CN215934757U - 电机矢量控制系统及洗衣机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电机矢量控制系统及洗衣机，其中，电机矢量控制系统，包括：空间矢量脉宽调制电路、三相逆变器、电机以及空间矢量变换电路，空间矢量脉宽调制电路用于调制生成脉宽调制信号，且脉宽调制信号的占空比为非定值；三相逆变器的输入端用于接入直流母线电压，三相逆变器用于根据空间矢量脉宽调制电路输出的脉宽调制信号，将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出；电机的输入端与三相逆变器的输出端电连接；空间矢量变换电路用于采集三相逆变器输送给电机的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供空间矢量脉宽调制电路调制生成脉宽调制信号。本实用新型技术方案能够降低电机的振动与噪音，提高洗衣机的性能。

Description

电机矢量控制系统及洗衣机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种电机矢量控制系统及洗衣机。

背景技术

现今社会，洗衣机已然成为人们家中不可或缺的家用电器之一。随着人们生活水平的提高，用户对于洗衣机的性能要求也越来越高，特别是对于洗衣机的振动和噪音这一方面的要求更高，这也成为评价一款洗衣机的好与坏的重要标准之一。为此，许多厂家在洗衣机设计过程中更加偏重洗衣机性能的优化。

现在许多公司和厂家主要通过对洗衣机的结构、器件选型的优化来降低洗衣机的振动和噪音，但这种方式不能大幅度地降低振动与噪音，随着时间的推移和社会的发展，已经无法用户的需求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种电机矢量控制系统及洗衣机，旨在降低电机的振动与噪音，提高洗衣机的性能。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电机矢量控制系统，包括：空间矢量脉宽调制电路、三相逆变器、电机以及空间矢量变换电路，所述空间矢量脉宽调制电路用于调制生成脉宽调制信号，且脉宽调制信号的占空比为非定值；所述三相逆变器的输入端用于接入直流母线电压，所述三相逆变器的受控端与所述空间矢量脉宽调制电路的输出端电连接；所述三相逆变器用于根据所述空间矢量脉宽调制电路输出的脉宽调制信号，将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出；所述电机的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接；所述空间矢量变换电路的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接，且所述三相逆变器的输出端与所述空间矢量脉宽调制电路的输入端电连接；所述空间矢量变换电路用于采集所述三相逆变器输送给所述电机的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供所述空间矢量脉宽调制电路调制生成脉宽调制信号。

进一步地，所述空间矢量变换电路包括：电流采用电路、第一坐标变换电路、电流比例积分调节电路以及第二坐标变换电路，所述电流采样电路的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接，所述电流采样电路用于采集所述三相逆变器输送给所述电机的三相电流；所述第一坐标变换电路的输入端与所述电流采样电路的输出端电连接，且所述第一坐标变换电路的输出端与所述电流比例积分调节电路的输入端电连接；所述第一坐标变换电路用于将接收的三相电流转换为静止坐标下的两相正交电流、还将静止坐标下的两相正交电流转换为旋转坐标下的两相正交电流；所述电流比例积分调节电路的输入端用于输入旋转坐标下的两相正交电流、交轴电流的给定值及直轴电流的给定值，所述电流比例积分调节电路用于根据旋转坐标下的两相正交电流、交轴电流的给定值及直轴电流的给定值生成旋转坐标下的两相正交电压；其中，旋转坐标下的两相正交电流包括交轴电流和直轴电流；所述第二坐标变换电路的输入端与所述电流比例积分调节电路的输出端电连接，且所述所述第二坐标变换电路输出端与所述空间矢量脉宽调制电路的输入端电连接，所述第二坐标变换电路用于将接收的旋转坐标下的两相正交电压转换为静止坐标下的两相正交电压。

进一步地，所述第一坐标变换电路包括：Clarke变换电路和Park变换电路，所述Clarke变换电路的输入端与所述电流采样电路的输出端电连接，所述Clarke变换电路用于将接收的三相电流转换为静止坐标下的两相正交电流；其中，静止坐标下的两相正交电流包括横轴电流和纵轴电流；所述Park变换电路的输入端与所述Clarke变换电路电连接，且所述Park变换电路的输出端与所述电流比例积分调节电路电连接，所述Park变换电路用于将接收的静止坐标下的两相正交电流转化为旋转坐标下的两相正交电流；所述第二坐标变换电路为Park逆变换电路。

进一步地，所述电流比例积分调节电路包括：第一比例积分调节电路和第二比例积分调节电路，所述第一比例积分调节电路的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第一比例积分调节电路的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第一比例积分调节电路用于根据接收的旋转坐标下的交轴电流和交轴电流的给定值生成旋转坐标下的交轴电压；所述第二比例积分调节电路的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第二比例积分调节电路的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第二比例积分调节电路用于根据接收的旋转坐标下的直轴电流和直轴电流的给定值生成旋转坐标下的直轴电压；其中，旋转坐标下的两相正交电压包括交轴电压和直轴电压。

