CN209488475U - 基于foc的电机控制装置及电器设备 - Google Patents

Abstract

一种基于FOC的电机控制装置及电器设备，该基于FOC的电机控制装置包括电机驱动电路、主控制电路、母线电压采集电路、母线电流采集电路、电机线电流采集电路以及位置检测电路，电机驱动电路的输入端接交流电源，电机驱动电路的三相输出端与直流无刷电机的线圈连接；母线电压采集电路的检测端和母线电流采集电路的检测端分别与电机驱动电路的直流母线连接，母线电压采集电路的输出端和母线电流采集电路的输出端分别与主控制电路连接；电机线电流采集电路的检测端与直流无刷电机线圈连接。本实用新型解决了传统的直流有刷电机运行寿命短，运行效率低，且电机运行起来，如电流突变时会产生电磁噪音的问题。

Description

基于FOC的电机控制装置及电器设备

技术领域

本实用新型涉及直流无刷电机控制领域，特别涉及一种基于FOC的电机控制装置及电器设备。

背景技术

直流有刷电机因为采用碳刷换向，所以在工作过程易产生噪音，这在一些医院、学校、银行等安静的场所就会显现出其应用的劣势，另外，因为有刷电机碳刷的摩擦会使得碳刷易坏，以致降低直流有刷电机的使用寿命。

传统的直流有刷电机存在运行寿命短，运行效率低，且电机运行起来，如电流突变时会产生电磁噪音等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种基于FOC的电机控制装置及电器设备，旨在解决直流有刷电机运行寿命短，运行效率低，且电机运行起来，易产生电磁噪音的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种基于FOC的电机控制装置，所述基于FOC的电机控制装置包括电机驱动电路、总控制电路、母线电压采集电路、母线电流采集电路、电机线电流采集电路以及位置检测电路，所述电机驱动电路的输入端接交流电源，所述电机驱动电路的三相输出端与直流无刷电机的线圈连接；所述母线电压采集电路的检测端和所述母线电流采集电路的检测端分别与所述电机驱动电路的直流母线连接，所述母线电压采集电路的输出端和所述母线电流采集电路的输出端分别与所述主控制电路连接；所述电机线电流采集电路的检测端与所述直流无刷电机线圈连接，所述电机线电流采集电路的输出端与所述主控制电路连接；所述主控制电路的输出端与所述电机驱动电路的受控端连接；所述位置检测电路的输入端与所述直流无刷电机连接，所述位置检测电路的输出端与所述主控制电路连接；其中，

所述主控制电路，用于根据所述母线电压采集电路和所述母线电流采集电路采集到的母线电压和母线电流，所述电机线电流采集电路采集到的所述电机线的电流，以及所述位置检测电路检测到的所述直流无刷电机中转子的位置，控制所述电机驱动电路输出转矩和/或转速，以驱动所述直流无刷电机工作。

可选地，所述主控制电路包括转矩给定控制器、转矩计算器、第一PI控制器、脉宽调制器及转矩换算器，所述转矩给定控制器的输出端与所述转矩换算器的输出端分别经转矩计算器与所述第一PI控制器的输入端连接；所述转矩换算器的输入端与所述电机线电流采集电路连接；所述第一PI控制器的输出端与所述脉宽调制器的输入端连接；所述脉宽调制器的输出端为所述主控制电路的输出端。

可选地，所述主控制电路还包括速度给定控制器、速度计算器、第二PI 控制器、速度换算器、转子位置估算器以及角度换算器，所述转子位置估算器的输入端分别与所述母线电流采集电路、母线电压采集电路以及电机线电流采集电路的输出端连接，所述转子位置估算器的输出端与所述速度换算器连接；所述角度换算器的输入端分别与所述转子位置估算器和所述位置检测电路的输出端连接，所述角度换算器的输出端与所述脉宽调制器连接；所述速度给定控制器的输出端和所述速度换算器的输出端分别经所述速度计算器与所述第二PI控制器的输入端连接，所述第二PI控制器的输出端与所述脉宽调制器连接。

