WO2005074119A1 - Procede pour commander un moteur a courant continu sans balai et son controleur - Google Patents

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WO2005074119A1
WO2005074119A1 PCT/CN2004/001552 CN2004001552W WO2005074119A1 WO 2005074119 A1 WO2005074119 A1 WO 2005074119A1 CN 2004001552 W CN2004001552 W CN 2004001552W WO 2005074119 A1 WO2005074119 A1 WO 2005074119A1
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phase
signal
voltage
current
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PCT/CN2004/001552
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Minxian Zhong
Bin He
Xiaodong Yao
Junzhong Zou
Original Assignee
Shanghai Sanden Behr Automotive A/C Co., Ltd.
East China University Of Science And Technology
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Priority to EP04802564.7A priority patent/EP1708356A4/en
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/181—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using different methods depending on the speed
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner motor control technology, and more particularly, to a controller for a brushless DC motor without a position sensor and a control method thereof. Background technique
  • the start-up operation of brushless DC motors can be generally divided into the following phases: “rotor positioning”, “synchronized synchronous acceleration operation” and “self-controlled synchronous operation”.
  • rotor positioning for the motor's operation control, for the motor
  • synchronized synchronous acceleration operation for the motor's operation control
  • self-controlled synchronous operation for the motor
  • the detection of the position of the inner rotor is very important.
  • a position sensor such as a Hall element is embedded in the motor rotor of the motor to detect the rotor position of the permanent magnet brushless motor, thereby determining the application to the permanent magnet.
  • the phase of the stator winding power supply of the brushless motor causes the magnetic field generated by the stator to drive the rotor to rotate, thereby driving the motor to rotate.
  • the position sensor is used to detect the position of the rotor, the wiring of the position sensor is numerous and complicated, and it is easy to make wiring errors. Connecting the wrong wire will cause the motor to fail to start and cause overcurrent and burn the motor. At the same time, there are too many leads in the motor, which is not conducive to the seal of the compressor. After a long period of use, the position sensor will also be shifted. At this time, the efficiency of the motor will be greatly reduced, and in serious cases, the motor will step out or burn out.
  • the position sensor mainly obtains the rotor position by detecting the induced electromotive force of the motor, when the motor is stationary or the rotation speed is very low, the induced electromotive force is small, and at this time, the position of the rotor cannot be obtained using the position sensor.
  • An object of the present invention is to provide a motor controller for measuring a rotor position without using a position sensor.
  • Another object of the present invention is to provide a method for measuring the position of a rotor without using a position sensor.
  • a brushless DC motor controller for a brushless DC motor without a position sensor includes:
  • a position detecting unit connected to the motor, detecting an actual Hall position of the motor rotor and outputting an actual position signal according to a voltage signal of the motor;
  • a current detection unit connected to the motor to detect a current and generate a current signal; a power detection unit connected to a working power source to detect a working power voltage and perform voltage conversion; a central control unit, and the position detection unit, the current detection unit, and The power source detection unit is connected to receive the actual position signal, the current signal, and the converted voltage and generate a control signal according to these signals.
  • the central control unit further includes:
  • a storage device for storing a database of motor operating parameters
  • An initialization device which initializes each component in the controller
  • the signal processing device generates a control signal as an output of the central control unit according to each signal received by the central control unit and a database of motor operating parameters;
  • a power driving control unit connected to the central control unit, receiving a control signal and generating a high-voltage electric signal according to the control signal;
  • a brushless DC motor controller provided for a brushless DC motor without a position sensor includes:
  • a position detection circuit connected to the motor, detecting an actual Hall position of the motor rotor and outputting an actual position signal according to a voltage signal of the motor;
  • a current detection circuit is connected to the motor to detect the current and generate a current signal;
  • a voltage detection circuit is connected to the working power source to detect the working power voltage and perform voltage conversion;
  • a control circuit is connected to the position detection unit, the current detection unit and the power source The detection unit is connected to receive the actual position signal, the current signal, and the converted voltage and generate a control signal according to these signals; wherein the control circuit can perform:
  • Signal processing generating a control signal as an output of the control circuit according to each signal received by the control circuit and a database of motor operating parameters;
  • a power driving control circuit connected to the control circuit, receiving a control signal and generating a high-voltage electrical signal according to the control signal;
  • the motor drive control circuit is connected to the power control circuit and the motor, and is also connected to a working power source, receives the high voltage electric signal and controls the motor to work according to the high voltage electric signal.
  • a method for controlling a brushless DC motor without a position sensor including the following steps:
  • the motor is controlled to operate according to the high-voltage electrical signal.
  • a method for controlling a brushless DC motor without a position sensor including the following steps:
  • the motor is controlled to operate according to the high-voltage electrical signal.
  • the motor operating parameter database includes the following motor operating parameters: motor operating voltage, load, spectral width of the PWM signal, conduction angle, motor speed, current vector, and phase shift.
  • the database is established using the following steps: given the motor operating voltage, the spectral width of the PWM signal, and the conduction angle, the load is adjusted step by step, the speed, current, and actual Hall position of the motor are measured according to each load, and the actual The Hall position is compared with a predetermined Hall position to obtain a phase shift.
  • the use of a position sensor is avoided, the number and complexity of the wiring outside the motor are reduced, and the sealing performance of the motor is also improved.
  • it can be accurately used in various states. Measuring the position of the motor rotor can achieve a good control of the motor's operating state.
  • Figure 1 is a functional block diagram of a brushless DC motor controller according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a circuit block diagram according to the functional block diagram shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of a central control unit in the functional block diagram shown in FIG. 1;
  • Figure 4 is a detailed circuit diagram of the control circuit in the circuit module diagram shown in Figure 2;
  • Figure 5 is a circuit diagram of the power drive control circuit in the circuit module diagram shown in Figure 2;
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a motor drive control circuit in the circuit module diagram shown in FIG. 2
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a position detection circuit in the circuit module diagram shown in FIG. 2;
  • FIG. 8 is a flowchart of a control method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a control method according to another embodiment of the present invention. detailed description
  • the present invention first establishes a parameter database of the motor operation, and then detects the voltage and current, which are always present and are closely related to the operating state of the rotor. These signals are processed to obtain information about the rotor. Location signal. For example, the position of the rotor is determined by detecting the induced electromotive force of the motor. However, in the actual environment, especially in the case of high voltage and large load, due to the presence of interference signals, the detected induced electromotive force will have edge signals. If these signals are not removed, the rotor position judgment will be wrong. As a result, there is no operation and the motor cannot work normally. Therefore, the present invention performs filtering before using these detected signals.
  • the filter is preferably a low-pass filter to remove high-frequency components.
  • the cut-off frequency of the filter can be determined by the motor operating voltage U and the PWM signal under no-load conditions.
  • the spectrum width is determined. Then, according to the data in a predetermined motor operation database, it is determined whether the current motor running status is normal, that is, whether the actual detected value is the same as the predicted value obtained from the database. According to the above detection and comparison results, a control signal is generated to adjust the running state of the motor.
  • the motor control method of the present invention it is important to have a database of motor operating parameters.
  • the database of motor operating parameters can be established before performing control. Referring to the embodiment shown in FIG. 8:
  • S 1 Establish a database of motor operating parameters.
  • the parameters related to the operation of the motor mainly include the motor operating voltage U, load P, the spectral width of the PWM signal, the conduction angle A, the motor speed, The current vector I and the phase shift Q (mainly refers to the phase difference between the measured phase and the predetermined phase).
  • the current vector I and the phase shift Q (mainly refers to the phase difference between the measured phase and the predetermined phase).
  • V S1 (U, P, W, A);
  • the above-mentioned operators Sl, S2, and S3 are all complex non-linear functional relationships, and the dynamic range of the input quantity is large. Therefore, the above functional relationship is used to express them inaccurately, and three The operator will be very complicated, so it is not practical to use functions to represent the relationship between the various parameters of the motor. Therefore, the present invention adopts a method of establishing a motor operation database, and establishes a motor rotation speed database on the basis of a large amount of experimental data.
  • the database includes each of the foregoing operation parameters, and for a specific motor operation state, it has a Corresponding parameter groups (U, P, W, A, V, I, Q), after obtaining some of the parameters, the database can be used to find other parameter values in this state.
  • the following steps are taken: Given the motor operating voltage U, the spectral width W of the PWM signal, and the conduction angle A (the conduction angle is usually a fixed value), and then gradually adjust the load P, according to each A load P measures the motor speed V, the current I and the measured phase Q, and further compares the measured phase Q with a predetermined phase Q "to obtain a phase difference Q.
  • a parameter database for the operation of the motor is established.
  • the parameters are normalized, and the normalized range is [0, 1]. Considering that the parameters of the motor change quickly during the startup phase, and the parameter changes are small after startup, so when the database is established, the parameters used during the startup phase are The interval step L is small, and the interval step taken after startup is large, which can reduce the size of the database.
  • the range of the interval step L is [0.001, 0.05].
  • the embodiment shown in FIG. 8 further includes the following steps:
  • the actual Hall position of the motor rotor is detected and the actual position signal is output.
  • the current actual position of the rotor of the motor will be measured by the voltage signal of the motor, more precisely, by four voltage signals, U-phase, V-phase, W-phase and DC bus voltage signals.