进一步地，所述空间矢量变换电路还包括：位置速度估算电路和速度比例积分调节电路，所述位置速度估算电路的输入端分别与所述Park逆变换电路的输出端和所述Clarke变换电路的输出端电连接；所述位置速度估算电路用于根据接收的静止坐标下的两相正交电压和静止坐标下的两相正交电流估算出电机转速和电机转子位置，并将电机转速反馈至所述电流比例积分调节电路、将电机转子位置反馈至所述Park逆变换电路和所述Park变换电路；所述速度比例积分调节电路的输入端与所述位置速度估算电路的输出端电连接，且所述速度比例积分调节电路的输出端与所述电流比例积分调节电路的输入端电连接，所述速度比例积分调节电路用于根据接收的电机转速和给定转速生成交轴电流的给定值。

进一步地，所述空间矢量变换电路还包括：滤波器，所述滤波器连接于所述三相逆变器和所述电流采样电路之间，所述滤波器用于减少电流谐波。

进一步地，所述空间矢量脉宽调制电路包括：扇区选择电路、时间计算电路、随机数发生器、占空比和导通时间计算电路以及脉宽调制波输出电路，，所述扇区选择电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压，所述扇区选择电路用于根据静止坐标下的两相正交电压确定扇区值；所述时间计算电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值，所述时间计算电路用于根据静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值确定一个扇区内两个矢量的作用时间；所述随机数发生器用于生成随机数；所述占空比和导通时间计算电路的输入端与所述扇区选择电路的输出端、所述时间计算电路的输出端以及所述随机数发生器的输出端电连接；所述占空比和导通时间计算电路用于根据接收的扇区值、一个扇区内两个矢量的作用时间、开关周期及随机数确定脉宽调制信号的导通时间；所述脉宽调制波输出电路的输入端与所述占空比和导通时间计算电路的输出端电连接，所述脉宽调制波输出电路用于根据接收的脉宽调制信号的导通时间调制生成脉宽调制信号。

进一步地，所述扇区选择电路的输入端包括第一扇区选择输入端和第二扇区选择输入端，所述第一扇区选择输入端用于输入静止坐标下的横轴电压，所述第二扇区选择输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压；其中，静止坐标下的两相正交电压包括横轴电压和纵轴电压；所述时间计算电路的输入端包括第一时间计算输入端、第二时间计算输入端、第三时间计算输入端和第四时间计算输入端，所述第一时间计算输入端用于输入静止坐标下的横轴电压，所述第二时间计算输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压，所述第三时间计算输入端用于输入开关周期，所述第四时间计算输入端用于输入母线电压值。

进一步地，所述时间计算电路包括：时间参数计算电路、作用时间计算电路以及时间参数校正电路，所述时间参数计算电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值，所述时间参数计算电路用于根据静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值确定时间参数；所述作用时间计算电路的输入端与所述时间参数计算电路的输出端电连接，所述作用时间计算电路用于根据接收的时间参数确定一个扇区内两个电压矢量的作用时间；所述时间参数校正电路的输入端与所述作用时间计算电路的输出端以及所述占空比和导通时间计算电路的输出端电连接，且所述时间参数校正电路的输出端与所述占空比和导通时间计算电路的输入端电连接，所述时间参数校正电路用于对接收的一个扇区内两个电压矢量的作用时间进行校正。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种洗衣机，包括筒体以及如上所述的电机矢量控制系统，所述电机的驱动端与所述筒体电连接。

本实用新型技术方案中，电机矢量控制系统包括空间矢量脉宽调制电路、三相逆变器、电机以及空间矢量变换电路，空间矢量变换电路采集三相逆变器输送给电机的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供空间矢量脉宽调制电路调制生成脉宽调制信号，且空间矢量脉宽调制电路调制生成的脉宽调制信号的占空比为非定值，如此，在三相逆变器将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出至电机的过程中，空间矢量脉宽调制电路向三相逆变器输出占空比为非定值的脉宽调制信号作为开关信号，可实现对电机运转的控制。由于脉宽调制信号的占空比为非定值，可打破占空比与开关频率之间的固定关系，使得开关频率随机化，从而减小开关频率处的簇拥的谐波能量，减小电流纹波，以降低洗衣机用电机的抖动，有效解决洗衣机的振动和噪音问题。