可选地，所述母线电流采集电路包括电流采样电阻及低通滤波器，所述电流采样电阻的第一端与所述直流母线连接，所述电流采样电阻的第二端与低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端为所述电流采集电路的输出端。

可选地，所述母线电压采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一稳压二极管、第一电容、第二电容，所述第一电阻的第一端接供电电源，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一稳压二极管的阴极、所述第四电阻的第一端、所述第一电容的第一端及所述第五电阻的第一端互连；所述第一稳压二极管的阳极接地；所述第四电阻的第二端接地；所述第一电容的第二端接地；所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地；所述第五电阻和所述第二电容的公共端为所述母线电压采集电路的输出端。

可选地，所述电机线电流采集电路包括第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输入端分别与所述直流无刷电机的三相线圈一一对应连接，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输出端分别与所述转矩换算器的输入端连接。

可选地，每一所述相电流采集电路包括多个电机线电流采样电阻及低通滤波器，多个所述电机线电流采样电阻的第一端与所述直流无刷电机的多个线圈一一对应连接，多个所述电机线电流采样电阻的第二端与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端与所述转矩换算器的输入端连接。

可选地，所述电机驱动电路包括电源处理单元、整流器、电容器、逆变器，所述电源处理单元的输入端用于接入交流电源，所述电源处理单元的输出端与所述整流器的输入端连接；所述整流器的输出端与所述电容器的第一端及所述逆变器的输入端连接；所述逆变器的输出端与所述直流无刷电机的线圈连接。

可选地，所述逆变器为三相全桥式逆变器。

本实用新型还提出一种电器设备，该电器设备包括基于FOC的电机控制装置，所述基于FOC的电机控制装置包括电机驱动电路、总控制电路、母线电压采集电路、母线电流采集电路、电机线电流采集电路以及位置检测电路，所述电机驱动电路的输入端接交流电源，所述电机驱动电路的三相输出端与直流无刷电机的线圈连接；所述母线电压采集电路的检测端和所述母线电流采集电路的检测端分别与所述电机驱动电路的直流母线连接，所述母线电压采集电路的输出端和所述母线电流采集电路的输出端分别与所述主控制电路连接；所述电机线电流采集电路的检测端与所述直流无刷电机线圈连接，所述电机线电流采集电路的输出端与所述主控制电路连接；所述主控制电路的输出端与所述电机驱动电路的受控端连接；所述位置检测电路的输入端与所述直流无刷电机连接，所述位置检测电路的输出端与所述总控制电路连接；其中，所述主控制电路，用于根据所述母线电压采集电路和所述母线电流采集电路采集到的母线电压和母线电流，所述电机线电流采集电路采集到的所述电机线的电流，以及所述位置检测电路检测到的所述直流无刷电机中转子的位置，控制所述电机驱动电路输出转矩和/或转速，以驱动所述直流无刷电机工作。

本实用新型通过母线电压采集电路和母线电流采集电路分别采集母线上的母线电压值和母线电流值。同时电机线电流采集电路采样电机三相线圈上任意一相或多相的相电流，并将检测到的母线电压值、母线电流值以及电机线电流值输出至主控制电路，以使主控制电路根据直流无刷电机的电机线电流、母线电压、母线电流以及电机转子位置等电机参数，以调节电机输出的转速与转矩。本实用新型解决了直流有刷电机运行寿命短，运行效率低，且电机运行起来，易产生电磁噪音的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型基于FOC的电机控制装置一实施例的功能模块图；

