余弦计算单元142连接于所述加法单元141的输出端，对所述加法单元141输出的开环角度θ_n进行正弦和余弦计算，所述正余弦计算单元142输出的正弦和余弦用于电机启动控制。作为本发明的另一种实现方式，为了进一步获取处理器资源的释放，所述角度加速控制模块14还包括上限控制单元143；所述上限控制单元143连接所述加法单元141，当当前周期的开环角度增量Δθ_n达到阶段性目标角度增量时，发出角速度达标中断信号Achive_INT，清除角度加增量(Δ²θ＝0)和交轴参考电流增量(ΔI_qref＝0)，并通知所述处理器12更新下一阶段的角度加增量Δ²θ及交轴参考电流增量ΔI_qref或不再配置新的角度加增量Δ²θ＝0)和交轴参考电流增量ΔI_qref＝0)，让电机进入稳定运行环节，进而进入电机闭环控制阶段；当当前周期的开环角度增量Δθ_n小于对应阶段的目标角度增量时，控制所述加法单元141基于上一周期的开环角度θ_n-1与当前周期的开环角度增量Δθ_n进行加法运算，得到当前周期的开环角度θ_n。图11中Δθ′为开环角度增量的中间量，经过所述上限控制单元143得到的Δθ_n才是实际的开环角度增量(第一级加法器的输出值或0)。

更具体地，在本实施例中，所述加法单元141中计算当前周期的开环角度增量Δθ_n及当前周期的开环角度θ_n的加法器为同一个，通过分时复用实现；在实际使用中，可根据需要设置多个加法器分别实现当前周期的开环角度增量Δθ_n与当前周期的开环角度θ_n的计算。作为一种示例，如图12所示，对于单电机启动的应用，所述加法单元141包括寄存器1411及加法器1412。所述寄存器1411中存储各个周期的开环角度、开环角度增量及角度加增量。所述加法器1412连接所述寄存器1411，对上一周期的开环角度θ_n-1、上一周期的开环角度增量Δθ_n-1及角度加增量Δ²θ进行加法运算，以得到当前周期的开环角度θ_n。作为另一种示例，如图13所示，对于多电机启动的应用，所述加法单元141包括至少两个寄存器(在本示例中，设置为1413a、1413b、1413c……1413n)、多路复用器1414及加法器1415。各寄存器中分别存储各电机的开环角度、开环角度增量及角度加增量，即每个寄存器对应一个电机。所述多路复用器1414连接于各寄存器的输出端，选择各寄存器中的一个，并输出被选中寄存器中的数据；所述多路复用器1414可根据选择控制信号按通道顺序逐一选通，也可根据选择控制信号按需要设定选通顺序，在此不一一赘述。所述加法器1415连接所述多路复用器1414的输出端，对所述多路复用器1414输出端的上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及角度加增量进行加法运算，以得到对应电机的当前周期的开环角度。所述加法器1415供多个电机复用，可有效减小成本，如图14所示，在时钟作用下，首先处理通道0对应的电机，启动脉冲有效，加法器对通道0的数据进行加法运算；处理完成后处理通道1对应的电机，同样，启动脉冲有效，加法器对通道1的数据进行加法运算；依次类推，逐个完成各电机的开环角度的计算。

需要说明的是，所述角度加速控制模块14的工作原理参见实施例一，在此不一一赘述。

如图10所示，所述比例积分调节模块15连接于所述第一坐标转换模块11、所述处理器12及所述参考电流自增模块13的输出端，基于直轴电流I_d、直轴参考电流I_dref、交轴电流I_q及交轴参考电流I_qref进行比例积分调节运算，得到直轴电压U_d和交轴电压U_q。

具体地，任意能实现比例积分运算的结构均适用于本发明的比例积分调节模块15，在此不一一赘述。使用直轴电流I_d及直轴参考电流I_dref参与磁场定向控制的比例积分调节运算得到直轴电压U_d；使用交轴电流I_q及交轴参考电流I_qref进参与磁场定向控制的比例积分调节运算得到交轴电压U_q。

所述控制信号产生模块基于所述第二坐标转换模块的输出信号产生所述电机的控制信号；

所述驱动模块连接于所述控制信号产生模块的输出端，基于所述控制信号产生所述电机的驱动信号并驱动所述电机启动

如图10所示，所述第二坐标转换模块16连接于所述角度加速控制模块14及所述比例积分调节模块15的输出端，对所述直轴电压U_d和所述交轴电压U_q进行坐标转换，得到三相电压。