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为电机矢量控制系统的结构示意图；

图2为空间矢量脉宽调制电路的结构示意图；

图3为空间矢量脉宽调制电路中未加入随机数发生器时输出的脉宽调制信号波形的示意图；

图4为空间矢量脉宽调制电路中加入随机数发生器后输出的脉宽调制信号波形的示意图。

附图标号说明：

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电机矢量控制系统1000。

在本实用新型实施例中，如图1所示，该电机矢量控制系统1000，包括：空间矢量脉宽调制电路110、三相逆变器140、电机200以及空间矢量变换电路100，所述空间矢量脉宽调制电路110用于调制生成脉宽调制信号，且脉宽调制信号的占空比为非定值；所述三相逆变器140的输入端用于接入直流母线电压，所述三相逆变器140的受控端与所述空间矢量脉宽调制电路110的输出端电连接；所述三相逆变器140用于根据所述空间矢量脉宽调制电路110输出的脉宽调制信号，将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出；所述电机200的输入端与所述三相逆变器140的输出端电连接；所述空间矢量变换电路100的输入端与所述三相逆变器140的输出端电连接，且所述三相逆变器140的输出端与所述空间矢量脉宽调制电路110的输入端电连接；所述空间矢量变换电路100用于采集所述三相逆变器140输送给所述电机200的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供所述空间矢量脉宽调制电路110调制生成脉宽调制信号。

需要说明的是，洗衣机的驱动装置一般采用的是无刷直流(BrushLess DC，BLDC)电机200，且BLDC电机200采用的控制策略为无传感器的磁场导向控制(Field OrientedControl，FOC)(如图1至2所示)。无感FOC控制是一种常用的变频控制方案，其核心就在于脉宽调制方法，这也是变频技术的关键。现实中最为常用的脉宽调制方法为空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)，该方法利用三相逆变器120不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。SVPWM的基本思想是通过开关管开关矢量与当前电压矢量计算生成脉宽调制波，其基本输入信号包括电压、当前角度、幅值等，输出是脉宽调制波。

在电机矢量控制系统1000中，空间矢量脉宽调制电路100可以输出七段SVPWM波形(如图4所示)。其中，SVPWM占空比计算不同会影响波形的不同。所谓占空比，是指在一个脉冲循环内，高电平时间相对于总时间所占的比例。传统SVPWM的占空比是一个定值，其与开关频率成一个定值关系(如公式1)，近似于开关频率固定，如此会使得开关频率处簇拥许多谐波能量，当谐波能量积累的越多，则电流上反映的就是纹波现象。纹波的存在就会使得电机200运行出现抖动，洗衣机就会出现噪音和振动。

本实用新型技术方案中，电机矢量控制系统1000包括空间矢量脉宽调制电路110、三相逆变器140、电机200以及空间矢量变换电路100，空间矢量变换电路100采集三相逆变器140输送给电机200的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供空间矢量脉宽调制电路110调制生成脉宽调制信号，且空间矢量脉宽调制电路110调制生成的脉宽调制信号的占空比为非定值，如此，在三相逆变器140将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出至电机200的过程中，空间矢量脉宽调制电路110向三相逆变器140输出占空比为非定值的脉宽调制信号作为开关信号，可实现对电机200运转的控制。由于脉宽调制信号的占空比为非定值，可打破占空比与开关频率之间的固定关系，使得开关频率随机化，从而减小开关频率处的簇拥的谐波能量，减小电流纹波，以降低洗衣机用电机200的抖动，有效解决洗衣机的振动和噪音问题。

进一步地，空间矢量脉宽调制电路110，包括：扇区选择电路111、时间计算电路112、随机数发生器113、占空比和导通时间计算电路114以及脉宽调制波输出电路115；所述扇区选择电路111的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β，所述扇区选择电路111用于根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β确定扇区值N；所述时间计算电路112的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d，所述时间计算电路112用于根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d确定一个扇区内两个矢量的作用时间t₁、t₂；所述随机数发生器113用于生成随机数R；所述占空比和导通时间计算电路114的输入端与所述扇区选择电路111的输出端、所述时间计算电路112的输出端以及所述随机数发生器113的输出端电连接；所述占空比和导通时间计算电路114用于根据接收的扇区值N、一个扇区内两个矢量的作用时间t₁、t₂、开关周期t₀及随机数R确定脉宽调制信号的导通时间T_a、T_b、T_c；所述脉宽调制波输出电路115的输入端与所述占空比和导通时间计算电路114的输出端电连接，所述脉宽调制波输出电路115用于根据接收的脉宽调制信号的导通时间调制生成脉宽调制信号。

请参阅图1，在本实用新型实施例中，空间矢量脉宽调制电路110包括扇区选择电路111、时间计算电路112、随机数发生器113、占空比和导通时间计算电路114以及脉宽调制波输出电路115。空间矢量脉宽调制电路110是较为成熟的技术，除了随机数发生器113为新增外，空间矢量脉宽调制电路110中其他部件的具体结构设置均可采用现有技术，其工作原理也属于现有技术。

具体地，扇区选择电路111根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β确定扇区值N，扇区值N为1～6的整数，并输出至占空比和导通时间计算电路114；时间计算电路112根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d计算得出的一个扇区内两个矢量的作用时间分别t₁、t₂，并输出至占空比和导通时间计算电路114；随机数发生器113可生成随机数R(0＜R＜1)，并输出至占空比和导通时间计算电路114；占空比和导通时间计算电路114将上述数值进行计算得到脉宽调制信号的导通时间T_a、T_b、T_c，其中，T_a，T_b，T_c分别代表的是三相交流电压V_a、V_b、V_c的导通时间(当为高电平时，电压导通)，并输出至脉宽调制波输出电路115；由脉宽调制波输出电路115根据该脉宽调制信号的导通时间调制并生成脉宽调制信号，从而形成开关信号，可用于对电机200运转的控制。