  • the U-phase voltage of the motor will be filtered by the U-phase filter circuit, divided by the U-phase voltage dividing circuit and amplified by the U-phase operational amplifier;
  • the V-phase voltage of the motor will be filtered by the V-phase filter circuit,
  • the V-phase voltage dividing circuit divides the voltage and amplifies it through a V-phase operational amplifier;
  • the W-phase voltage of the motor is filtered by a W-phase filter circuit, and the W-phase voltage dividing circuit divides the voltage and amplifies the W-phase operation amplifier;
  • the forward phases of the V-phase and W-phase operational amplifiers are connected to the voltages of each phase, and the reverse terminals are connected to another voltage signal, that is, the DC bus voltage signal.
  • an actual position signal Q of the motor rotor will be output (also called the measured phase Q,).
  • the control signal is generated based on the actual position signal, the current signal and the saved motor operating parameter database.
  • the detected signals are used to generate control signals by referring to the information in the motor operation database.
  • the database of motor operation including the operating voltage U, load P, the spectral width of the PWM signal ⁇ , the conduction angle A, the motor speed V, the current vector I, and the phase shift Q
  • the corresponding set of data constitutes a record in the database .
  • the operating voltage U and the spectral width W of the PWM signal will be given according to a predetermined start-up step.
  • the conduction angle A is a given value (generally 60 °)
  • the current vector I is the previous one. It has been measured in the steps that the phase shift Q can be calculated by the following steps:
  • the difference between the two can be obtained, that is, the phase shift Q.
  • the database is obtained Five data in one record, from which a set (or array) of records can be selected.
  • the load P in the set of records can be temporarily used as the load value of the motor, and the motor
  • the value of the speed V is output as part of the control signal to control the operation of the motor. If there is an array record, the one with the highest speed V can be selected.
  • the operation of the motor includes three phases: “rotor positioning”, “synchronous acceleration control” and “synchronous acceleration control”. The latter two operating states need to be switched. After the switching, the motor will enter "self-controlled synchronous acceleration operation”. At this time, the operation and control of the present invention are the same as those in the prior art, so the following mainly describes the invention in Steps in "rotor positioning", “synchronous acceleration acceleration” and switching process:
  • the motor speed V as high as possible is obtained. Since the motor speed V is directly related to the given PWM pulse width W, it is necessary to gradually increase the value of W.
  • the load P is estimated data, so there is an error in the control signal obtained based on the estimated load P. Therefore, in the present invention, an adaptive adjustment mechanism is added here. First, the motor is normally operated under a certain W value, and then the W value is increased.
  • a certain step can be used to gradually increase the estimated load P, and monitor the operation of the motor, and compare the monitored parameters with the motor parameters recorded in the database.
  • the wide lower motor has been able to run stably.
  • the given PWM pulse width W can be increased.
  • the speed V of the motor reaches a certain speed, it can be switched from "synchronized control operation” to "synchronized control operation". Because the accuracy of the position detection is not enough during the speed-up process of the motor, at this time Switching will cause out of step. Therefore, firstly, the speed of the motor needs to be increased through the "synchronized operation" phase.
  • the three-phase position detection signal (that is, the U-phase, V-phase, and W-phase voltage signals) rises.
  • the edges and the falling edges are evenly distributed, and the frequency of the three-phase position detection signal corresponds to the motor speed, the actual position signal obtained at this time is considered to be reliable, so it can be switched.
  • the motor After switching, the motor enters the "automatic synchronous operation" state.
  • the subsequent control is the same as in the prior art and will not be described in detail.
  • step of generating control signals can be reduced to the following three steps:
  • control signals are generated using the received signals and the database of motor operating parameters.
  • the motor After the switching is completed, the motor performs decoupling operation in the "automatic synchronous operation" state. At this time, all the operating parameters are obtained through two detection units, the position detection unit and the current detection unit. And parameters taken from the database to control. At this time, if the detection signal does not change, if the stop signal is detected, the PWM pulse width W will be changed to stop the motor. When an acceleration signal is available, the PWM pulse width W will be increased to accelerate the motor; Similarly, when there is a deceleration signal, the PWM pulse width W will be reduced to slow down the motor.
  • the position detection signal When the position detection signal jumps, it will first determine whether it is a missed or false detection signal. If so, the error flag will be increased by 1. When the error flag is accumulated to a certain number (such as 10), protection will be started. program. If it is judged that it is a transition signal of a real signal, the position detection signal can be corrected by using the above-mentioned motor operating parameter database.
  • S 16 Generate a high-voltage electrical signal according to the control signal.
  • S17. Control the motor operation according to the high voltage electric signal.
  • a motor driving device is used to control the motor according to the high-voltage electrical signal, and at least one motor driving device is used for each of the U-phase, V-phase, and W-phase circuits of the motor.
  • six control signals are generated in the step of generating the control signal; six high-voltage electrical signals are generated in the step of generating the high-voltage electrical signal according to the control signal; and the step of controlling the motor operation according to the high-voltage electrical signal includes using six Motor drive, each high voltage electric signal controls one of the motor drive.
  • FIG. 9 illustrates one such embodiment.
  • the flowchart includes the following steps:
  • FIG. 1 is a functional block diagram of the controller 100, which includes:
  • the position detection unit 104 is connected to the motor 102 and detects the actual Hall position of the motor rotor according to the voltage signal of the motor 102 and outputs the actual position signal. As described in the previous method, the position detection unit 104 calculates the current actual position of the motor rotor through four voltage signals, U-phase, V-phase, W-phase, and DC bus voltage signals. In the above four voltage signals, The U-phase voltage of the motor will be filtered by the U-phase filter circuit, divided by the U-phase voltage divider circuit and amplified by the U-phase operational amplifier; the V-phase voltage of the motor will be filtered by the V-phase filter circuit, and divided by the V-phase voltage divider circuit.
  • the current detection unit 106 is connected to the motor 102 and detects a current and generates a current signal.
  • the unit 106 detects 4 currents of DC bus current, U-phase current, V-phase current and W-phase current as a group of current signals and outputs them.
  • the power source detection unit 108 is connected to the working power source 122 and detects the voltage of the working power source 122 and performs voltage conversion.
  • the voltage of the working power source 122 is 300V
  • the voltage output to the central control unit 110 after being converted by the power detecting unit 108 is 0-3V.
  • the central control unit 110 is connected to the position detection unit 104, the current detection unit 106, and the power detection unit 108, and receives the actual position signal, the current signal, and the converted voltage and generates a control signal according to these signals.
  • the central control unit 110 further Including, see Figure 3:
  • the storage device 114 stores a database of motor operating parameters; the saved database of motor operating parameters includes the following motor operating parameters: motor operating voltage U, load P, spectral width W of the PWM signal, conduction angle A, motor speed, current vector I And phase shift Q.
  • the motor operation parameter database is established by the following steps: given the motor working voltage U, the frequency spectrum width W of the PWM signal, and the conduction angle A, the load P is adjusted step by step, and the motor speed V, current I and actual pressure are measured according to each load And then comparing the actual Hall position Q 'and the predetermined Hall position Q "to obtain a phase shift Q.
  • the database can also be established by referring to the aforementioned step S11.
  • An initialization device 116 which initializes each component in the controller
  • the signal processing device 118 according to each signal received by the central control unit and the motor operation
  • the transfer parameter database generates control signals as the output of the central control unit.
  • a phase shift calculation device that calculates a phase shift based on the actual position signal and a predetermined position signal
  • a switching device for switching the operating state of the motor
  • Each signal and the motor operating parameter database generate a control signal as a control signal generating device output by the central control unit.
  • the central control unit 110 mainly performs the following functions:
  • the system When the system is powered on, set an arbitrary initial state. First, give a small PWM pulse width W and keep it constant for a period of time. During this period, detect the current value I If the current value exceeds 3 times the rated current value (the rated current value is a predetermined value), then the size of the PWM pulse width W is changed so that the detected current I is reduced. Keeping this state for a period of time makes the rotor position of the motor become the corresponding value of the initial state. In this process, the PWM pulse width W is generally 2% -5%. This process is called “rotor positioning", that is, the position of the rotor is placed in an initial position.
  • the data will be collected according to the steps described above and the control signals for the motor will be generated to control the motor.
  • the motor speed V is directly related to the given PWM pulse width W, it is necessary to gradually increase the value of W.
  • the load P is estimated data, so there is an error in the control signal obtained based on the estimated load P. Therefore, in the present invention, an adaptive adjustment mechanism is added here. First, the motor is normally operated under a certain W value, and then the W value is increased.
  • a certain step length can be used to gradually increase the inferred load P and monitor the operation of the motor, and compare the monitored parameters with the motor parameters recorded in the database.
  • the parameters (7 data) exactly match a set of data recorded in the database, it is considered that the motor can already run stably under this PWM pulse width.
  • the given PWM pulse width W can be increased.
  • the information collection and the generation of the control signal at each moment may include the following steps: generating the control signal by referring to the information in the motor operation database by using the detected signal.
  • the spectrum width of the working voltage U, load P, and PWM signals is included.
  • Degree W, conduction angle A, motor speed, current vector I and phase shift Q, and a corresponding set of data constitutes a record in the database.
  • the operating voltage U and the spectral width W of the PWM signal will be given according to a predetermined start-up step.
  • the conduction angle A is a given value (generally 60 °), and the current vector I is in the previous one.
