CN1866726A - 电机控制装置及电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机控制装置及电机控制系统。依据本发明所提供的电机控制系统，包含：整流/滤波部，用于整流和滤波交流电源；多个逆变器，用于将通过所述整流/滤波部所整流和滤波的电源变换为驱动所述各电机所需的交流电源；电机控制装置，用于输出为控制所述各逆变器所输出的交流电源的具有互不相同相位的多个PWM信号。由此，可最大限度地减小驱动多个电机而产生的噪声。

Description

电机控制装置及电机控制系统

                        技术领域

本发明涉及一种电机控制装置及电机控制系统，尤其涉及一种在驱动多个电机时减小噪音的电机控制装置及电机控制系统。

                        背景技术

一般，用于电机驱动的施加交流电源的逆变器的控制广泛使用脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)方式。

图1为用于驱动三个电机的由三个逆变器组成的电机控制装置的示意图。

各PWM发生部130a、130b、130c接收起始信号(Start)、时钟信号(Clock)和正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)之后以之为基础产生并输出PWM信号(M1R、M2R、M3R)。在此，起始信号(Start)是产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)的起始点的基础，时钟信号(Clock)用于产生自生成三角波(C1、C2、C3)，该自生成三角波(C1、C2、C3)用于PWM发生部130a、130b、130c产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)。

图2为现有的电机控制系统的起始信号(Start)、三角波(C1、C2、C3)、正弦信号(SIGl、SIG2、SIG3)和PWM信号(M1R、M2R、M3R)的关系示意图。如图所示，PWM发生部130a、130b、130c以时钟信号(Clock)为基础产生以起始信号(Start)为起点的三角波(C1、C2、C3)。然后，根据三角波(C1、C2、C3)和正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)之间的交叉点产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)。

但是，这种现有的电机控制系统如图2所示，当以相同条件控制各电机时，例如在停止控制时，由于电机的输入电源(R、S、T)中施加到R相的PWM信号(M1R、M2R、M3R)具有相同相位，从而带来噪声大的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种驱动多个电机时使产生的噪音最小的电机控制装置及电机控制系统。

                         发明内容

所述目的，可以根据本发明所提供的电机控制系统而实现，对于控制多个电机的电机控制系统，其特征在于包含：整流/滤波部，用于整流和滤波交流电源；多个逆变器，接收到通过所述整流/滤波部所整流和滤波的电源之后将其变换为所述各电机驱动所需的交流电源；电机控制装置，为了控制所述各逆变器所输出的交流电源而输出具有互不相同相位的多个PWM信号。

在此，所述电机控制装置，包含：相位控制部，用于输出起始信号、时钟信号和正弦信号；多个PWM发生部，根据所述起始信号决定所述PWM信号的输出起始点，并且基于所述时钟信号和所述正弦信号产生所述PWM信号；延时部，为了使所述各PWM发生部所输出的所述PWM信号具有互不相同的相位，对输入到所述多个PWM发生部中的任意一个所述起始信号进行延时。

并且，所述PWM发生部基于所述时钟信号产生以所述起始信号为起点的三角波，并可以根据所述三角波和所述正弦信号而产生所述PWM信号。

并且，由所述延时部而延迟的所述起始信号之间的时差最好在所述三角波的一个周期范围之内。

另外，所述目的也可以根据本发明的另一实施方式所提供的电机控制装置而实现，对于产生用于控制多个电机的多个PWM信号的电机控制装置，包含：相位控制部，用于输出起始信号、时钟信号和正弦信号；多个PWM发生部，根据所述起始信号决定所述PWM信号的输出起始点，并且基于所述时钟信号和所述正弦信号产生所述PWM信号；延时部，为了使所述各PWM发生部所输出的所述PWM信号具有互不相同的相位，对输入到所述多个PWM发生部中的任意一个所述起始信号进行延时。

在此，所述PWM发生部基于所述时钟信号产生以所述起始信号为起点的三角波，并可以根据所述三角波和所述正弦信号而产生所述PWM信号。

并且，由所述延时部而延迟的所述起始信号之间的时差最好在所述三角波的一个周期范围之内。

                        附图说明

图1为现有的电机控制装置的控制框图；

图2为现有的电机控制系统的起始信号、三角波、正弦信号和PWM信号的关系示意图；

图3为依据本发明所提供的电机控制系统的控制框图；

图4为图3的电机控制系统的控制框图；

图5为图3的电机控制系统的起始信号、三角波、正弦信号和PWM信号的关系示意图；

图6为现有的电机控制系统根据频率谐波的功率谱密度示意图；

图7为依据本发明所提供的电机控制系统根据频率谐波的功率谱密度示意图。

                        具体实施方式

以下，参照附图详细描述本发明。

依据本发明所提供的电机控制系统1如图3所示，包含提供交流电源的AC电源供应部10、整流/滤波部20、多个逆变器30a、30b、30c和电机控制装置40。

整流/滤波部20用于整流和滤波AC电源供应部10所提供的交流电源。整流/滤波部20可能包含用于整流AC电源供应部10所提供的交流电源的二极管整流部21和用于滤波通过二极管整流部21所整流的电源的由电容等组成的滤波部22。