本领域公知的，空间矢量脉宽调制电路110输出的脉宽调制信号为七段脉宽调制信号波形(如图3所示)。其中，脉宽调制信号的占空比计算不同会影响波形的不同。所谓占空比，是指在一个脉冲循环内，高电平时间(导通时间)相对于总时间(开关周期)所占的比例(也即占空比与导通时间呈正相关的关系)。传统脉宽调制信号的占空比是一个定值，其与开关频率成一个定值关系(如公式1)，近似于开关频率固定，如此会使得开关频率处簇拥许多谐波能量，当谐波能量积累的越多，则电流上反映的就是纹波现象，纹波的存在就会使得电机200运行出现抖动，进而导致洗衣机出现噪音和振动。

而本实用新型实施例在传统的空间矢量脉宽调制电路110中加入了随机数发生器113(如图1所示)，也即在脉宽调制信号的调制过程中加入随机零矢量，在开关模式选择过程中，能够随机改变脉宽调制信号的占空比(如图4所示)，打破占空比与开关频率之间的固定关系，使得开关频率随机化，其占空比计算如公式2所示(R为随机数)，从而减小开关频率处的簇拥的谐波能量，减小电流纹波，以降低洗衣机用BLDC电机200的抖动，有效解决洗衣机的振动和噪音问题。

公式1和公式2中，T₀₀～T₆₆分别表示一个代号，用于区分七段脉宽调制信号波形；公式中2，V_dc代表母线电压值，V_ref代表两个矢量合成的一个模拟电压；T_s代表开关周期。

可以理解的是，在同一个开关周期Ts内，传统脉宽调制信号七段波形和本实用新型改进后脉宽调制信号的七段波形形状是一样的，但是其中每个部分的宽度不同，也即占空比不一样，从而影响三相电压的幅值大小的变化。由于电机200控制属于变频控制，而变频的核心正是脉宽调制矩形波的变化。

需要说明的是，现有的随机数发生器113中，其生成随机数的常用方法有多种，例如：乘积取中法、线性同余法、逻辑法以及迭代取中法。本实用新型中，随机PWM控制的关键在于随机数是否均匀。普通算法建立的随机数发生器113产生的随机数，很容易出现在数学期望一侧，无法均匀分布在期望附近，因而不能均匀的分布谐波频谱上的电流。但采用基于马尔科夫链生成的随机数就会避免这种情况的发生，能令随机数均匀的分布在数学期望附近。当选择两状态马尔科夫链时，转移概率矩阵就是二维的，含有两个参数，同理当是三维的就是三维转移概率矩阵，含有六个参数。由此可知，马尔科夫链是一个拥有多维空间的随机数过程，维数越高，产生的结果越均匀。故本实用新型可采用基于马尔科夫链生成随机数的随机数发生器113。

综上，本实用新型从问题的源头即电机200出发，探讨了电机200振动和噪音产生的根本原因。通过改变无感FOC中的空间矢量脉宽调制电路110的发波模式，改善脉宽调制策略，从而减小电机200控制电流中含有的谐波，降低电机200的转矩脉动，也就降低了电机200在运行过程中可能出现的抖动现象，以达到减小洗衣机的振动与噪音的目的，从而提高洗衣机的性能。

进一步地，请参阅图1，所述扇区选择电路111的输入端包括第一扇区选择输入端和第二扇区选择输入端，所述第一扇区选择输入端用于输入静止坐标下的横轴电压V_α，所述第二扇区选择输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压V_β；其中，静止坐标下的两相正交电压包括横轴电压V_α和纵轴电压V_β；所述时间计算电路112的输入端包括第一时间计算输入端、第二时间计算输入端、第三时间计算输入端和第四时间计算输入端，所述第一时间计算输入端用于输入静止坐标下的横轴电压V_α，所述第二时间计算输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压V_β，所述第三时间计算输入端用于输入开关周期t₀，所述第四时间计算输入端用于输入母线电压值U_d。

本领域公知的，静止坐标下的两相正交电压包括横轴电压V_α和纵轴电压V_β，本实施例中，扇区选择电路111分别通过第一扇区选择输入端和第二扇区选择输入端输入静止坐标下的横轴电压V_α和纵轴电压V_β，时间计算电路112分别通过第一时间计算输入端、第二时间计算输入端、第三时间计算输入端和第四时间计算输入端输入静止坐标下的横轴电压V_α和纵轴电压V_β，以及开关周期t₀和母线电压值U_d。