图2为本实用新型基于FOC的电机控制装置另一实施例的功能模块图；

图3为本实用新型基于FOC的电机控制装置再一实施例的功能模块图；

图4为本实用新型基于FOC的电机控制装置无传感器FOC控制逻辑图；

图5为本实用新型基于FOC的电机控制装置有传感器FOC控制逻辑图；

图6为本实用新型基于FOC的电机控制装置中母线电压采集电路一实施例的电路结构示意图；

图7为本实用新型基于FOC的电机控制装置中电机驱动电路的功能电路图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	无刷直流电机	201	转子位置估算器
200	总控制电路	202	角度换算器
				300	母线电压采集电路	203	位置检测器/位置检测电路
400	母线电流采集电路	204	功率换算器
				500	电机线电流采集电路	R1	第一电阻
600	电机驱动电路	R2	第二电阻
				700	位置检测电路	R3	第三电阻
210	功率给定控制器	R4	第五电阻
				220	第二PI控制器	R5	第五电阻
230	转矩给定控制器	D1	第一稳压二极管
				240	第一PI控制器	C1	第一电容
250	脉宽调制器	C2	第二电容
				260	转矩换算器	610	电源处理单元
270	功率换算器	620	整流器
				280	功率计算器	630	逆变器
290	转矩计算器	640	电容器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种基于FOC(Field-Oriented Control，磁场导向控制) 的电机控制装置，应用于电器设备中，该电器设备包括跑步机、风机、洗衣机等。本实用新型及以下内容以该基于FOC的电机控制装置应用于跑步机为例进行说明。

参照图1至图5，在本实用新型一实施例中，该基于FOC的电机控制装置包括电机驱动电路600、主控制电路200、母线电压采集电路300、母线电流采集电路400、电机线电流采集电路500、直流无刷电机100以及位置检测电路700，所述电机驱动电路600的输入端接交流电源，所述电机驱动电路 600的三相输出端与直流无刷电机线圈连接；所述母线电压采集电路300的检测端和所述母线电流采集电路400的检测端分别与所述电机驱动电路600的直流母线连接，所述母线电压采集电路300的输出端和所述母线电流采集电路400的输出端分别与所述主控制电路200连接；所述电机线电流采集电路 500的检测端与所述直流无刷电机线圈连接；所述电机线电流采集电路500的输出端与所述主控制电路200连接；所述主控制电路200的输出端与所述电机驱动电路600的受控端连接；所述位置检测电路700的输入端与所述直流无刷电机100连接，所述位置检测电路700的输出端与所述主控制电路200连接；其中，

所述主控制电路200，用于根据所述母线电压采集电路300和所述母线电流采集电路400采集到的母线电压和母线电流，所述电机线电流采集电路500 采集到的所述电机线的电流，以及所述位置检测电路700检测到的所述直流无刷电机中转子的位置，控制所述电机驱动电路600输出转矩和/或转速，以驱动所述直流无刷电机工作。

本实用新型基于FOC的电机控制装置既适用于带有位置传感器的FOC 控制算法，也适用于不带传感器的FOC控制算法中。具体地，当用于不带传感器的FOC控制算法时，该系统的控制过程如下：

通过FOC算法进行坐标变换以确定转子位置，所述坐标变换是通过检测无刷直流电机三相定子电流，可得到电流Ia和Ib，经计算得到第三相定子电流Ic，经Clark变换将三相对称、相隔120度角的交流电Ia、Ib和Ic变换得到相隔90度角的正弦交流电Iα和Iβ，所述Iα为相对定子静止的磁场分量电流，Iβ为相对定子静止的转矩分量电流，利用线反电势检测确定的换相时刻与计算得到的转子误差补偿角度来确定精确的转子位置，并结合Iα和Iβ进行速度估算与角度计算，得到转子相对定子的变化角度θ以及电机的转速参考值ω，通过Iα、Iβ和θ这三个变量，采用Park变换将相对定子静止的坐标变成相对转子静止的坐标，并且得到给定值Id和Iq，所述Id为相对转子静止磁场分量电流，Iq为相对转子静止转矩分量电流；

通过FOC算法根据变换后得到的相对于转子静止的Id和Iq进行逆变换，具体是将速度给定值与速度参考值ω进行比较，经过PI控制器调节得到转矩分量电流参考值Iqref，参考值Iqref与给定值Iq进行比较后经过PI控制器调节得到相对转子静止转矩分量电压Vq，同时给定参考值得磁场分量电流参考