  • phase shift Q can be calculated by the following steps: According to the actual position Q measured in the previous step, and the predetermined phase Q "(the predetermined phase can also be given), both can be obtained The difference between them is the phase shift Q. In this way, five data in one record in the database are obtained, and a group (or array) of records can be selected. At this time, the load in the group of records can be selected. P is temporarily used as the load value of the motor, and the value of the motor speed V is output as a part of the control signal to control the operation of the motor. If there is an array record, the one with the highest speed V can be selected.
  • the central control unit 110 switches the control motor from "synchronized control operation" to "self-controlled control operation". Because the position detection The accuracy is not enough, so switching at this time will cause out of step. Therefore, firstly, the speed of the motor needs to be increased through the "synchronized operation" phase.
  • the three-phase position detection signal (that is, the U-phase, V-phase, and W-phase voltage signals) rises.
  • the edges and the falling edges are evenly distributed, and the frequency of the three-phase position detection signal corresponds to the motor speed, the actual position signal obtained at this time is considered to be reliable, so it can be switched.
  • the motor enters the "automatic control synchronous operation" state.
  • the subsequent control is the same as in the prior art, and will not be described in detail.
  • the central control circuit 108 controls the motor to perform the decoupling operation in the "automatic synchronous operation" state.
  • all operating parameters are obtained through two detection units, a position detection unit and a current detection unit. No longer rely on the given parameters and parameters taken from the database for control.
  • the PWM pulse width W will be changed to stop the motor.
  • the PWM pulse width W will be increased to accelerate the motor; Similarly, when there is a deceleration signal, the PWM pulse width W will be reduced to slow down the motor.
  • the position detection signal jumps, it will first determine whether it is a missed or falsely detected signal.
  • the error flag will be incremented by 1. After a certain number (such as 10) is accumulated, the protection program will be started. If it is determined that the signal is a transition signal of the real signal, the position detection signal may be corrected by using the above-mentioned motor operating parameter database.
  • the central control unit 110 is further connected to an input / output device, which will be further described in conjunction with FIG. 2.
  • the central control unit described in FIG. 3 is also connected to the central control unit power supply 109.
  • the controller 100 further includes a power driving control unit 112, which is connected to the central control unit 110 and receives a control signal and generates a high-voltage electric signal according to the control signal.
  • the power driving control unit 112 includes: a power driving device 124 connected to the central control unit 110, receiving a control signal, generating a high-voltage electrical signal according to the control signal and outputting it to the motor driving control circuit 112; and the power driving control The power source 126 is connected to the power driving device 124.
  • the motor drive control unit 114 is connected to the power drive control unit 112 and the motor 102, and is also connected to a working power source 122 to receive a high voltage electric signal and control the work of the motor 102 according to the high voltage electric signal.
  • the motor drive control unit 114 includes a plurality of motor drive devices 128, and at least one motor drive device of each of the U-phase, V-phase, and W-phase circuits of the motor is connected; the motor drive device 128 receives a high-voltage electrical signal and drives the motor Several motor drive devices are also connected to the working power source 122.
  • the motor drive control unit 114 described below with reference to FIG. 2 includes six motor drive devices 128, and the power drive control unit 112 outputs six high-voltage electric signals, and each high-voltage electric signal controls one motor drive device 124.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram according to the functional block diagram shown in FIG. 1.
  • the motor controller 200 shown in FIG. 2 is used for a brushless DC motor without a position sensor, and includes:
  • the position detection circuit 204 is connected to the motor 202, and detects the actual Hall position of the motor rotor according to the voltage signal of the motor 202 and outputs the actual position signal.
  • FIG. 7 for a detailed circuit diagram of the position detection circuit 204 in the present invention. Including:
  • U-phase filter circuits R4 and C2 U-phase voltage-dividing circuits R3 and R4, U-phase operational amplifier Ul, and the voltage of the U-phase (SU in Figure 2) of the motor is filtered by the U-phase filter circuit and divided by the U-phase voltage-dividing circuit.
  • Input to the positive input terminal of the U-phase operational amplifier, and the output terminal of the U-phase operational amplifier is connected to the control chip 210;
  • V-phase filter circuits R6 and C3, V-phase voltage divider circuits R5 and R6, V-phase operational amplifier U2, and the V-phase voltage of the motor (SV in Fig. 2) is filtered by the V-phase filter circuit and divided by the V-phase voltage divider circuit.
  • Input to the positive input of the V-phase operational amplifier, and the output of the V-phase operational amplifier is connected to the control chip 210;
  • W-phase filter circuit R8 and C4 W-phase voltage divider circuit R7 and R8, W-phase operational amplifier U3, the W-phase voltage of the motor (SW in Figure 2) is filtered by the W-phase filter circuit, and the W-phase voltage divider circuit divides the voltage and inputs To the positive input terminal of the W-phase operational amplifier, the output terminal of the W-phase operational amplifier is connected to the control chip 210;
  • the reverse input terminals of the U-phase, V-phase, and W-phase operational amplifiers are connected to a DC voltage.
  • the DC voltage is input from the DC bus, and is input to the reverse terminal of the operational amplifier after being divided by R1 and R2.
  • the controller 200 further includes a current detection circuit 206 connected to the motor 202 to detect a current and generate a current signal; the current detection circuit 206 detects a DC bus current, a U-phase current, a V-phase current, and a W-phase current 4 Currents are output as a set of current signals.
  • the voltage detection circuit 208 is connected to the working power source 216, and detects the working power voltage and performs voltage conversion.
  • the working power supply 216 is a 300V working power supply 17, and the converted working voltage is converted into an analog signal of 0-3V.
  • the control circuit 210 is connected to the position detection unit 204, the current detection unit 206, and the power detection unit 208, and receives an actual position signal, a current signal, and a converted voltage and generates a control signal according to these signals.
  • the control circuit 210 can perform: Saving a database of motor operating parameters; initializing components in the controller; and signal processing, generating a control signal as an output of the control circuit according to each signal received by the control circuit and the database of motor operating parameters, wherein the step of signal processing further includes Calculate the phase shift between the actual position signal and the predetermined position signal; switch the running state of the motor; and use the received signals and the motor operating parameter database to generate control signals based on the current running state of the motor as the output of the central control unit.
  • the control circuit 210 is a DSP chip. As can be seen with reference to FIG. 4, its pins CAP4, CAP5, and CAP6 are used to receive the outputs of the three operational amplifiers of the position detection circuit 204. DSP The AD0, AD1, and AD2 ports of the chip 210 are used to receive current detection signals from the current detection circuit 204. The AD3 port of the DSP chip 210 is used to receive the converted 0-3V analog signal. There are totally six control signals generated, which are output from the PWM1-PWM6 pins of the DSP chip 210 respectively. In this embodiment, the control circuit further includes a 10 interface 218, which provides an outward 10 operation. In the circuit shown in FIG. 4, the control circuit further includes a control circuit power source 219.
  • the motor operating parameter database stored by the control circuit 210 includes the following motor operating parameters: motor operating voltage U, load P, spectral width of the PWM signal ⁇ , conduction angle A, motor speed V, current vector I, and phase shift Q.
  • the motor operating parameter database is established using the following steps: Given the motor working voltage U, the frequency spectrum width W of the PWM signal, and the conduction angle A, adjust the load P step by step, and measure the motor speed V, current I, and actual pressure according to each load. And then comparing the actual Hall position Q 'and the predetermined Hall position Q "to obtain a phase shift Q.
  • the database can also be established by referring to the aforementioned step S11.
  • the control circuit 210 mainly implements the following functions:
  • the system When the system is powered on, set an arbitrary initial state. First, give a small PWM pulse width W and keep it constant for a period of time. During this period, detect the current value I If the current value exceeds 3 times the rated current value (the rated current value is a predetermined value), then the size of the PWM pulse width W is changed so that the detected current I is reduced. Keeping this state for a period of time makes the rotor position of the motor become the corresponding value of the initial state. In this process, the PWM pulse width W is generally 2% -5%. This process is called “rotor positioning", that is, the position of the rotor is placed in an initial position.
  • the "synchronized operation of controlling the motor" is controlled.
  • the data will be collected according to the steps described above, and then the control signals for controlling the motor will be generated to control the motor.
  • the highest possible motor speed V Since the motor speed V is directly related to the given PWM pulse width W, it is necessary to gradually increase the value of W.
  • the load P is estimated data, so there is an error in the control signal obtained based on the estimated load P. Therefore, in the present invention, an adaptive adjustment mechanism is added here. First, the motor is normally operated under a certain W value, and then the W value is increased.
  • the estimated load P is gradually increased, and the operation of the motor is monitored, and the monitored parameters are compared with the motor parameters recorded in the database.
  • a set of parameters (7 data) is monitored and recorded in the database
  • a set of data completely matches, it is considered that the motor can already run stably under the PWM pulse width.
  • the given PWM pulse width W can be increased.
  • the information collection and control signal generation at each time may include the following steps: Use the detected signals to generate control signals by referring to the information in the motor operation database.
  • the motor operation database it includes the operating voltage U, load P, the spectral width W of the PWM signal, the conduction angle A, the motor speed V, the current vector I, and the phase shift Q.
  • the corresponding set of data constitutes a record in the database .
  • the operating voltage U and the spectral width W of the PWM signal will be given according to a predetermined start-up step.
  • the conduction angle A is a given value (generally 60 °), and the current vector I is in the previous one.