进一步地，请参阅图1，所述时间计算电路112包括：时间参数计算电路1121、作用时间计算电路1122以及时间参数校正电路1123；所述时间参数计算电路1121的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d，所述时间参数计算电路1121用于根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d确定时间参数；所述作用时间计算电路1122的输入端与所述时间参数计算电路1121的输出端电连接，所述作用时间计算电路1122用于根据接收的时间参数确定一个扇区内两个电压矢量的作用时间T₁、T₂；所述时间参数校正电路1123的输入端与所述作用时间计算电路1122的输出端以及所述占空比和导通时间计算电路114的输出端电连接，且所述时间参数校正电路1123的输出端与所述占空比和导通时间计算电路114的输入端电连接，所述时间参数校正电路1123用于对接收的一个扇区内两个电压矢量的作用时间T₁、T₂进行校正。

本实施例中，时间参数计算电路1121根据输入静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β、开关周期t₀及母线电压值U_d计算得出时间参数X、Y、Z，并输出至作用时间计算电路1122；作用时间计算电路1122根据时间参数X、Y、Z计算得出一个扇区内两个电压矢量作用的时间T₁、T₂，并输出至时间参数校正电路1123；时间参数校正电路1123用于对一个扇区内两个电压矢量作用的时间T₁、T₂进行校正，防止两个矢量作用时间T₁、T₂大于开关周期t₀，这是系统不容许的，时间参数校正电路1123校正完成后，输出校正数值t₁、t₂至占空比和导通时间计算电路114，以供占空比和导通时间计算电路114计算脉宽调制信号的导通时间。其中，时间参数计算电路1121，作用时间计算电路1122以及时间参数校正电路1123的具体结构设置均可采用现有技术。

进一步地，请参阅图2，空间矢量变换电路100，包括：电流比例积分调节电路120、第二坐标变换电路130、空间矢量脉宽调制电路110以及三相逆变器140；所述电流比例积分调节电路120的输入端用于输入旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d、交轴电流的给定值及直轴电流的给定值，所述电流比例积分调节电路120用于根据旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d、交轴电流的给定值i_q-give及直轴电流的给定值i_d-give生成旋转坐标下的两相正交电压V_q和V_d；其中，旋转坐标下的两相正交电流包括交轴电流i_q和直轴电流i_d；所述第二坐标变换电路130的输入端与所述电流比例积分调节电路120的输出端电连接，所述第二坐标变换电路130用于将接收的旋转坐标下的两相正交电压V_q和V_d转换为静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β；所述空间矢量脉宽调制电路110为如上所述的空间矢量脉宽调制电路110，所述空间矢量脉宽调制电路110的输入端与所述第二坐标变换电路130的输出端电连接；所述三相逆变器140的输入端用于接入直流母线电压，所述三相逆变器140的受控端与所述空间矢量脉宽调制电路110的输出端电连接，所述三相逆变器140的输出端用于电连接电机200；所述三相逆变器140用于根据所述空间矢量脉宽调制电路110输出的脉宽调制信号，将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出。

请参阅图2，在本实用新型实施例中，电机矢量控制系统1000采用了无感FOC控制，包含空间矢量脉宽调制电路110和空间矢量变换电路100。该空间矢量脉宽调制电路110的具体结构参照上述实施例。其中，电机矢量控制系统1000除了在空间矢量脉宽调制电路110中增设了随机数发生器113以外，空间矢量变换电路100的部分均可采用现有的无感FOC控制的结构，其工作原理属于现有技术，此处进行简要说明。

电流比例积分调节电路120根据旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d、交轴电流的给定值i_q-give及直轴电流的给定值i_d-give进行比例积分调节，得到旋转坐标下的两相正交电压V_q和V_d，并输出至第二坐标变换电路130。所谓比例积分(Proportion Integration，PI)调节，是一种线性控制，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，其中，比例环节即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。第二坐标变换电路130将旋转坐标下的两相正交电压V_q和V_d转换为静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β，并输出至空间矢量脉宽调制电路110，由空间矢量脉宽调制电路110调制生成脉宽调制信号，并输出至三相逆变器140。三相逆变器140是将直流电能转换为交流电能的转换器，三相逆变器140的输入端接入直流母线电压，三相逆变器140的三相输出接入电机200的输入端，根据脉宽调制信号的控制，向电机200输入三相交流电V_a、V_b、V_c，从而驱动电机200运转。

进一步地，请参阅图2，所述空间矢量变换电路100还包括：电流采样电路150、第一坐标变换电路160；所述电流采样电路150的输入端与所述三相逆变器140的输出端电连接，所述电流采样电路150用于采集所述三相逆变器140输送给电机200的三相电流i_a、i_b、i_c；所述第一坐标变换电路160的输入端与所述电流采样电路150的输出端电连接，且所述第一坐标变换电路160的输出端与所述电流比例积分调节电路120的输入端电连接；所述第一坐标变换电路160用于将接收的三相电流i_a、i_b、i_c转换为静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β、还将静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β转换为旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d。