值Idref与给定值Id比较后经过PI控制器调节得到相对转子静止磁场分量电压Vd，Vd和Vq是构成发射到电机的电压矢量，新的变换角度θ根据Park逆变换产生的电压和Park变换产生的电流进行估算，通过Park逆变换，利用Vd、Vq和θ三个变量将相对转子静止的坐标旋转变换到相对定子静止的坐标并且得到相对定子静止的两相正弦正交磁场分量电压值Vα和转矩分量电压值Vβ，再对Vα和Vβ进行Clark逆变换以获得三相电压值Va，Vb 和Vc；

通过三相电压值Va，Vb和Vc计算出新的PWM占空比，然后输出PWM 驱动波形，隔离驱动逆变电路中相应的功率单元，产生所需的电压矢量来调节电机输出的转速与转矩。

而当用带有位置传感器的FOC控制算法时，相应的则由位置传感器检测无刷直流电机转子的位置。

参照图1和图2，在本实施例中，该基于FOC的电机控制装置可应用于跑步机。在跑步机工作时，母线电压采集电路300和母线电流采集电路400 分别采集母线上的母线电压值和母线电流值。同时电机线电流采集电路500 采样电机三相线圈上任意一相或多相的相电流，并将检测到的母线电压值、母线电流值以及电机线电流值输出至主控制电路200，以使主控制电路200根据预设的速度给定值和转矩给定值，将电机线电流值换算成当前的实际转矩值。然后将预设的转矩给定值和当前的实际转矩值进行计算，获得两者之间的差值。或者通过转速换算器270获得实际转速，并将当前的实际速度值与预设的速度给定值进行计算，以控制跑步机输出的转速。由于该跑步机装置运用了速度环算法，其能实现速度稳定运行，使电机不会因为负载突然变化而产生剧烈变化，从而达到速度闭环的效果。

在另一实施例中，如当该基于FOC的电机控制装置应用于其他电器设备如风机时，则可以进一步设置功率换算器204。在风机工作后，母线电压采集电路300和母线电流采集电路400分别采集母线上的母线电压值和母线电流值。同时电机线电流采集电路500采样电机三相线圈上任意一相或多相的相电流，并将检测到的母线电压值、母线电流值以及电机线电流值输出至主控制电路200，以使主控制电路200在预设的功率给定值和转矩给定值的基准下，将相电流值换算成当前的实际转矩值。然后将预设的转矩给定值和当前的实际转矩值进行计算，获得两者之间的差值。或者将母线电流值和母线电压值换算成当前的实际功率值，并将当前的实际功率值与预设的功率给定值进行计算，并对风机100进行相应的功率补偿，以实现输出功率的恒定。需要说明的是，由于应用场景不同，这里需在图2的基础上在加入功率环以适应对风机的应用环境，具体可参照图3。

在其他实施例中，该基于FOC的电机控制装置还可应用于其他电器设备如洗衣机、空调、油烟机等，具体可根据相应的应用设备将该基于FOC的电机控制装置做相应调整即可，其用到的技术手段为本领域技术人员公知的技术手段，此处不一一例举。

可以理解的是，在该实施例中，电机驱动电路600输出至无刷直流电机 100的电流波形为正弦波电流，相较于方波驱动，正弦波电流能减少转矩脉动，减低电磁噪音并能实现电机带载平稳运行；且基于FOC控制的方法，可以使电机定子的磁场分量电流Iα和转矩分量电流Iβ始终保持90°，从而可以使电机产生最大的转矩，使其运行效率最大化。

本实用新型通过母线电压采集电路300和母线电流采集电路400分别采集母线上的母线电压值和母线电流值。同时电机线电流采集电路500采样电机三相线圈上任意一相或多相的相电流，并将检测到的母线电压值、母线电流值以及电机线电流值输出至主控制电路200，以使主控制电路200根据直流无刷电机100的电机线电流、母线电压、母线电流以及电机转子位置等电机参数，以调节电机输出的转速与转矩。本实用新型解决了直流有刷电机运行寿命短，运行效率低，且电机运行起来，易产生电磁噪音的问题。