  • phase shift Q can be calculated by the following steps: According to the actual position Q measured in the previous step, and the predetermined phase Q "(the predetermined phase can also be given), both can be obtained The difference between them is the phase shift Q. In this way, five data in one record in the database are obtained, and a group (or array) of records can be selected. At this time, the load in the group of records can be selected. P is temporarily used as the load value of the motor, and the value of the motor speed V is output as a part of the control signal to control the operation of the motor. If there is an array record, the one with the highest speed V can be selected.
  • the control circuit 210 switches the control motor from "synchronized control operation" to "self-controlled control operation". Because the position detection is accurate during the speed increase of the motor, Insufficient degree, so the switching will cause step loss. Therefore, firstly, the speed of the motor needs to be increased through the "synchronized operation" phase.
  • the three-phase position detection signal (that is, the U-phase, V-phase, and W-phase voltage signals) rises. When the edges and the falling edges are evenly distributed, and the frequency of the three-phase position detection signal corresponds to the motor speed, the actual position signal obtained at this time is considered to be reliable, so it can be switched. After switching, the motor enters the "automatic synchronous operation" state. The subsequent control is the same as in the prior art and will not be described in detail.
  • the control circuit 210 controls the motor in the "automatic synchronous operation" state.
  • the state is decoupled.
  • all operating parameters are obtained through two detection units, a position detection unit and a current detection unit, and no longer rely on the given parameters and parameters taken from the database for control.
  • the PWM pulse width W will be changed to stop the motor.
  • the PWM pulse width W will be increased to accelerate the motor; Similarly, when there is a deceleration signal, the PWM pulse width W will be reduced to slow down the motor.
  • the position detection signal jumps, it will first determine whether it is a missed or falsely detected signal.
  • the error flag will be increased by 1.
  • the error flag is accumulated to a certain number (such as 10), protection will be started. program. If it is determined that the signal is a transition signal of the real signal, the position detection signal may be corrected by using the above-mentioned motor operating parameter database.
  • the controller 200 further includes a power driving control circuit 212, which is connected to the control circuit 210, receives a control signal and generates a high-voltage electrical signal according to the control signal.
  • a power driving control circuit 212 which specifically includes:
  • the power driving chip 220 is connected to the central processing unit chip 210 and receives control signals.
  • the PWM1 to PWM6 pins of the DSP chip 210 output control signals.
  • the six pins PU, NU, PV on the power driving chip 220 , NV, PE, NW respectively receive, and generate high-voltage electric signal according to the control signal and output it to the motor drive control circuit; when outputting, use the power to drive the pin on the other side of the chip 220, but its name is the same as the receiving pin Yes, it is still PU, NU, PV, NV, PE, NW.
  • the power driving control circuit power source 222 is connected to the power driving chip 220 and is a 15V power source.
  • the motor driving control circuit 214 is connected to the power control circuit 212 and the motor 202, and is also connected to a working power source 216, receives a high-voltage electric signal and controls the motor 202 to work according to the high-voltage electric signal.
  • the specific circuit of the motor drive control circuit 214 can be referred to FIG. 6 and includes several power drive modules.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase circuits of the motor are each connected to one or more power drive modules.
  • the power drive module receives high-voltage power. Signal and drive the motor; several power modules are also connected to the working power supply.
  • the motor drive control circuit 214 includes six power drive modules.
  • the control circuit 212 outputs six high-voltage electrical signals which are respectively received by the six pins PU, NU, PV, NV, PE, NW of the motor drive control circuit 214 (different from the pins on the power drive chip 210, but with the same name), each A high-voltage electric signal controls a power drive module.
  • the output pins U, V, and W of the motor drive control circuit 214 are respectively connected to the U-phase, V-phase, and W-phase of the motor for control.