本实施例中，电流采样电路150采集三相逆变器140输送给电机200的三相电流i_a、i_b、i_c，并输出至第一坐标变换电路160。需要说明的是，由于三相电流i_a、i_b、i_c之间存在一定的计算关系，具体为i_a+i_b+i_c＝0，因此，电流采样电路150可只采集其中两路电流，第三路电流通过计算得到。第一坐标变换电路160将接收的三相电流i_a、i_b、i_c转换为静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β，再将静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β转换为旋转坐标下的两相正交电流i_q、i_d，其中，i_q与转矩有关，i_d与磁通有关。并将旋转坐标下的两相正交电流i_q、i_d输出至电流比例积分调节电路120，以供电流比例积分调节电路120进行比例积分调节。其中，电流采样电路150的具体结构设置可采用现有技术。

总之，电机矢量控制系统1000对电机200的控制是通过三相交流电控制的，电机矢量控制系统1000的控制(也即FOC的原理)就是通过将三相交流电进行坐标变换形成两相的直流电，并将两相的直流电从静止坐标系(三相定子坐标系)转换到同步旋转坐标系(d、q坐标系)，最后再还原成三相的交流电。i_α和i_β就是由三相交流电i_a、i_b、i_c经过坐标变换得到的两相直流电，因为矢量变换必须是直流电才能进行矢量变换，而其中的i_q和i_α是同一参数在不同坐标系下的表示，一个是直线坐标系，一个是旋转坐标系。

进一步地，请参阅图2，所述第一坐标变换电路包括：Clarke变换电路161、Park变换电路162；所述Clarke变换电路161的输入端与所述电流采样电路150的输出端电连接，所述Clarke变换电路161用于将接收的三相电流i_a、i_b、i_c转换为静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β；其中，静止坐标下的两相正交电流包括横轴电流i_α和纵轴电流i_β；所述Park变换电路162的输入端与所述Clarke变换电路161电连接，且所述Park变换电路162的输出端与所述电流比例积分调节电路120电连接，所述Park变换电路162用于将接收的静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β转化为旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d；所述第二坐标变换电路为Park逆变换电路。

本实施例中，Clarke变换电路161将电流采样电路150采集的三相电流i_a、i_b、i_c转换为静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β，并输出至Park变换电路162；Park变换电路162将静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β转化为旋转坐标下的两相正交电流i_q和i_d，并输出输出至电流比例积分调节电路120，以供电流比例积分调节电路120进行比例积分调节。Park逆变换电路将旋转坐标下的两相正交电压V_q和V_d转换为静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β，并输出至空间矢量脉宽调制电路110，由空间矢量脉宽调制电路110调制生成脉宽调制信号。其中，Clarke变换电路161、Park变换电路162及Park逆变换电路的具体结构设置均可采用现有技术。

进一步地，请参阅图2，所述电流比例积分调节电路120包括：第一比例积分调节电路121、第二比例积分调节电路122，所述第一比例积分调节电路121的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第一比例积分调节电路121的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第一比例积分调节电路121用于根据接收的旋转坐标下的交轴电流i_q和交轴电流的给定值i_q-give生成旋转坐标下的交轴电压V_q；所述第二比例积分调节电路122的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第二比例积分调节电路122的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第二比例积分调节电路122用于根据接收的旋转坐标下的直轴电流i_d和直轴电流的给定值i_d-give生成旋转坐标下的直轴电压V_d；其中，旋转坐标下的两相正交电压包括交轴电压V_q和直轴电压V_d。

本实施例中，由第一比例积分调节电路121接收Park变换电路162输出的旋转坐标下的交轴电流i_q，经第一比例积分调节电路121进行PI调节后得到旋转坐标下交轴电压V_q，并输出至Park逆变换电路，以供Park逆变换电路进行坐标转化，得到静止坐标下横轴电压V_α；由第二PI子电路接收Park变换电路162输出的旋转坐标下的直轴电流i_d，经第二PI子电路进行PI调节后得到旋转坐标下直轴电压V_d，并输出至Park逆变换电路，以供Park逆变换电路进行坐标转化，得到静止坐标下纵轴电压V_β。其中，第一比例积分调节电路121、第二比例积分调节电路122的具体结构设置均可采用现有技术。

进一步地，请参阅图2，所述空间矢量变换电路100还包括：位置速度估算电路170、速度比例积分调节电路180；所述位置速度估算电路170的输入端分别与所述Park逆变换电路的输出端和所述Clarke变换电路161的输出端电连接；所述位置速度估算电路170用于根据接收的静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β和静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β估算出电机200转速speed-cal和电机200转子位置θ(转动角度)，并将电机200转速speed-give反馈至所述电流比例积分调节电路120、将电机200转子位置θ反馈至所述Park逆变换电路和所述Park变换电路162；所述速度比例积分调节电路180的输入端与所述位置速度估算电路170的输出端电连接，且所述速度比例积分调节电路180的输出端与所述电流比例积分调节电路120的输入端电连接，所述速度比例积分调节电路180用于根据接收的电机200转速speed-cal和给定转速speed-give生成交轴电流的给定值i_q-give。

