CN207801795U - 电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机控制系统，包括：中央控制器、三相电桥和三相电机；中央控制器集成有一模数转换单元和一PWM脉宽调制单元；PWM脉宽调制单元与三相电桥的输入控制端连接；三相电桥的三相输出端与三相电机连接；模数转换单元与三相电机的两相输入端连接；三相电桥将外部的直流电转化为三相交流电；中央控制器控制模数转换单元在PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据电流数据控制PWM脉宽调制单元输出控制信号以调整三相电桥三相输出端的电压幅值和频率。该电机控制系统成本低廉，控制精度高，有利用降低企业的运营成本。

Description

电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其是涉及电机控制系统。

背景技术

目前，电机广泛应用于吸尘器、洗衣机、厨房器具、电动车等各个领域中，FOC(field oriented control，磁场定向控制，也称为矢量控制或磁场导向控制)算法逐渐替换原先的六步换相算法。FOC是一种利用变频器控制三相交流电机的技术，利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度，来控制三相交流电机的输出。其特性是可以个别控制电机的磁场及转矩，类似他激式直流马达的特性。由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示，因此称为矢量控制。

目前，电机控制需要专用DSP或专用MCU作为控制器，导致电机控制系统的成本昂贵，使用成本很高，给企业的生产经营带来很大的不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种电机控制系统用于解决现有技术的不足。

具体地，本实用新型提供了一种电机控制系统，包括：中央控制器、三相电桥和三相电机；

所述中央控制器集成有一模数转换单元和一PWM脉宽调制单元；

所述PWM脉宽调制单元与所述三相电桥的输入控制端连接；所述三相电桥的三相输出端与所述三相电机连接；所述模数转换单元与所述三相电机的两相输入端连接；

所述三相电桥将外部的直流电转化为三相交流电；

所述中央控制器控制所述模数转换单元在所述PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据所述电流数据控制所述PWM脉宽调制单元输出控制信号以调整所述三相电桥三相输出端的电压幅值和频率。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：速度传感器；所述速度传感器与所述中央控制器电性连接；所述速度传感器采集所述三相电机的转速，将所述转速反馈给所述中央控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述速度传感器为霍尔式转速传感器。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：温度传感器；所述温度传感器与所述中央控制器电性连接；所述温度传感器采集所述三相电机的温度，将所述温度反馈给所述中央控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：显示单元；所述显示单元与所述中央控制器电性连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述显示单元为黑白显示屏。

作为上述技术方案的进一步改进，所述三相电机为永磁同步电机。

作为上述技术方案的进一步改进，所述PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值采用多次测量求平均值来获取每个控制周期内每一相的电流值。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：红外热像仪，所述红外热像仪与所述中央控制器电性连接；所述红外热像仪采集所述三相电机的红外热像图。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括：直流电源，所述直流电源提供可调的稳压直流电能。

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：该电机控制系统选用集成有一模数转换单元和一PWM脉宽调制单元的中央控制器，中央控制器控制模数转换单元在PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据电流数据控制PWM脉宽调制单元输出控制信号以调整三相电桥三相输出端的电压幅值和频率从而实现控制三相电机。该电机控制系统成本低廉，控制精度高，有利用降低企业的运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型一实施例提出的电机控制系统的功能模块连接示意图。

图2为本实用新型另一实施例提出的电机控制系统的功能模块连接示意图。

主要元件符号说明：

10-中央控制器；11-模数转换单元；12-PWM脉宽调制单元；20-三相电桥；30-三相电机；40-直流电源；50-速度传感器；60-温度传感器；70- 显示单元；80-红外热像仪。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开保护范围限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和 B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种电机控制系统，包括：中央控制器10、三相电桥20和三相电机30。

中央控制器10集成有一模数转换单元11和一PWM脉宽调制单元 12。

PWM脉宽调制单元12与三相电桥20的输入控制端连接；三相电桥 20的三相输出端与三相电机30连接；模数转换单元11与三相电机30的两相输入端连接。

三相电桥20将外部的直流电转化为三相交流电以便驱动三相电机 30。

中央控制器10控制模数转换单元11在PWM脉宽调制单元12的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据所述电流数据控制PWM脉宽调制单元12输出控制信号以调整三相电桥20三相输出端的电压幅值和频率。

例如：假设两个不同的时间点T1、时间点T2都在PWM脉宽调制单元12的一个控制周期，在时间点T1控制模数转换单元11采集U相的电流值，在时间点T2控制模数转换单元11采集V相的电流值，中央控制器10根据采集的U相和V相电流值通过运算得出W相的电流值，从而获取完整的电流数据。在PWM脉宽调制单元12的一个控制周期也可以选择3个不同的时间点T1、时间点T2、时间点T3。在时间点T1控制模数转换单元11采集U相的电流值，在时间点T2控制模数转换单元11采集V相的电流值，在时间点T3控制模数转换单元11采集U相的电流值，完整的电流数据的U相的电流值可以选用时间点T1和T3采集的电流值的平均值。