  • the use of a position sensor is avoided, the number and complexity of the wiring outside the motor are reduced, and the sealing performance of the motor is also improved.
  • it can be accurately used in various states. Measuring the position of the motor rotor can achieve a good control of the motor's operating state.

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Description

无刷直流电机控制方法及控制器 相关申请
本申请要求申请号为 200310124504.6 , 题为 "空调电动压缩机控制器" 的中国发明专利申请的优先权， 上述专利申请递交于 2003年 12月 30 日， 上述专利申请的全部权利转让给本申请的受让人并被全文引用以供参考。 技术领域
本发明涉及空调电机控制技术， 更具体地说， 涉及一种无位置传感器 的无刷直流电机的控制器及其控制方法。 背景技术
无刷直流电机的启动运行一般可以分为如下几个阶段： "转子定位" 、 "他控同步加速运行" 和 "自控同步运行" ， 在这个过程中， 对于电机的 运转控制来说， 对于电机内转子位置的检测是很重要的， 在现有技术中， 是通过在电机的电机转子内埋设霍尔元件等类型的位置传感器来检测永磁 无刷电机的转子位置， 从而确定施加给永磁无刷电机的定子绕组电源的相 位， 使定子产生的磁场驱动转子转动， 从而驱动电机转动。 目前， 由于使 用位置传感器来检测转子的位置， 而位置传感器的接线多而且复杂， 容易 出现接线错误， 接错线会导致电机无法启动并会引起过流而烧毁电机。 同 时， 电机的引线较多也不利于压缩机的密封， 在长期使用后， 还会引起位 置传感器发生偏移， 此时电机的效率将大为降低， 严重时会导致电机失步 或烧毁。 同时， 由于位置传感器主要是通过检测电机的感应电动势来获得 转子的位置的， 当电机静止或者转速很低的时候， 感应电动势很小， 此时 使用位置传感器就无法获得转子的位置。
通过上面的分析可知， 使用位置传感器并非是一种好的方法， 并且，
- 1 - 确认本 以位置传感器为基础的现有技术中的电机控制方法来也存在明显的缺陷， 就是对于静止及低速状态时的控制效果不佳。 于是， 就需要一种新的电机 控制方法及控制器， 能够不使用位置传感器来测定转子的位置并且根据测 得的数据控制电机的运行。 发明内容
本发明的一个目的是提供一种不使用位置传感器而测定转子位置的电 机控制器。
本发明的另一目的是提供一种不使用位置传感器而测定转子位置的方 法。
根据本发明的一个方面， 提供一种无刷直流电机控制器， 用于无位置 传感器的无刷直流电机， 包括：
位置检测单元， 连接到所述电机， 根据所述电机的电压信号检测所述 电机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号；
电流检测单元， 连接到所述电机， 检测电流并产生电流信号； 电源检测单元， 连接到工作电源， 检测工作电源电压并进行电压转换； 中央控制单元， 与所述位置检测单元、 电流检测单元和电源检测单元 相连， 接收所述实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据这些信 号产生控制信号； 其中， 所述中央控制单元进一步包括：
存储装置， 保存电机运转参数数据库；
初始化装置， 初始化所述控制器中的各部件；
信号处理装置， 根据中央控制单元接收的各个信号以及电机运转 参数数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出；
功率驱动控制单元， 与所述中央控制单元相连， 接收控制信号并根据 控制信号产生高压电信号；
电机驱动控制单元， 与所述功率控制单元和所述电机相连， 还连接到 工作电源， 接收所述高压电信号并根据高压电信号控制电机工作。 根据本发明的另一方面， 提供一种无刷直流电机控制器， 用于无位置 传感器的无刷直流电机， 包括：
位置检测电路， 连接到所述电机， 根据所述电机的电压信号检测所述 电机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号；
电流检测电路， 连接到所述电机， 检测电流并产生电流信号； 电压检测电路， 连接到工作电源， 检测工作电源电压并进行电压转换； 控制电路， 与所述位置检测单元、 电流检测单元和电源检测单元相连， 接收所述实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据这些信号产生 控制信号； 其中， 所述控制电路能进行：
保存电机运转参数数据库；
初始化控制器中的各部件；
信号处理， 根据控制电路接收的各个信号以及电机运转参数数据 库生成控制信号作为控制电路的输出；
功率驱动控制电路， 与所述控制电路相连， 接收控制信号并根据控制 信号产生高压电信号；
电机驱动控制电路， 与所述功率控制电路和所述电机相连， 还连接到 工作电源， 接收所述高压电信号并根据高压电信号控制电机工作。
根据本发明的又一方面， 提供一种对无位置传感器的无刷直流电机进 行控制的方法， 包括以下步骤：
建立电机运转参数数据库并进行保存；
初始化所述控制器中的各个部件；
根据电机的电压信号检测所述电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号；
检测所述电机的电流并产生电流信号；
根据所述实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号；
根据控制信号产生高压电信号； 根据高压电信号控制电机工作。
根据本发明的又一方面， 还提供一种对无位置传感器的无刷直流电机 进行控制的方法， 包括以下步骤：
导入一电机运转参数数据库并进行保存；
初始化控制器中的各个部件；
根据电机的电压信号检测所述电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号；
检测所述电机的电流并产生电流信号；
根据所述实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号；
根据控制信号产生高压电信号；
根据高压电信号控制电机工作。
根据本发明， 所述的电机运转参数数据库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压、 负载、 PWM信号的频谱宽度、 导通角、 电机转速、 电流向 量和相移。 并且， 该数据库采用如下的步骤建立： 给定电机工作电压、 PWM 信号的频谱宽度和导通角， 逐步调整负载、 根据每一个负载测定电机的转 速、 电流和实际霍尔位置， 并进一步将实际霍尔位置和预定霍尔位置进行 比较后得到相移。
采用了本发明的技术方案后， 避免了使用位置传感器， 减少了电机外 的接线数量和复杂度， 还改善了电机的密封性， 同时， 根据本发明的技术 方案， 可以在各种状态下准确测量电机转子的位置， 可实现对于电机运行 状态的良好控制。 附图说明
图 1是按照本发明的实施例的无刷直流电机控制器的功能框图;
图 2是按照图 1所示的功能框图的电路模块图；
图 3是图 1所示的功能框图中中央控制单元的详细框图； 图 4是图 2所示的电路模块图中的控制电路的详细电路图； 图 5是图 2所示的电路模块图中功率驱动控制电路的电路图;
图 6是图 2所示的电路模块图中电机驱动控制电路的电路图； 图 7是图 2所示的电路模块图中位置检测电路的电路图；
图 8是按照本发明的一个实施例的控制方法的流程图；
图 9是按照本发明的另一个实施例的控制方法的流程图。 具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的技术方案。
首先介绍一下本发明的基本发明原理， 本发明的首先建立电机运转的 参数数据库， 之后通过检测电压及电流等始终存在并且和转子的运转状态 紧密相关的信号， 将这些信号进行处理后得到关于转子位置的信号。 比如 通过检测电机的感应电动势来确定转子的位置。 但是在实际的环境中， 特 别是高电压大负载的情况下， 由于存在干扰信号， 因此检测到的感应电动 势会出现边缘信号， 如果不除去这些信号， 就会使得对转子的位置判断出 现错误， 从而导致无操作而使电机不能正常工作。 因此， 本发明在使用这 些检测的信号之前先进行滤波， 使用滤波器最好是低通滤波器来滤去高频 分量， 滤波器的截止频率可由空载情况下电机工作电压 U及 PWM信号的 频谱宽度来确定。 然后， 根据预先确定的电机运行数据库中的数据来确定 目前电机的运行状况是否正常， 即实测的检测值是否与从数据库中得到的 预测值相同。 根据上面的检测和比对的结果， 产生控制信号来调整电机的 运行状态。
对于本发明的电机控制方法来说， 具有一个电机运转参数数据库是很 重要的， 电机运转参数数据库可以在进行控制之前首先建立， 参考图 8所 示的实施例：
S 1 1. 建立电机运行参数数据库。 与电机运行相关的参数主要包括电机 工作电压 U、 负栽 P、 PWM信号的频谱宽度 、 导通角 A、 电机转速 、 电流向量 I和相移 Q (主要是指实测的相位和预定的相位之间的相位差） ， 理论上， 上述的各个参数之间存在如下的关系式， 存在三个算子 Sl、 S2、 S3 , 通过这三个算子 Sl、 S2和 S3可以建立如下的函数关系
V=S1 ( U, P， W, A ) ；
I=S2 ( U, P, W, A ) ；
Q=S3 ( U, P， W, A ) ；
其中电流 I是可以用一个矩阵表示， 1=[11 , 12, 13， 14] , II， 12， 13 , 14分别为电机上直流母线、 U相、 V相和 W相的电流。 但是在实际的操作 中， 上述的算子 Sl、 S2和 S3都是复杂的非线性函数关系， 而且输入量的 动态范围很大， 所以使用上述的函数关系式来表示很不精确， 并且三个算 子会非常的复杂， 所以使用函数来表示电机各个参数之间的关系在实际操 作中并不实用。 于是， 本发明就采取建立电机运转数据库的方式， 在大量 实验数据的基础上建立电机转动速据库， 该数据库中包括了上述的各个运 转参数，并且对于某一特定的电机运转状态，具有一组相对应的参数组（U、 P、 W、 A、 V、 I、 Q ) ， 在获得了其中的部分参数之后， 可以利用该数据 库来查找该状态下的其它参数值。 在建立该数据库时， 釆取下述的步骤： 给定电机工作电压 U、 PWM信号的频谱宽度 W和导通角 A (导通角通常 为一个定值），之后逐步调整负载 P、根据每一个负载 P测定电机的转速 V、 电流 I和实测相位 Q， ， 并进一步将实测相位 Q， 和预定相位 Q"进行比较 后得到相位差 Q。 从而建立起电机运行的参数数据库。 之后对上述的参数 进行归一化处理， 归一的范围为 [0， 1]。 考虑到电机在启动阶段的参数变化 较快， 而启动之后参数变化比较小， 因此在建立数据库的时候， 在启动阶 段采用的间隔步长 L较小， 而启动后取的间隔步长较大， 这样可以减小数 据库的大小， 间隔步长 L的取值范围为 [0.001 , 0.05]。