本实施例中，位置速度估算电路170可以根据静止坐标下的两相正交电压V_α和V_β和静止坐标下的两相正交电流i_α和i_β估算出电机200转子的转动角度θ和转动速度，将转动角度θ输入Park逆变换电路和Park变换电路162，以便Park逆变换电路和Park变换电路162进行坐标变化，以电角度θ为夹角，分别对i_α和i_β进行矢量分解，计算投影到q轴和d轴上的电流分量i_q和i_d；并将转动速度speed-cal输入第一比例积分调节电路121。通过设置位置速度估算电路170，可节省传感器或编码器的设置。因为旋转坐标下的交轴电流i_q与转矩有关，本实施例中，由速度比例积分调节电路180接收位置速度估算电路170检测的转速值speed-cal，并结合初始给定的转速值speed-give，经过比例积分调节后，输出一个转速值。速度比例积分调节电路180的作用是将反馈回来的电机200转速speed-cal与给定的转速speed-give进行整定，使得速度能够达到预期速度。通常，直轴电流的给定值设定为0，那么，交轴电流的给定值i_q-give就等于速度比例积分调节电路180输出的转速值。容易理解的是，FOC主要是通过对电机200电流的控制实现对电机200转矩(电流)、速度、位置的控制，通常是电流作为最内环，速度是中间环，位置作为最外环。其中，位置速度估算电路170和速度比例积分调节电路180的具体结构设置均可采用现有技术。

进一步地，请参阅图2，所述空间矢量变换电路100还包括滤波器190，所述滤波器190连接于所述三相逆变器140和所述电流采样电路150之间，所述滤波器190用于减少电流谐波。

本实施例中，在三相逆变器140和电流采样电路150之间添加一个滤波器190的目的，是为了排除电机200自身含有的谐波进入控制电路中，从而尽可能地减少电机200因谐波产生的抖动现象。这也说明电机矢量控制系统1000中的谐波是由脉宽调制过程产生的。其中，滤波器190的具体结构设置可采用现有技术。

本实用新型还提出一种洗衣机，该洗衣机包括筒体和电机矢量控制系统1000，该电机矢量控制系统1000的具体结构参照上述实施例，由于本洗衣机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，所述电机200的驱动端与所述筒体电连接。

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发明构思下，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 (9)

1.一种电机矢量控制系统，其特征在于，包括：

空间矢量脉宽调制电路，所述空间矢量脉宽调制电路用于调制生成脉宽调制信号，且脉宽调制信号的占空比为非定值；

三相逆变器，所述三相逆变器的输入端用于接入直流母线电压，所述三相逆变器的受控端与所述空间矢量脉宽调制电路的输出端电连接；所述三相逆变器用于根据所述空间矢量脉宽调制电路输出的脉宽调制信号，将输入的直流母线电压逆变为三相交流电压输出；

电机，所述电机的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接；

空间矢量变换电路，所述空间矢量变换电路的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接，且所述三相逆变器的输出端与所述空间矢量脉宽调制电路的输入端电连接；所述空间矢量变换电路用于采集所述三相逆变器输送给所述电机的三相电流，并将三相电流进行矢量变换，以供所述空间矢量脉宽调制电路调制生成脉宽调制信号；

其中，所述空间矢量脉宽调制电路包括：

扇区选择电路，所述扇区选择电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压，所述扇区选择电路用于根据静止坐标下的两相正交电压确定扇区值；

时间计算电路，所述时间计算电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值，所述时间计算电路用于根据静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值确定一个扇区内两个矢量的作用时间；

随机数发生器，所述随机数发生器用于生成随机数；

占空比和导通时间计算电路，所述占空比和导通时间计算电路的输入端与所述扇区选择电路的输出端、所述时间计算电路的输出端以及所述随机数发生器的输出端电连接；所述占空比和导通时间计算电路用于根据接收的扇区值、一个扇区内两个矢量的作用时间、开关周期及随机数确定脉宽调制信号的导通时间；以及

脉宽调制波输出电路，所述脉宽调制波输出电路的输入端与所述占空比和导通时间计算电路的输出端电连接，所述脉宽调制波输出电路用于根据接收的脉宽调制信号的导通时间调制生成脉宽调制信号。

2.如权利要求1所述的电机矢量控制系统，其特征在于，所述空间矢量变换电路包括：

电流采样电路，所述电流采样电路的输入端与所述三相逆变器的输出端电连接，所述电流采样电路用于采集所述三相逆变器输送给所述电机的三相电流；

第一坐标变换电路，所述第一坐标变换电路的输入端与所述电流采样电路的输出端电连接；所述第一坐标变换电路用于将接收的三相电流转换为静止坐标下的两相正交电流、还将静止坐标下的两相正交电流转换为旋转坐标下的两相正交电流；