各逆变器30a、30b、30c接收到通过整流/滤波部20所整流和滤波的电源之后将其变换为各电机50a、50b、50c驱动所需的交流电源并供应。在此，各逆变器30a、30b、30c接收由电机控制装置40所提供的后述的PWM信号(M1R、M2R、M3R)之后，通过多个开关元件根据所输入的PWM信号(M1R、M2R、M3R)而开关的开关动作将由整流/滤波部20所整流和滤波的电源变换为交流电源并输出到电机50a、50b、50c。

电机控制装置40如图4所示，包含相位控制部41、多个PWM发生部43a、43b、43c和延时部42。

相位控制部41输出被施加到各PWM发生部43a、43b、43c的起始信号(Start)、时钟信号(Clock)和正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)。在此，相位控制部41由多个电器/电子元件组成，用以控制除PWM发生部43a、43b、43c和延时部42之外的电机50a、50b、50c。例如，相位控制部41可能包含用于产生时钟信号(Clock)的时钟发生器(Clock Generator)和用于输出起始信号(Start)以及控制各电机50a、50b、50c的相位指令的主处理机。

在这里，时钟发生器产生电机控制装置40整个系统的主时钟，输入到PWM发生部43a、43b、43c的时钟信号(Clock)可以使用所述主时钟。并且，时钟发生器当然还可以具有另外的回路结构，以产生输入到PWM发生部43a、43b、43c的时钟信号(Clock)。

各PWM发生部43a、43b、43c根据相位控制部41的起始信号(Start)决定PWM信号(M1R、M2R、M3R)的输出起点。并且，各PWM发生部43a、43b、43c根据相位控制部41的时钟信号(Clock)和正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)。在此，各PWM发生部43a、43b、43c基于时钟信号(Clock)产生以起始信号(Start)为起点的三角波。然后，PWM发生部43a、43b、43c根据三角波和正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)。以下，将各PWM发生部43a、43b、43c任意定义为第一PWM发生部43a、第二PWM发生部43b和第三PWM发生部43c，并对其进行说明。

延时部42对输入到各PWM发生部43a、43b、43c的PWM信号(M1R、M2R、M3R)中的至少一个起始信号(Start)进行延时(t1，t2)。如图4所示，延时部42可以包含：第一延时部42a，用于对由相位控制部41输出并输入到第二PWM发生部43b的起始信号(Start)进行延时(t1)；第二延时部42b，用于对由相位控制部41输出并输入到第三PWM发生部43c的起始信号(Start)进行延时(t2)。在此，通过第一延时部42a和第二延时部42b所延迟的时间(t1，t2)互不相同。

以下参照图5说明通过各PWM发生部43a、43b、43c所产生的PWM信号(M1R、M2R、M3R)的波形。

首先，输入到第一PWM发生部43a的起始信号(Start)无时间延迟，输入到第二PWM发生部43b和第三PWM发生部43c的起始信号(Start)分别通过第一延时部42a和第二延时部42b而延迟时间(t1，t2)。

在此，如图5所示，各PWM发生部43a、43b、43c以起始信号(Start)为起点产生的三角波的产生起始点之差最好与三角波的一个周期不一致。由此，通过起始信号(Start)的延时(t1，t2)作为PWM信号(M1R、M2R、M3R)产生基础的这些三角波之间具有互不相同的相位。

并且，各PWM发生部43a、43b、43c以起始信号(Start)为起点产生的三角波的产生起始点之差最好小于三角波的一个周期。即，第二PWM发生部43b和第三PWM发生部43c最好在第一PWM发生部43a最初输出PWM信号(M1R、M2R、M3R)的起始点开始，并在该PWM信号(M1R、M2R、M3R)的一个周期内输出PWM信号(M1R、M2R、M3R)。由此，可以使各PWM发生部43a、43b、43c输出的PWM信号(M1R、M2R、M3R)的延时(t1，t2)带来的影响最小。

其次，如图5所示，各PWM发生部43a、43b、43c基于延迟的起始信号(Start)产生具有互不相同相位的三角波。并且，各PWM发生部43a、43b、43c根据各三角波和所输入的正弦信号(SIG1、SIG2、SIG3)产生PWM信号(M1R、M2R、M3R)。在此，由于起始信号(Start)的延时(t1，t2)，在各PWM发生部43a、43b、43c所产生的三角波之间的相位差如图5所示，表现为PWM信号(M1R、M2R、M3R)之间的相位差。