参照图2，在一可选实施例中，所述主控制电路200包括转矩给定控制器 230、转矩计算器290、第一PI控制器240、脉宽调制器250及转矩换算器260，所述转矩给定控制器230的输出端与所述转矩换算器260的输出端分别经转矩计算器290与所述第一PI控制器240的输入端连接；所述转矩换算器260 的输入端与所述电机线电流采集电路500连接；所述第一PI控制器240的输出端与所述脉宽调制器250的输入端连接；所述脉宽调制器250的输出端为所述主控制电路200的输出端。

进一步地，所述主控制电路还包括速度给定控制器210、速度计算器280、第二PI控制器220、速度换算器270、转子位置估算器201以及角度换算器 202，所述转子位置估算器201的输入端分别与所述母线电流采集电路400、母线电压采集电路300以及电机线电流采集电路500的输出端连接，所述转子位置估算器201的输出端与所述速度换算器270连接；所述角度换算器202 的输入端分别与所述转子位置估算器201和所述位置检测器203的输出端连接，所述角度换算器202的输出端与所述脉宽调制器250连接；所述速度给定控制器210的输出端和所述速度换算器270的输出端分别经所述速度计算器280与所述第二PI控制器220的输入端连接，所述第二PI控制器220的输出端与所述脉宽调制器250连接。

本实施例中，速度给定控制器210用于输出预设速度值，即给速度；速度换算器270用于根据转子位置估算器201和位置检测电路700检测到的转子位置并将其换算为当前的实际速度值，并输出至速度功率计算器280；速度计算器280用给定于将给定速度值和实际速度值进行对比得到误差速度，并将其输出至第二PI控制器220。第二PI控制器220对所述误差速度进行PI 调节，并输出至脉宽调制器。在另一路中，角度换算器202用于对转子位置估算器以及位置检测电路检测到的转子角度进行换算，并进一步输出至脉宽调制器250。得到转矩给定，并将其发送转矩给定单元转矩给定控制器将给定转矩输出至转矩计算器290；转矩换算器260根据电机线电流采集电路500采集的电机线电流值换算成当前实际转矩值，并输出至转矩计算器290；转矩计算器290对给定转矩与当前实际转矩值进行对比，得到误差转矩，并将其输出至第一PI控制器240。第一PI控制器240对误差转矩进行PI调节得到给定转矩，并将其发送至脉宽调制电路250，脉宽调制电路250根据给定转矩实时调整输出的脉冲占空比大小，然后输出PWM驱动波形，隔离驱动逆变电路中相应的单元，产生所需的电压矢量来调节电机输出的转速与转矩。

参照图2，在一可选实施例中，所述母线电流采集电路400包括电流采样电阻及低通滤波器(图未示)，所述电流采样电阻的第一端与所述直流母线连接，所述电流采样电阻的第二端与低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端为所述电流采集电路的输出端。

本实施例中，电流采样电阻用于采集流经电机驱动电路600中直流母线的电流，并将直流母线电流转换成母线电流值对应的电压信号，经低通滤波器将直流母线中的高频杂波滤除后输出至转矩换算器270。其中，所述低通滤波器可采用以运算放大器为主的器件或RC低通滤波器实现，此处不限。

可以理解的是，通过将采集到的流运用到FOC控制算法中，并与主控制电路200预设的电流阈值进行比较，当采集到的电流值大于预设的过流保护阈值时，则由总控制电路200执行过流保护处理，即通过采集母线电流，可以实现过流保护功能。