具体地，在本实施例中，所述第二坐标转换模块16为Clark逆变换和/或Park逆变换，所述直轴电压U_d和所述交轴电压U_q经过第n次异步拖动角度θ_n的正余弦值参与磁场定向控制的Clark/Park逆变换，得到三相电压(Uu，Uv，Uw)。

如图10所示，所述控制信号产生模块17基于所述第二坐标转换模块16的输出信号产生所述电机19的控制信号。

具体地，在本实施例中，所述控制信号产生模块17产生SVPWM信号。

如图10所示，所述驱动模块18连接于所述控制信号产生模块17的输出端，基于所述控制信号产生所述电机19的驱动信号，并驱动所述电机19启动。

具体地，在本实施例中，所述驱动模块18包括驱动板，将低压域信号转变为高压域信号以驱动电机19运转。在实际使用中，任意能基于电机的控制信号驱动电机运转的电路结构均适用于本发明，不以本实施例为限。

需要说明的是，对于多电机启动的应用场景，所述驱动模块18的数量需要与电机19的数量保持一致。

如图10所示，所述电机19连接于所述驱动模块18的输出端，受所述驱动模块18的驱动工作。

具体地，在本实施中，所述电机19为无位置传感器的永磁同步电机。在实际使用中，任意无位置传感器的电机或有位置传感器的电机均适用，不以本实施例为限。

本发明在角度加速控制模块中保留多个通道的启动信息(包括但不限于开环角度，开环角度增量，角度加增量)，处理器可通过访问同一组寄存器组，实现对任意通道的电机的参数访问和电机启动。采用分时复用方式同一时刻仅选择一路通道的信息进行电机的启动，计算结束后然后再选择下一路通道信息进行下一路电机的启动。多通道的计算过程均不需要处理器参与，仅当计算完成才通知处理器调整角度加增量Δ²θ及交轴参考电流增量，极大的减轻了处理器的负担，且可轻松可扩展成任意通道。

本发明通过角度θ，开环角度增量Δθ以及角度加增量Δ²θ的设置更易于硬件实现，只需要加法器和限幅器的重复使用，就可以完成启动过程，花费少量硬件资源，换取CPU资源的释放，缩短了软件人员为了电机能更顺畅平滑启动而规划加速曲线的时间；使用平滑启动在进行速率切换时减轻电机转动的“换挡”感觉；同时因为加入了角度加增量的概念，加快了启动进程，缩短电机启动时间，提高了电机启动的成功率，在一定范围内减小启动反转的几率。

综上所述，本发明提供一种电机启动方法及电机启动电路，包括：1)获取转子的当前位置；2)基于所述转子的当前位置及电机的转动方向对所述电机进行异步拖动，使开环角度依次增大至目标启动开环角度，交轴参考电流依次增大；其中，在异步拖动的过程中开环角度增量随时间的变化依次增大，进而实现平滑启动；3)所述电机进入闭环控制模式。本发明的电机启动方法及电机启动电路引入开环角度，开环角度增量以及角度加增量，使得启动电路更易于硬件实现，只需要一个加法器的重复使用，就可以完成启动过程，花费硬件资源少，换取CPU资源的释放；通过调整开环角度增量实现平滑开启，在进行速率切换时减轻电机转动的“换挡”感觉；引入角度加增量，大大加快启动进程，在一定范围内抑制启动反转的概率；可扩展至任意组电机，且各电机的启动复用同一组计算逻辑，降低成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种电机启动方法，其特征在于，所述电机启动方法至少包括：

1)获取转子的当前位置；

2)基于所述转子的当前位置及电机的转动方向对所述电机进行异步拖动，使开环角度依次增大至目标启动开环角度，交轴参考电流依次增大；其中，在异步拖动的过程中开环角度增量随时间的变化依次增大，进而实现平滑启动；

3)所述电机进入闭环控制模式。

2.根据权利要求1所述的电机启动方法，其特征在于：所述开环角度满足：

θ_n＝θ_n-1+Δθ_n，Δθ_n＝Δθ_n-1+Δ²θ；

其中，θ_n为当前周期的所述开环角度，θ_n-1为上一周期的所述开环角度，Δθ_n为当前周期的开环角度增量，Δθ_n-1为上一周期的开环角度增量，Δ²θ为角度加增量。

3.根据权利要求2所述的电机启动方法，其特征在于：步骤2)中分阶段调整所述开环角度，同一阶段内各周期的所述开环角度的角度加增量为恒定值，各阶段的所述开环角度的角度加增量随时间的变化依次增大。