在建立了上述的数据库后， 就可利用上述建立的数据库来控制电机的 运行， 图 8所示的实施例中还包括以下的步骤：
S12. 初始化控制器中的各个部件。 具体的初始化细节将在下面结合图 1和图 2进一步详细描述。
513. 根据电机的电压信号检测电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号。 在该步骤中， 将通过电机的电压信号， 更确切地说， 是通过 4路 电压信号， U相、 V相、 W相和直流母线电压信号来测算电机转子的当前 实际位置。 在上述的 4路电压信号中， 电机的 U相电压将经 U相滤波电路 滤波、 U相分压电路分压后并经 U相运算放大器放大； 电机的 V相电压经 V相滤波电路滤波、 V相分压电路分压后并经 V相运算放大器放大； 而电 机的 W相电压经 W相滤波电路滤波、 W相分压电路分压后并经 W相运算 放大器放大； 上述的 U相、 V相和 W相运算放大器的正向端接各相电压， 反向端接另一路电压信号即直流母线电压信号。 最终， 在该步骤中将输出 一个电机转子的实际位置信号 Q， （也称为实测相位 Q， ) 。
514. 检测电机的电流并产生电流信号。 相对应于电机运转数据库中的 电流信号 （为一个包括 4个向量的矩阵） 。 该步骤中检测电机的电流并产 生电流信号的步骤中同样检测直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W相 电流 4个电流作为一组电流信号输出。
515. 根据实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号。 在该步骤中， 利用检测得到的信号参照电机运转数据库中的信 息来产生控制信号。在电机运转数据库中， 包括工作电压 U、 负载 P、 PWM 信号的频谱宽度\ 、 导通角 A、 电机转速 V、 电流向量 I和相移 Q， 相对 应的一组数据构成数据库中的一个记录。 在产生控制信号的过程中， 工作 电压 U、 PWM信号的频谱宽度 W将按照预定的启动步骤给定， 导通角 A 是一个给定的值（一般是 60° ) , 电流向量 I在前一个步骤中已经测得， 相 移 Q可以通过下述的步骤计算：
根据前一个步骤中测得的实际位置 Q， ， 以及预定的相位 Q" (预定相 位也是可以给定的） 就能够得到两者之间的差异， 即相移 Q。 这样， 就得 到了数据库中一个记录中的 5个数据， 由此可以挑选出一组（或者是数组） 记录， 此时， 可将该组记录中的负载 P暂时作为电机的负载值， 将其电机 转速 V的值作为控制信号的一部分输出以控制电机的运行。 如果具有数组 记录的话， 可以选择其中转速 V最大的一个。
需要理解， 上述描述的过程只是对于一个特定时刻对数据的处理情况， 对于电机的运转过程来说， 是一个不断釆集数据、 处理并调整的过程， 可 以理解为上述的步骤需要反复地进行， 并进行参数的适当调整。
前面已经说过， 电机的运行包括 "转子定位" 、 "他控同步加速运行" 和 "自控同步加速运行" 三个阶段。 后两种运行状态之间需要进行切换， 在进行切换之后， 电机就会进入 "自控同步加速运行" ， 此时本发明的运 行以及控制均和现有技术中相同，所以下面主要描述本发明在 "转子定位"、 "他控同步加速运行" 阶段以及切换过程中的步骤：
在系统上电开始的时候， 设定一任意的初始状态， 首先给定一个较小 的 PWM脉宽 W并且保持一段时间不变， 在此期间检测电流值 I的大小， 如果电流值超过了额定电流值的 3倍（额定电流值是一个预定值） ， 则改 变 PWM脉宽 W的大小， 使得检测到的电流 I减小。 保持这种状态一段时 间， 使得电机的转子位置变成初始状态的对应值， 在这一过程中， PWM的 脉宽 W—般为 2%-5%。 该过程就成为 "转子定位" ， 即是将转子的位置放 置到一个初始的位置上。
之后， 就进入了 "他控同步加速运行" 的阶段， 在此阶段中， 将根据 前面所描述的步骤釆集数据并进而产生控制电机的控制信号来实现对电机 的控制。 要达到的目的时得到尽可能高的电机转速 V, 由于电机转速 V和 给与的 PWM脉冲宽度 W直接相关， 因此需要逐渐增加 W的值。 参考前面 的分析， 负载 P是推测得到的数据， 因此基于推测的负载 P得到的控制信 号是存在误差的。 于是， 本发明中此处增加了自适应调节机制， 首先在一 定的 W值下使电机正常运转之后再增加 W的值。 对于给定的 W值， 可以 一定的步长来逐步地增加推测的负载 P， 并监测电机的运行情况， 并把监测 得到的参数和记录在数据库中的电机参数进行比较， 当监测的一组参数（7 个数据） 与记录在数据库中的一组数据完全相匹配时， 认为在该 PWM脉 宽下电机已经能够稳定地运行。 此时， 可以增加给定的 PWM脉宽 W。 在电机的转速 V达到一定的转速时， 就可以进行切换， 从 "他控同步 运行" 切换到 "自控同步运行" ， 由于在电机提速的过程中， 对于位置检 测的准确度不够， 因此此时切换会造成失步现象。 所以， 首先需要通过 "他 控同步运行" 阶段来提高电机的转速， 当电机的实际位置信号符合如下的 条件时： 三相位置检测信号 （即 U相、 V相、 W相的电压信号）上升沿和 下降沿均运分布时， 并且三相位置检测信号的频率与电机转速相对应时， 认为此时得到的实际位置信号已经是可靠的， 所以可以进行切换。 切换之 后， 电机进入 "自控同步运行" 状态， 之后的控制和现有技术中是相同的， 就不再详细描述了。
归纳起来说， 产生控制信号这个步骤可以归结为下述三个步骤：
5151. 根据实际位置信号和预定位置信号计算相移；
5152. 根据电机的当前运行参数切换电机的运行状态；
5153. 结合电机的当前运行状态， 使用接收的各个信号以及电机运转 参数数据库生成控制信号。
在完成了切换之后， 电机在 "自控同步运行" 状态就进行解耦运转， 此时， 所有的运行参数都是通过两个检测单元， 位置检测单元和电流检测 单元来获得， 不再依靠给定的参数以及取自数据库中的参数来进行控制。 此时， 在检测信号没有跳变的情况下， 如果检测到停机信号， 会改变 PWM 的脉宽 W来使电机停止运转； 当有加速信号时， 会增加 PWM的脉宽 W来 让电机加速； 类似的， 在有减速信号时， 会减小 PWM的脉宽 W来让电机 减速。
当出现位置检测信号的跳变时， 会首先判断是否为漏检或者虛检的信 号， 如果是的话则将错误标志加 1 , 当错误标志累计到一定的数量 （比如 10 ) 之后， 将启动保护程序。 如果判断是真实信号的跳变信号， 则可以利 用上述的电机运转参数数据库来对位置检测信号进行修正。
S 16. 根据控制信号产生高压电信号。 S17. 根据高压电信号控制电机工作。 使用电机驱动装置来根据高压电 信号控制电机， 对于电机的 U相、 V相和 W相电路各使用至少一个电机驱 动装置来进行。 在这个实施例中， 产生控制信号的步骤中产生 6个控制信 号； 根据控制信号产生高压电信号的步骤中产生 6个高压电信号； 而根据 高压电信号控制电机工作的步骤中包括使用六个电机驱动装置， 每一个高 压电信号控制其中一个电机驱动装置。
上述步骤将在电机运行期间重复进行， 以控制电机的运行状况。
图 8所述的方法中， 首先是建立一个电机运转参数数据库， 根据本发 明的另一个实施例， 也可以首先导入一个已经建立好的电机运转参数数据 库， 图 9示出了一个这样的实施例的流程图， 包括以下步骤：
521. 导入一电机运转参数数据库并进行保存；
522. 初始化控制器中的各个部件；
523. 根据电机的电压信号检测电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号；
524. 检测电机的电流并产生电流信号；
525. 根据实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号；
526. 根据控制信号产生高压电信号；
527. 根据高压电信号控制电机工作。
该实施例中的其它步骤都与图 8 所示的实施例相同， 所以就不再详细 地说明。
下面介绍一个按照按照本发明的无刷直流电机控制器的具体实施例， 参考图 1 , 图 1是该控制器 100的功能框图， 其包括：
位置检测单元 104， 连接到电机 102， 根据电机 102的电压信号检测电 机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号。 和前面的方法中所描述的一 样， 位置检测单元 104是通过 4路电压信号， U相、 V相、 W相和直流母 线电压信号来测算电机转子的当前实际位置。 在上述的 4路电压信号中， 电机的 U相电压将经 U相滤波电路滤波、 U相分压电路分压后并经 U相运 算放大器放大； 电机的 V相电压经 V相滤波电路滤波、 V相分压电路分压 后并经 V相运算放大器放大； 而电机的 W相电压经 W相滤波电路滤波、 W相分压电路分压后并经 W相运算放大器放大； 上述的 U相、 V相和 W 相运算放大器的正向端接各相电压， 反向端接另一路电压信号即直流母线 电压信号。 最终， 在该步骤中将输出一个电机转子的实际位置信号 Q， （也 称为实测相位 Q， ） 。 具体电路将结合附图 7进一步详细说明。
电流检测单元 106， 连接到电机 102， 检测电流并产生电流信号。 该单 元 106检测直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W相电流 4个电流作为 一组电流信号输出。
电源检测单元 108, 连接到工作电源 122， 检测工作电源 122的电压并 进行电压转换。 在该实施例中， 工作电源 122的电压是 300V, 而经电源检 测单元 108转换后输出到中央控制单元 110的电压是 0-3V。
中央控制单元 110， 与位置检测单元 104、 电流检测单元 106和电源检 测单元 108相连， 接收实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据 这些信号产生控制信号； 其中， 中央控制单元 110进一步包括， 参考图 3 可见：
存储装置 114，保存电机运转参数数据库； 所保存的电机运转参数 数据库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压 U、 负载 P、 PWM信 号的频谱宽度 W、 导通角 A、 电机转速 、 电流向量 I和相移 Q。 该 电机运转参数数据库采用如下的步骤建立：给定电机工作电压 U、PWM 信号的频谱宽度 W和导通角 A， 逐步调整负载 P、 根据每一个负载测 定电机的转速 V、 电流 I和实际霍尔位置 Q'， 并进一步将实际霍尔位 置 Q'和预定霍尔位置 Q"进行比较后得到相移 Q。 该数据库也可以参照 前述的步骤 S11来建立。
初始化装置 116， 初始化控制器中的各部件；
信号处理装置 118，根据中央控制单元接收的各个信号以及电机运 转参数数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出。 信号处理装置