参照图5，在一可选实施例中，所述母线电压采集电路300包括第一电阻 R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第一电容C1、第二电容C2，所述第一电阻R1的第一端接供电电源VCC，所述第一电阻R1的第二端与所述第二电阻R2的第一端连接；所述第二电阻R2的二端与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端与所述第一稳压二极管D1的阴极、所述第四电阻R4的第一端、所述第一电容C1的第一端及所述第五电阻R5的第一端互连；所述第一稳压二极管D1的阳极接地；所述第四电阻R4的第二端接地；所述第一电容C1的第二端接地；所述第五电阻R5的第二端与所述第二电容C2的第一端连接，所述第二电容C2 的第二端接地；所述第五电阻R5和所述第二电容C2的公共端为所述母线电压采集电路300的输出端。

本实施例中，由母线电压采集电路300采集的母线电压经第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的分压作用、稳压二极管D1的稳压作用，以及由第一电容C1、第二电容C2滤除杂波信号后输出至转矩换算器270。

可以理解的是，通过将采集到的电压运用到FOC控制算法中，并与预设的欠压/过压保护电压值进行比较，当采集到的电压值小于预设的欠压保护值时，则由总控制电路200执行欠压保护处理，当采集到的电压值大于预设的过压保护值时，则由总控制电路200执行过压保护处理，即通过采集母线电压，可以实现欠压/过压保护功能。

参照图1至图4，在一可选实施例中，所述电机线电流采集电路500包括第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路(图未示)，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输入端分别与所述直流无刷电机100的三相线圈一一对应连接，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输出端分别与所述转矩换算器260的输入端连接。

进一步地，每一所述相电流采集电路包括多个电机线电流采样电阻及低通滤波器，多个所述电机线电流采样电阻的第一端与所述直流无刷电机的多个线圈一一对应连接，多个所述电机线电流采样电阻的第二端与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端与所述转矩换算器的输入端连接

本实施例中，电机线电流采集电路500包括三组电流采集电路，以用于采样电机三相线圈上任意一相或多相的电机线电流(假设直流无刷电机线圈的三相电流为U、V、W)，电机线电流采样电阻设置在直流无刷电机100线圈上，电机线电流采样电阻的数量可以设置为一个，也可以设置为多个，此外也可同时设置有低通滤波器、电容等原件，以配合实现电机线电流采样功能，并将电机线电流转换成母线电流值对应的电压信号后输出至功率换算器 270。且通过采集U、V两相电流，即可通过FOC控制算法对应实现双电阻控制方案，而W相电流则可通过基尔霍夫定律计算得出；如果同时采集U、V、 W三相电流运用到FOC控制算法，即可实现FOC三电阻控制方案。

参照图7，在一可选实施例中，所述电机驱动电路600包括电源处理单元 610、整流器620、电容器640、逆变器630，所述电源处理单元610的输入端用于接入交流电源，所述电源处理单元610的输出端与所述整流器620的输入端连接；所述整流器620的输出端与所述电容器640的第一端及所述逆变器630的输入端连接；所述逆变器630的输出端与所述直流无刷电机100的线圈连接。

本实施例中，本实施例中，电源处理单元610用于将接入的交流电源进行降压、滤波等处理后输出至整流器620，整流器620将输入的交流电源整流成对应的直流电源后输出至逆变器630，以为逆变器630供电。电容器640为滤波电容，用于吸收逆变器630中各开关管产生的高次谐波，同时还用于对输入或输出的瞬时功率进行缓冲。同样的，电机驱动电路600中还可设置电阻、二极管等器件用以配合实现对直流无刷电机的驱动。

本实用新型还提出一种电器设备，所述电器设备包括基于FOC的电机控制装置。该基于FOC的电机控制装置的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型电器设备中使用了上述基于FOC 的电机控制装置，因此，本实用新型电器设备的实施例包括上述基于FOC的电机控制装置全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述基于FOC的电机控制装置包括电机驱动电路、主控制电路、母线电压采集电路、母线电流采集电路、电机线电流采集电路以及位置检测电路，所述电机驱动电路的输入端接交流电源，所述电机驱动电路的三相输出端与直流无刷电机的线圈连接；所述母线电压采集电路的检测端和所述母线电流采集电路的检测端分别与所述电机驱动电路的直流母线连接，所述母线电压采集电路的输出端和所述母线电流采集电路的输出端分别与所述主控制电路连接；所述电机线电流采集电路的检测端与所述直流无刷电机线圈连接，所述电机线电流采集电路的输出端与所述主控制电路连接；所述主控制电路的输出端与所述电机驱动电路的受控端连接；所述位置检测电路的输入端与所述直流无刷电机连接，所述位置检测电路的输出端与所述主控制电路连接；其中，