以下，详细说明由于各PWM发生部43a、43b、43c所输出的PWM信号(M1R、M2R、M3R)具有互不相同的相位而获得的减小噪音的效果。

一般，信号通过傅立叶变换(Fourier transform)可以表示为如式1所示的基波的一些谐波。

式1：

$x\left(t\right)=x_0+\underset{N=1}{\overset{x}{\mathrm{\Σ}}}{A}_N\cos \left({\mathrm{nw}}_{0}t\right)+\underset{N=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{B}_N\sin \left({\mathrm{nw}}_{0}t\right)$

在这里，各PWM发生部43a、43b、43c产生的PWM信号(M1R、M2R、M3R)也能表示为如式1。

并且，若各电机50a、50b、50c中所产生的噪音分别为X1、X2、X3，则任意起始点的噪声影响由叠加(Superposition)原理而变成各电机50a、50b、50c中产生的噪音之和。在此，若假设噪音被最大限度地传递，则可以忽略衰减；相对于信号的传达速度，延时(t1，t2)产生的影响很微小，所以可以忽略。

在这里，若将各电机50a、50b、50c中所产生的噪音X1、X2和X3相加，则由于作为各电机50a、50b、50c的PWM信号(M1R、M2R、M3R)基础的基波的三角波相同，因而式1的正弦(sine)和余弦(cosine)项系数An和Bn增加。即，噪声随着各电机50a、50b、50c的个数而增加，若按照本发明X2和X3分别具有与X1不同的相位，则X2和X3可表示为如式2所示。

式2：

在这里，若将式2中的具有相位(phase)延迟的式相加，则正弦和余弦项的系数比没有相位延迟的系数减小，若相位延迟为频率的半波长，则其系数为零。

在这里，如上所述，一般信号表现为基波的一些谐波，从而具有基波倍数的高频波，如上所述，各PWM信号(M1R、M2R、M3R)之间的相位差随着一些谐波接近高频波而越接近一些谐波频率的半波长。因此，越接近高频波噪音越小。

图6和图7是使用本发明所提供的电机控制装置40之前根据频率谐波的功率谱密度(Power Spectral Density)和使用本发明所提供的电机控制装置40的根据频率谐波的功率谱密度(Power Spectral Density)示意图。如图所示，可以获知使用本发明所提供的电机控制装置40之前，根据频率谐波的功率谱密度(Power Spectral Density)大。相反，在使用本发明所提供的电机控制装置40时，在200KHz时比较大，约为3.5，但在之后的频率谐波中可以看出功率谱密度(Power Spectral Density)显著减小。

尽管说明和表示了本发明的几个实施例，但是本发明所属技术领域的具有通常知识的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对本实施例进行变更。并且，本发明的范围根据所附的权利要求和其等同物决定。

如上所述，本发明提供驱动多个电机时最大限度地减小所产生的噪音的电机控制装置及电机控制系统。

Claims (7)

1、一种用于控制多个电机的电机控制系统，其特征在于包含：

整流/滤波部，用于整流和滤波交流电源；

多个逆变器，用于将通过所述整流/滤波部所整流和滤波的电源变换为驱动所述各电机所需的交流电源；

电机控制装置，用于输出为控制所述各逆变器所输出的交流电源的具有互不相同相位的多个脉宽调制信号。

2、根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于所述电机控制装置包含：

相位控制部，用于输出起始信号、时钟信号和正弦信号；

多个脉宽调制发生部，用于根据所述起始信号决定所述脉宽调制信号的输出起始点，并基于所述时钟信号和所述正弦信号产生所述脉宽调制信号；

延时部，用于为使所述各脉宽调制发生部所输出的所述脉宽调制信号具有互不相同的相位，对输入到所述多个脉宽调制发生部中任意一个的所述起始信号进行延时。

3、根据权利要求2所述的电机控制系统，其特征在于所述脉宽调制发生部基于所述时钟信号产生以所述起始信号为起点的三角波，并根据所述三角波和所述正弦信号产生所述脉宽调制信号。

4、根据权利要求3所述的电机控制系统，其特征在于由所述延时部而延迟的所述起始信号之间的时差在所述三角波的一个周期范围之内。

5、一种产生用于控制多个电机的多个脉宽调制信号的电机控制装置，其特征在于包含：

相位控制部，用于输出起始信号、时钟信号和正弦信号；

多个脉宽调制发生部，用于根据所述起始信号决定所述脉宽调制信号的输出起始点，并基于所述时钟信号和所述正弦信号产生所述脉宽调制信号；

延时部，用于为使所述各脉宽调制发生部所输出的所述脉宽调制信号具有互不相同的相位，对输入到所述多个脉宽调制发生部中任意一个的所述起始信号进行延时。

6、根据权利要求5所述的电机控制装置，其特征在于所述脉宽调制发生部基于所述时钟信号产生以所述起始信号为起点的三角波，并根据所述三角波和所述正弦信号产生所述脉宽调制信号。

7、根据权利要求6所述的电机控制系统，其特征在于由所述延时部而延迟的所述起始信号之间的时差在所述三角波的一个周期范围之内。

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