采用分时分相采样是因为一个模数转换单元11在一个时间点只能采样一路信号，即其中某一相的电流值。

在电机FOC控制中，需要同步采样三相电路中任两路电流Ia、Ib，通过获取的两路电流值便可以计算得出第三路电流值，根据三路电流值通过控制算法实现对于三相电机30转矩的控制。一般来说，要实现电机FOC控制往往选用专用DSP或针对电机控制的专用MCU作为控制器。这些专用的控制器为匹配电机控制的需求，会集成两个(或以上)模数转换单元11，以便在同一时间点实现两路电流的同步采样。但是专用DSP或专用MCU从性能上可以完美地满足电机控制的要求，但往往价格昂贵。在很多应用场合基于成本的考虑，只能使用只有一个模数转换单元11的通用廉价中央控制器10来实现三相电机30的FOC控制，一个模数转换单元11在一个时间点只能采样一路信号，要实现双路电流的同步采样，采用双周期间隔采样。即在当前PWM控制周期采样电流Ia，延迟一个PWM控制周期后采样电流Ib，这样通过连续两个PWM控制周期可以完成Ia和Ib采样检测实现获取完整的电流数据。由于PWM脉宽调制单元12的控制周期频率远高于三相电机30 的转动频率，可以近似认为Ia与Ib同步。但需要两个PWM控制周期完成一次闭环控制，在电机的工作状态发生突变情况下，采样电流与实际电流可能存在较大的误差，基于采样电流实现的控制算法也可能影响电机控制的精度，导致控制环路的动态响应效果变差。因此需要在PWM脉宽调制单元12的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据。通过一个模数转换单元11在一个PWM脉宽调制单元12 的控制周期完成一次闭环控制。

采样电流还可以多次采样求平均值；例如：可以取两次检测结果的平均值作为检测电流值。这样电流检测值与实际值更加近似，而且所有的采样数据都在一个PWM脉宽调制单元12的控制周期完成，避免了在三相电机30工作状态突变情况下采样导致的误差，提高了控制环路的动态响应。例如：获取Ia检测也使用T0+t、T0-t时刻两次采样结果平均，Ib 检测使用T0+2t、T0-2t时刻两次采样结果平均，只要保证上述所有的时间点都在一个PWM脉宽调制单元12的控制周期内完成即可。

在本实施例中，三相电机30为永磁同步电机。

实施例2

如图1所示，本实用新型提供了一种电机控制系统，包括：中央控制器10、三相电桥20、三相电机30和直流电源40。

中央控制器10集成有一模数转换单元11和一PWM脉宽调制单元 12。

PWM脉宽调制单元12与三相电桥20的输入控制端连接；三相电桥 20的三相输出端与三相电机30连接；三相电桥20的输入电压端与直流电源40连接；模数转换单元11与三相电机30的两相输入端连接。

三相电桥20将直流电源40的直流电转化为三相交流电以便驱动三相电机30。

中央控制器10控制模数转换单元11在PWM脉宽调制单元12的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据所述电流数据控制PWM脉宽调制单元12输出控制信号以调整三相电桥20三相输出端的电压幅值和频率。

在本实施例中，三相电机30为永磁同步电机。

在本实施例中，电机控制系统还包括：速度传感器50；速度传感器 50与中央控制器10电性连接；速度传感器50采集三相电机30的转速，将所述转速反馈给中央控制器10。

速度传感器50具体可以为霍尔式转速传感器。

霍尔式转速传感器由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成，将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘便随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知道被测对象的转速。磁性转盘上的小磁铁数目的多少，将决定传感器的分辨率。

在本实施例中，电机控制系统还包括：温度传感器60；温度传感器 60与中央控制器10电性连接；温度传感器60采集三相电机30的转动结合部的温度，将所述温度反馈给中央控制器10。由于温度过高，可能导致转动结合部的润滑油固化，导致润滑效果变差。中央控制器10检测到温度传感器60采集的温度超过预设值时，需要控制三相电桥20降低三相电机30的转速。

在本实施例中，电机控制系统还包括：显示单元70；显示单元70与中央控制器10电性连接。

显示单元70具体可以为黑白显示屏。黑白显示屏上可以显示采样电流值以及速度传感器50或温度传感器60采集的数据值。

在本实施例中，电机控制系统还包括：红外热像仪80，红外热像仪80与中央控制器10电性连接；红外热像仪80采集三相电机30的红外热像图。采集的红外热相图可以通过显示单元70进行显示。

在本实施例中，电机控制系统还包括：水冷却系统，水冷却系统用于给三相电机30进行冷却。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机控制系统，其特征在于，包括：中央控制器、三相电桥和三相电机；

所述中央控制器集成有一模数转换单元和一PWM脉宽调制单元；

所述PWM脉宽调制单元与所述三相电桥的输入控制端连接；所述三相电桥的三相输出端与所述三相电机连接；所述模数转换单元与所述三相电机的两相输入端连接；

所述三相电桥将外部的直流电转化为三相交流电；

所述中央控制器控制所述模数转换单元在所述PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值以便获取完整的电流数据并根据所述电流数据控制所述PWM脉宽调制单元输出控制信号以调整所述三相电桥三相输出端的电压幅值和频率。

2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：速度传感器；所述速度传感器与所述中央控制器电性连接；所述速度传感器采集所述三相电机的转速，将所述转速反馈给所述中央控制器。

3.根据权利要求2所述的电机控制系统，其特征在于，所述速度传感器为霍尔式转速传感器。

4.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：温度传感器；所述温度传感器与所述中央控制器电性连接；所述温度传感器采集所述三相电机的温度，将所述温度反馈给所述中央控制器。

5.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：显示单元；所述显示单元与所述中央控制器电性连接。

6.根据权利要求5所述的电机控制系统，其特征在于，所述显示单元为黑白显示屏。

7.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述三相电机为永磁同步电机。

8.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述PWM脉宽调制单元的每个控制周期内分时分相分别采集两相输入端的电流值采用多次测量求平均值来获取每个控制周期内每一相的电流值。

9.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：红外热像仪，所述红外热像仪与所述中央控制器电性连接；所述红外热像仪采集所述三相电机的红外热像图。

10.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：直流电源，所述直流电源提供可调的稳压直流电能。