所述主控制电路，用于根据所述母线电压采集电路和所述母线电流采集电路采集到的母线电压和母线电流，所述电机线电流采集电路采集到的所述电机线的电流，以及所述位置检测电路检测到的所述直流无刷电机中转子的位置，控制所述电机驱动电路输出转矩和/或转速，以驱动所述直流无刷电机工作。

2.如权利要求1所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述主控制电路包括转矩给定控制器、转矩计算器、第一PI控制器、脉宽调制器及转矩换算器，所述转矩给定控制器的输出端与所述转矩换算器的输出端分别经转矩计算器与所述第一PI控制器的输入端连接；所述转矩换算器的输入端与所述电机线电流采集电路连接；所述第一PI控制器的输出端与所述脉宽调制器的输入端连接；所述脉宽调制器的输出端为所述主控制电路的输出端。

3.如权利要求2所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述主控制电路还包括速度给定控制器、速度计算器、第二PI控制器、速度换算器、转子位置估算器以及角度换算器，所述转子位置估算器的输入端分别与所述母线电流采集电路、母线电压采集电路以及电机线电流采集电路的输出端连接，所述转子位置估算器的输出端与所述速度换算器连接；所述角度换算器的输入端分别与所述转子位置估算器和所述位置检测电路的输出端连接，所述角度换算器的输出端与所述脉宽调制器连接；所述速度给定控制器的输出端和所述速度换算器的输出端分别经所述速度计算器与所述第二PI控制器的输入端连接，所述第二PI控制器的输出端与所述脉宽调制器连接。

4.如权利要求1所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述母线电流采集电路包括电流采样电阻及低通滤波器，所述电流采样电阻的第一端与所述直流母线连接，所述电流采样电阻的第二端与低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端为所述电流采集电路的输出端。

5.如权利要求1所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述母线电压采集电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一稳压二极管、第一电容、第二电容，所述第一电阻的第一端接供电电源，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的二端与所述第一电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一稳压二极管的阴极与所述第四电阻的第一端及所述第一电容的第一端及所述第五电阻的第一端互连；所述第一稳压二极管的阳极接地；所述第四电阻的第二端接地；所述第一电容的第二端接地；所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地；所述第五电阻和所述第二电容的公共端为所述母线电压采集电路的输出端。

6.如权利要求2所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述电机线电流采集电路包括第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输入端分别与所述直流无刷电机的三相线圈一一对应连接，所述第一相电流采集电路、第二相电流采集电路以及第三相电流采集电路的输出端分别与所述转矩换算器的输入端连接。

7.如权利要求6所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，每一所述相电流采集电路包括多个电机线电流采样电阻及低通滤波器，多个所述电机线电流采样电阻的第一端与所述直流无刷电机的多个线圈一一对应连接，多个所述电机线电流采样电阻的第二端与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端与所述转矩换算器的输入端连接。

8.如权利要求1所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述电机驱动电路包括电源处理单元、整流器、电容器、逆变器，所述电源处理单元的输入端用于接入交流电源，所述电源处理单元的输出端与所述整流器的输入端连接；所述整流器的输出端与所述电容器的第一端及所述逆变器的输入端连接；所述逆变器的输出端与所述直流无刷电机的线圈连接。

9.如权利要求8所述的基于FOC的电机控制装置，其特征在于，所述逆变器为三相全桥式逆变器。

10.一种电器设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的基于FOC的电机控制装置。