4.根据权利要求2或3所述的电机启动方法，其特征在于：步骤2)中第i阶段所述开环角度的角度加增量满足：

其中，Δ²θ_i为第i阶段所述开环角度的角度加增量，i为大于等于1的自然数；Δθ_in为第i阶段最后一个周期的目标角度增量；Δθ_i0为第i阶段第一个周期的开环角度增量；T_i为第i阶段的时长；f为电机驱动频率；N为第i阶段的目标转速；p为电机的极对数；当i≥2时，Δθ_i0＝Δθ_(i-1)n，Δθ_(i-1)n为第(i-1)阶段最后一个周期的目标角度增量。

5.根据权利要求4所述的电机启动方法，其特征在于：当各阶段的开环角度增量达到对应阶段的目标角度增量时，触发角速度达标中断信号，清除角度加增量及交轴参考电流增量；并重新计算下一阶段的角度加增量及交轴参考电流增量，或维持当前周期的开环角度增量及交轴参考电流。

6.一种电机启动电路，其特征在于，所述电机启动电路至少包括：

采样模块、第一坐标转换模块、处理器、参考电流自增模块、角度加速控制模块、比例积分调节模块、第二坐标转换模块、控制信号产生模块、驱动模块及电机；

所述采样模块对所述电机的电流进行采样；

所述第一坐标转换模块连接于所述采样模块及所述角度加速控制模块的输出端，对所述采样模块的输出信号进行坐标转换，得到直轴电流和交轴电流；

所述处理器提供直轴参考电流、交轴参考电流、交轴参考电流增量、初始角度、初始开环角度增量及角度加增量；

所述参考电流自增模块连接于所述处理器的输出端，基于上一周期的交轴参考电流及所述交轴参考电流增量得到当前周期的交轴参考电流；

所述角度加速控制模块连接于所述处理器的输出端，基于所述初始角度、所述初始开环角度增量及所述角度加增量将开环角度调整至目标启动开环角度；其中，开环角度增量随时间的变化依次增大；

所述比例积分调节模块连接于所述第一坐标转换模块、所述处理器及所述参考电流自增模块的输出端，基于直轴电流、直轴参考电流、交轴电流及交轴参考电流进行比例积分调节运算，得到直轴电压和交轴电压；

所述第二坐标转换模块连接于所述角度加速控制模块及所述比例积分调节模块的输出端，对所述直轴电压和所述交轴电压进行坐标转换，得到三相电压；

所述控制信号产生模块基于所述第二坐标转换模块的输出信号产生所述电机的控制信号；

所述驱动模块连接于所述控制信号产生模块的输出端，基于所述控制信号产生所述电机的驱动信号并驱动所述电机启动。

7.根据权利要求6所述的电机启动电路，其特征在于：所述角度加速控制模块包括加法单元及正余弦计算单元；

所述加法单元获取上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及当前周期角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度；

所述正余弦计算单元连接于所述加法单元的输出端，对所述加法单元输出的开环角度进行正弦和余弦计算，所述正余弦计算单元输出的正弦和余弦用于电机启动控制。

8.根据权利要求7所述的电机启动电路，其特征在于：所述角度加速控制模块还包括上限控制单元；

所述上限控制单元连接所述加法单元，当开环角度增量达到阶段性目标角度增量时，发出角速度达标中断信号；当开环角度增量小于对应阶段的目标角度增量时，控制所述加法单元基于上一周期的开环角度与当前周期的开环角度增量进行加法运算，得到当前周期的开环角度。

9.根据权利要求7或8所述的电机启动电路，其特征在于：所述加法单元包括寄存器及加法器；

所述寄存器中存储开环角度、开环角度增量及角度加增量；

所述加法器连接所述寄存器，对上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度。

10.根据权利要求7或8所述的电机启动电路，其特征在于：所述加法单元包括多路复用器、加法器及至少两个寄存器；

各寄存器中分别存储各电机的开环角度、开环角度增量及角度加增量；

所述多路复用器连接于各寄存器的输出端，选择各寄存器中的一个，并输出被选中寄存器中的数据；

所述加法器连接所述多路复用器的输出端，对所述多路复用器输出端的上一周期的开环角度、上一周期的开环角度增量及角度加增量进行加法运算，以得到当前周期的开环角度增量及当前周期的开环角度。

11.根据权利要求6所述的电机启动电路，其特征在于：所述驱动模块包括驱动板，将低压域信号转变为高压域信号，以驱动电机运转。

12.根据权利要求6所述的电机启动电路，其特征在于：所述电机为无位置传感器的永磁同步电机。