电流比例积分调节电路，所述电流比例积分调节电路的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，所述电流比例积分调节电路的输入端用于输入旋转坐标下的两相正交电流、交轴电流的给定值及直轴电流的给定值，所述电流比例积分调节电路用于根据旋转坐标下的两相正交电流、交轴电流的给定值及直轴电流的给定值生成旋转坐标下的两相正交电压；其中，旋转坐标下的两相正交电流包括交轴电流和直轴电流；

第二坐标变换电路，所述第二坐标变换电路的输入端与所述电流比例积分调节电路的输出端电连接，且所述第二坐标变换电路输出端与所述空间矢量脉宽调制电路的输入端电连接，所述第二坐标变换电路用于将接收的旋转坐标下的两相正交电压转换为静止坐标下的两相正交电压。

3.如权利要求2所述的电机矢量控制系统，其特征在于，

所述第一坐标变换电路包括：

Clarke变换电路，所述Clarke变换电路的输入端与所述电流采样电路的输出端电连接，所述Clarke变换电路用于将接收的三相电流转换为静止坐标下的两相正交电流；其中，静止坐标下的两相正交电流包括横轴电流和纵轴电流；

Park变换电路，所述Park变换电路的输入端与所述Clarke变换电路电连接，且所述Park变换电路的输出端与所述电流比例积分调节电路电连接，所述Park变换电路用于将接收的静止坐标下的两相正交电流转化为旋转坐标下的两相正交电流；

所述第二坐标变换电路为Park逆变换电路。

4.如权利要求3所述的电机矢量控制系统，其特征在于，所述电流比例积分调节电路包括：

第一比例积分调节电路，所述第一比例积分调节电路的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第一比例积分调节电路的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第一比例积分调节电路用于根据接收的旋转坐标下的交轴电流和交轴电流的给定值生成旋转坐标下的交轴电压；

第二比例积分调节电路，所述第二比例积分调节电路的输入端与所述第一坐标变换电路的输出端电连接，且所述第二比例积分调节电路的输出端与所述第二坐标变换电路的输入端电连接；所述第二比例积分调节电路用于根据接收的旋转坐标下的直轴电流和直轴电流的给定值生成旋转坐标下的直轴电压；其中，旋转坐标下的两相正交电压包括交轴电压和直轴电压。

5.如权利要求4所述的电机矢量控制系统，其特征在于，所述空间矢量变换电路还包括：

位置速度估算电路，所述位置速度估算电路的输入端分别与所述Park逆变换电路的输出端和所述Clarke变换电路的输出端电连接；所述位置速度估算电路用于根据接收的静止坐标下的两相正交电压和静止坐标下的两相正交电流估算出电机转速和电机转子位置，并将电机转速反馈至所述电流比例积分调节电路、将电机转子位置反馈至所述Park逆变换电路和所述Park变换电路；

速度比例积分调节电路，所述速度比例积分调节电路的输入端与所述位置速度估算电路的输出端电连接，且所述速度比例积分调节电路的输出端与所述电流比例积分调节电路的输入端电连接，所述速度比例积分调节电路用于根据接收的电机转速和给定转速生成交轴电流的给定值。

6.如权利要求4所述的电机矢量控制系统，其特征在于，所述空间矢量变换电路还包括：

滤波器，所述滤波器连接于所述三相逆变器和所述电流采样电路之间，所述滤波器用于减少电流谐波。

7.如权利要求1所述的电机矢量控制系统，其特征在于，

所述扇区选择电路的输入端包括第一扇区选择输入端和第二扇区选择输入端，所述第一扇区选择输入端用于输入静止坐标下的横轴电压，所述第二扇区选择输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压；其中，静止坐标下的两相正交电压包括横轴电压和纵轴电压；

所述时间计算电路的输入端包括第一时间计算输入端、第二时间计算输入端、第三时间计算输入端和第四时间计算输入端，所述第一时间计算输入端用于输入静止坐标下的横轴电压，所述第二时间计算输入端用于输入静止坐标下的纵轴电压，所述第三时间计算输入端用于输入开关周期，所述第四时间计算输入端用于输入母线电压值。

8.如权利要求7所述的电机矢量控制系统，其特征在于，所述时间计算电路包括：

时间参数计算电路，所述时间参数计算电路的输入端用于输入静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值，所述时间参数计算电路用于根据静止坐标下的两相正交电压、开关周期及母线电压值确定时间参数；

作用时间计算电路，所述作用时间计算电路的输入端与所述时间参数计算电路的输出端电连接，所述作用时间计算电路用于根据接收的时间参数确定一个扇区内两个电压矢量的作用时间；以及

时间参数校正电路，所述时间参数校正电路的输入端与所述作用时间计算电路的输出端以及所述占空比和导通时间计算电路的输出端电连接，且所述时间参数校正电路的输出端与所述占空比和导通时间计算电路的输入端电连接，所述时间参数校正电路用于对接收的一个扇区内两个电压矢量的作用时间进行校正。

9.一种洗衣机，其特征在于，包括筒体以及如权利要求1至8中任一项所述的电机矢量控制系统，所述电机的驱动端与所述筒体电连接。

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