118又可以进一步细分为下述三个装置：根据实际位置信号和预定位置 信号计算相移的相移计算装置； 用于切换电机的运行状态的切换装置； 和根据电机的当前运行状态使用接收的各个信号以及电机运转参数数 据库生成控制信号作为中央控制单元的输出的控制信号生成装置。 中央控制单元 110主要完成以下的功能：
首先控制电机的 "转子定位" ， 在系统上电开始的时候， 设定一任意 的初始状态， 首先给定一个较小的 PWM脉宽 W并且保持一段时间不变， 在此期间检测电流值 I的大小， 如果电流值超过了额定电流值的 3倍 （额 定电流值是一个预定值） ， 则改变 PWM脉宽 W的大小， 使得检测到的电 流 I 减小。 保持这种状态一段时间， 使得电机的转子位置变成初始状态的 对应值，在这一过程中， PWM的脉宽 W—般为 2%-5%。该过程就成为 "转 子定位" ， 即是将转子的位置放置到一个初始的位置上。
之后是控制电机的 "他控同步运行" ， 在此阶段中， 将根据前面所描 述的步骤采集数据并进而产生控制电机的控制信号来实现对电机的控制。 要达到的目的时得到尽可能高的电机转速 V, 由于电机转速 V 和给与的 PWM脉冲宽度 W直接相关， 因此需要逐渐增加 W的值。参考前面的分析， 负载 P是推测得到的数据， 因此基于推测的负载 P得到的控制信号是存在 误差的。 于是， 本发明中此处增加了自适应调节机制， 首先在一定的 W值 下使电机正常运转之后再增加 W的值。 对于给定的 W值， 可以一定的步 长来逐步地增加推测的负载 P,并监测电机的运行情况，并把监测得到的参 数和记录在数据库中的电机参数进行比较， 当监测的一组参数（7个数据） 与记录在数据库中的一组数据完全相匹配时， 认为在该 PWM 脉宽下电机 已经能够稳定地运行。 此时， 可以增加给定的 PWM脉宽 W。
其中， 对于每一个时刻的信息采集以及控制信号的生成， 可包括如下 的步骤： 利用检测得到的信号参照电机运转数据库中的信息来产生控制信 号。 在电机运转数据库中， 包括工作电压 U、 负载 P、 PWM信号的频谱宽 度 W、 导通角 A、 电机转速 、 电流向量 I和相移 Q， 相对应的一组数据 构成数据库中的一个记录。 在产生控制信号的过程中， 工作电压 U、 PWM 信号的频谱宽度 W将按照预定的启动步骤给定，导通角 A是一个给定的值 (一般是 60° )， 电流向量 I在前一个步骤中已经测得， 相移 Q可以通过下 述的步骤计算： 根据前一个步骤中测得的实际位置 Q， ， 以及预定的相位 Q" (预定相位也是可以给定的） 就能够得到两者之间的差异， 即相移 Q。 这样， 就得到了数据库中一个记录中的 5个数据， 由此可以挑选出一组（或 者是数组）记录， 此时， 可将该组记录中的负载 P暂时作为电机的负载值， 将其电机转速 V的值作为控制信号的一部分输出以控制电机的运行。 如果 具有数组记录的话， 可以选择其中转速 V最大的一个。
在电机的转速 V达到一定的转速时， 就可以进行切换， 中央控制单元 1 10将控制电机从 "他控同步运行" 切换到 "自控同步运行" ， 由于在电机 提速的过程中， 对于位置检测的准确度不够， 因此此时切换会造成失步现 象。 所以， 首先需要通过 "他控同步运行" 阶段来提高电机的转速， 当电 机的实际位置信号符合如下的条件时： 三相位置检测信号（即 U相、 V相、 W相的电压信号） 上升沿和下降沿均运分布时， 并且三相位置检测信号的 频率与电机转速相对应时， 认为此时得到的实际位置信号已经是可靠的， 所以可以进行切换。 切换之后， 电机进入 "自控同步运行" 状态， 之后的 控制和现有技术中是相同的， 就不再详细描述了。
在完成了切换之后， 中央控制电路 108就控制电机在 "自控同步运行" 状态就进行解耦运转， 此时， 所有的运行参数都是通过两个检测单元， 位 置检测单元和电流检测单元来获得， 不再依靠给定的参数以及取自数据库 中的参数来进行控制。 此时， 在检测信号没有跳变的情况下， 如果检测到 停机信号， 会改变 PWM的脉宽 W来使电机停止运转； 当有加速信号时， 会增加 PWM的脉宽 W来让电机加速； 类似的， 在有减速信号时， 会减小 PWM的脉宽 W来让电机减速。 当出现位置检测信号的跳变时， 会首先判 断是否为漏检或者虚检的信号， 如果是的话则将错误标志加 1 , 当错误标志 累计到一定的数量 （比如 10 )之后， 将启动保护程序。 如果判断是真实信 号的跳变信号， 则可以利用上述的电机运转参数数据库来对位置检测信号 进行修正。 在该实施例中， 中央控制单元 1 10还连接一输入输出装置， 这 将结合图 2进行进一步的说明， 图 3 中所述的中央控制单元还连接中央控 制单元电源 109。
回到图 1， 该控制器 100还包括功率驱动控制单元 112， 与中央控制单 元 1 10相连， 接收控制信号并根据控制信号产生高压电信号。 在该实施例 中， 功率驱动控制单元 112包括： 功率驱动装置 124， 与中央控制单元 110 相连， 接收控制信号， 根据控制信号生成高压电信号并输出到电机驱动控 制电路 1 12; 以及功率驱动控制电源 126 , 与功率驱动装置 124相连。
电机驱动控制单元 114， 与功率驱动控制单元 112和电机 102相连，还 连接到工作电源 122， 接收高压电信号并根据高压电信号控制电机 102 工 作。 在该实施例中， 电机驱动控制单元 1 14包括数个电机驱动装置 128 , 电 机的 U相、 V相和 W相电路各至少一个电机驱动装置相连； 电机驱动装置 128接收高压电信号并驱动电机； 数个电机驱动装置还与工作电源 122相 连。 特别的， 下面结合图 2所要描述的电机驱动控制单元 1 14包括六个电 机驱动装置 128 , 功率驱动控制单元 112输出六路高压电信号，每一路高压 电信号控制一个电机驱动装置 124。
图 2所示的是按照图 1所示的功能框图的电路模块图， 图 2所示的电 机控制器 200， 用于无位置传感器的无刷直流电机， 包括：
位置检测电路 204 , 连接到电机 202， 根据电机 202的电压信号检测电 机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号。 本发明中位置检测电路 204 的详细电路图可参考图 7。 包括：
U相滤波电路 R4和 C2、 U相分压电路 R3和 R4、 U相运算放大 器 Ul， 电机的 U相 （图 2中的 SU ) 电压通过 U相滤波电路滤波、 U 相分压电路分压后输入到 U相运算放大器的正向输入端， U相运算放 大器的输出端连接到控制芯片 210; V相滤波电路 R6和 C3、 V相分压电路 R5和 R6、 V相运算放大 器 U2， 电机的 V相电压 （图 2中的 SV )通过 V相滤波电路滤波、 V 相分压电路分压后输入到 V相运算放大器的正向输入端， V相运算放 大器的输出端连接到控制芯片 210;
W相滤波电路 R8和 C4、 W相分压电路 R7和 R8、 W相运算放大 器 U3 , 电机的 W相电压 （图 2中 SW )通过 W相滤波电路滤波、 W 相分压电路分压后输入到 W相运算放大器的正向输入端， W相运算放 大器的输出端连接到控制芯片 210;
U相、 V相和 W相运算放大器的反向输入端接直流电压， 直流电 压从直流母线输入， 经过 R1和 R2分压后输入到个运算放大器的反向 端。
回到图 2 , 本控制器 200还包括， 电流检测电路 206， 连接到电机 202 , 检测电流并产生电流信号； 电流检测电路 206检测直流母线电流、 U相电 流、 V相电流和 W相电流 4个电流作为一组电流信号输出。
电压检测电路 208 , 连接到工作电源 216 , 检测工作电源电压并进行电 压转换。 在该实施例中， 工作电源 216为 300V的工作电源 17 , 经转换后 的工作电压转换为 0—3V的模拟信号。
控制电路 210， 与位置检测单元 204、 电流检测单元 206和电源检测单 元 208相连， 接收实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据这些 信号产生控制信号； 其中， 控制电路 210 能进行： 保存电机运转参数数据 库； 初始化所述控制器中的各部件； 以及信号处理， 根据控制电路接收的 各个信号以及电机运转参数数据库生成控制信号作为控制电路的输出， 其 中， 信号处理的步骤进一步包括根据实际位置信号和预定位置信号计算相 移； 切换电机的运行状态； 以及根据电机的当前运行状态， 使用接收的各 个信号以及电机运转参数数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出。
在该实施例中，控制电路 210为 DSP芯片，参考图 4可见，其引脚 CAP4、 CAP5、 CAP6用来接收位置检测电路 204的三个运算放大器的输出。 DSP 芯片 210的 AD0、 AD1和 AD2端口用来接收电流检测电路 204的电流检测 信号。 而 DSP芯片 210的 AD3端口用于接收经转换后的 0—3V的模拟信 号。最终生成的控制信号共有六路，分别从 DSP芯片 210的 PWM1— PWM6 引脚输出。 在该实施例中， 控制电路还包括 10接口 218， 提供向外的 10 操作。 在图 4所示的电路中， 控制电路还包括控制电路电源 219。
控制电路 210保存的电机运转参数数据库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压 U、 负载 P、 PWM信号的频谱宽度\ 、 导通角 A、 电机转速 V、 电流向量 I和相移 Q。 该电机运转参数数据库采用如下的步骤建立： 给 定电机工作电压 U、PWM信号的频谱宽度 W和导通角 A，逐步调整负载 P、 根据每一个负载测定电机的转速 V、 电流 I和实际霍尔位置 Q'， 并进一步 将实际霍尔位置 Q'和预定霍尔位置 Q"进行比较后得到相移 Q。 该数据库也 可以参照前述的步骤 S11来建立。
控制电路 210主要实现以下的功能：
首先控制电机的 "转子定位" ， 在系统上电开始的时候， 设定一任意 的初始状态， 首先给定一个较小的 PWM脉宽 W并且保持一段时间不变， 在此期间检测电流值 I的大小， 如果电流值超过了额定电流值的 3倍 （额 定电流值是一个预定值） , 则改变 PWM脉宽 W的大小， 使得检测到的电 流 I 减小。 保持这种状态一段时间， 使得电机的转子位置变成初始状态的 对应值，在这一过程中， PWM的脉宽 W—般为 2%-5%。该过程就成为 "转 子定位" ， 即是将转子的位置放置到一个初始的位置上。
之后是控制电机的 "他控同步运行" ， 在此阶段中， 将根据前面所描 述的步骤采集数据并进而产生控制电机的控制信号来实现对电机的控制。 要达到的目的时得到尽可能高的电机转速 V, 由于电机转速 V 和给与的 PWM脉冲宽度 W直接相关， 因此需要逐渐增加 W的值。参考前面的分析， 负载 P是推测得到的数据， 因此基于推测的负载 P得到的控制信号是存在 误差的。 于是， 本发明中此处增加了自适应调节机制， 首先在一定的 W值 下使电机正常运转之后再增加 W的值。 对于给定的 W值， 可以一定的步 长来逐步地增加推测的负载 P，并监测电机的运行情况， 并把监测得到的参 数和记录在数据库中的电机参数进行比较， 当监测的一组参数（7个数据） 与记录在数据库中的一组数据完全相匹配时， 认为在该 PWM脉宽下电机 已经能够稳定地运行。 此时， 可以增加给定的 PWM脉宽 W。
其中， 对于每一个时刻的信息采集以及控制信号的生成， 可包括如下 的步骤： 利用检测得到的信号参照电机运转数据库中的信息来产生控制信 号。 在电机运转数据库中， 包括工作电压 U、 负载 P、 PWM信号的频谱宽 度 W、 导通角 A、 电机转速 V、 电流向量 I和相移 Q， 相对应的一组数据 构成数据库中的一个记录。 在产生控制信号的过程中， 工作电压 U、 PWM 信号的频谱宽度 W将按照预定的启动步骤给定，导通角 A是一个给定的值 (一般是 60° )， 电流向量 I在前一个步骤中已经测得， 相移 Q可以通过下 述的步骤计算： 根据前一个步骤中测得的实际位置 Q， ， 以及预定的相位 Q" (预定相位也是可以给定的） 就能够得到两者之间的差异， 即相移 Q。 这样， 就得到了数据库中一个记录中的 5个数据， 由此可以挑选出一组（或 者是数组）记录， 此时， 可将该组记录中的负载 P暂时作为电机的负载值， 将其电机转速 V的值作为控制信号的一部分输出以控制电机的运行。 如果 具有数组记录的话， 可以选择其中转速 V最大的一个。
在电机的转速 V达到一定的转速时， 就可以进行切换， 控制电路 210 将控制电机从 "他控同步运行" 切换到 "自控同步运行" ， 由于在电机提 速的过程中， 对于位置检测的准确度不够， 因此此时切换会造成失步现象。 所以， 首先需要通过 "他控同步运行" 阶段来提高电机的转速， 当电机的 实际位置信号符合如下的条件时： 三相位置检测信号 （即 U相、 V相、 W 相的电压信号） 上升沿和下降沿均运分布时， 并且三相位置检测信号的频 率与电机转速相对应时， 认为此时得到的实际位置信号已经是可靠的， 所 以可以进行切换。 切换之后， 电机进入 "自控同步运行" 状态， 之后的控 制和现有技术中是相同的， 就不再详细描述了。
在完成了切换之后， 控制电路 210就控制电机在 "自控同步运行" 状 态就进行解耦运转， 此时， 所有的运行参数都是通过两个检测单元， 位置 检测单元和电流检测单元来获得， 不再依靠给定的参数以及取自数据库中 的参数来进行控制。 此时， 在检测信号没有跳变的情况下， 如果检测到停 机信号， 会改变 PWM的脉宽 W来使电机停止运转； 当有加速信号时， 会 增加 PWM的脉宽 W来让电机加速；类似的，在有减速信号时，会减小 PWM 的脉宽 W来让电机减速。 当出现位置检测信号的跳变时， 会首先判断是否 为漏检或者虚检的信号，如果是的话则将错误标志加 1， 当错误标志累计到 一定的数量 （比如 10 )之后， 将启动保护程序。 如果判断是真实信号的跳 变信号， 则可以利用上述的电机运转参数数据库来对位置检测信号进行修 正。
再回到图 2 , 该控制器 200还包括功率驱动控制电路 212 , 与控制电路 210相连，接收控制信号并根据控制信号产生高压电信号。 功率驱动控制电 路 212的具体电路参考图 5， 具体包括：
功率驱动芯片 220， 与中央处理器芯片 210相连， 接收控制信号， 该实施例中， DSP芯片 210的 PWM1—PWM6引脚输出控制信号由功 率驱动芯片 220上的六个引脚 PU、 NU、 PV、 NV、 PE、 NW分别接收， 并根据控制信号生成高压电信号并输出到电机驱动控制电路； 输出时， 使用该功率驱动芯片 220 另一侧的引脚， 但是其名称和接收引脚是一 样的， 仍然为 PU、 NU、 PV、 NV、 PE、 NW。
功率驱动控制电路电源 222 , 与功率驱动芯片 220相连， 为一个 15V的电源。
电机驱动控制电路 214， 与功率控制电路 212和电机 202相连，还连接 到工作电源 216 ,接收高压电信号并根据高压电信号控制电机 202工作。 电 机驱动控制电路 214的具体电路可参考图 6所示， 包括数个功率驱动模块， 电机的 U相、 V相和 W相电路各与一个或多个功率驱动模块相连； 功率驱 动模块接收高压电信号并驱动电机； 数个功率模块还与工作电源相连。 在 该实施例中， 电机驱动控制电路 214 包括六个功率驱动模块， 功率驱动控 制电路 212输出六路高压电信号分别由电机驱动控制电路 214的六个引脚 PU、 NU、 PV、 NV、 PE、 NW (不同于功率驱动芯片 210上的引脚， 只是 名称相同）接收， 每一路高压电信号控制一个功率驱动模块。 电机驱动控 制电路 214的输出引脚 U、 V、 W分别连接到电机的 U相、 V相和 W相进 行控制。
采用了本发明的技术方案后， 避免了使用位置传感器， 减少了电机外 的接线数量和复杂度， 还改善了电机的密封性， 同时， 根据本发明的技术 方案， 可以在各种状态下准确测量电机转子的位置， 可实现对于电机运行 状态的良好控制。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的， 熟 悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下， 对上述实施例做 出种种修改或变化， 因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限， 而应 该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

权利要求
1. 一种无刷直流电机控制器， 用于无位置传感器的无刷直流电机， 其 特征在于， 包括：
位置检测单元， 连接到所述电机， 根据所述电机的电压信号检测所述 电机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号；
电流检测单元， 连接到所述电机， 检测电流并产生电流信号； 电源检测单元， 连接到工作电源， 检测工作电源电压并进行电压转换； 中央控制单元， 与所述位置检测单元、 电流检测单元和电源检测单元 相连， 接收所述实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据这些信 号产生控制信号； 其中， 所述中央控制单元进一步包括：
存储装置， 保存电机运转参数数据库；
初始化装置， 初始化所述控制器中的各部件；
信号处理装置， 根据中央控制单元接收的各个信号以及电机运转参数 数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出；
功率驱动控制单元， 与所述中央控制单元相连， 接收控制信号并根据 控制信号产生高压电信号；
电机驱动控制单元， 与所述功率控制单元和所述电机相连， 还连接到 工作电源， 接收所述高压电信号并根据高压电信号控制电机工作。
2. 如权利要求 1所述的控制器， 其特征在于， 所述电机运转参数数据 库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压、 负载、 PWM信号的频谱宽度、 导通角、 电机转速、 电流向量和相移。
3. 如权利要求 2所述的控制器， 其特征在于， 所述电机运转参数数据 库采用如下的步骤建立： 给定电机工作电压、 PWM信号的频谱宽度和导通 角， 逐步调整负载、 根据每一个负载测定电机的转速、 电流和实际霍尔位 置， 并进一步将实际霍尔位置和预定霍尔位置进行比较后得到相移。
4. 如权利要求 3所述的控制器， 其特征在于， 所述信号处理装置进一 步包括：
相移计算装置， 根据实际位置信号和预定位置信号计算相移； 切换装置， 用于切换电机的运行状态；
控制信号生成装置， 根据电机的当前运行状态， 使用接收的各个信号 以及电机运转参数数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出。
5. 如权利要求 4所述的控制器，其特征在于， 所述位置检测单元包括： U相滤波电路、 U相分压电路和 U相运算放大器， 所述电机的 U相电 压通过所述 U相滤波电路滤波、所述 U相分压电路分压后输入到所述 U相 运算放大器的正向输入端， 所述 U相运算放大器的输出端连接到所述中央 控制单元；
V相滤波电路、 V相分压电路和 V相运算放大器， 所述电机的 V相电 压通过所述 V相滤波电路滤波、所述 V相分压电路分压后输入到所述 V相 运算放大器的正向输入端， 所述 V相运算放大器的输出端连接到所述中央 控制单元；
W相滤波电路、 W相分压电路和 W相运算放大器， 所述电机的 W相 电压通过所述 W相滤波电路滤波、 所述 W相分压电路分压后输入到所述 W相运算放大器的正向输入端，所述 W相运算放大器的输出端连接到所述 中央控制单元；
所述 U相、 V相和 W相运算放大器的反向输入端接直流电压。
6. 如权利要求 4所述的控制器， 其特征在于， 所述电流检测单元检测 直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W相电流 4个电流作为一组电流信 号输出。
7. 如权利要求 1所述的控制器， 其特征在于， 所述中央控制单元还包 括输入输出装置。
8. 如权利要求 1所述的控制器， 其特征在于， 所述功率驱动控制单元 包括：
功率驱动装置， 与所述中央控制单元相连， 接收所述控制信号， 根据 所述控制信号生成所述高压电信号并输出到所述电机驱动控制电路；
功率驱动控制电源， 与所述功率驱动装置相连。
9. 如权利要求 1所述的控制器， 其特征在于， 所述电机驱动控制单元 包括：
数个电机驱动装置， 所述电机的 U相、 V相和 W相电路各至少一个电 机驱动装置相连； 电机驱动装置接收高压电信号并驱动电机； 所述数个电 机驱动装置还与工作电源相连。
10. 如权利要求 9所述的控制器， 其特征在于， 所述电机驱动控制单 元包括六个电机驱动装置， 所述功率驱动控制单元输出六路高压电信号， 每一路高压电信号控制一个电机驱动装置。
1 1. 一种无刷直流电机控制器， 用于无位置传感器的无刷直流电机， 其特征在于， 包括：
位置检测电路， 连接到所述电机， 根据所述电机的电压信号检测所述 电机转子的实际霍尔位置并输出实际位置信号；
电流检测电路， 连接到所述电机， 检测电流并产生电流信号； 电压检测电路， 连接到工作电源， 检测工作电源电压并进行电压转换; 控制电路， 与所述位置检测单元、 电流检测单元和电源检测单元相连， 接收所述实际位置信号、 电流信号和经转换后的电压并根据这些信号产生 控制信号； 其中， 所述控制电路能进行：
保存电机运转参数数据库；
初始化所述控制器中的各部件；
信号处理， 根据控制电路接收的各个信号以及电机运转参数数据 库生成控制信号作为控制电路的输出；
功率驱动控制电路， 与所述控制电路相连， 接收控制信号并根据控制 信号产生高压电信号；
电机驱动控制电路， 与所述功率控制电路和所述电机相连， 还连接到 工作电源， 接收所述高压电信号并根据高压电信号控制电机工作。
12. 如权利要求 11所述的控制器， 其特征在于， 所述电机运转参数数 据库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压、 负载、 PWM信号的频谱宽 度、 导通角、 电机转速、 电流向量和相移。
13. 如权利要求 12所述的控制器， 其特征在于， 所述电机运转参数数 据库采用如下的步骤建立： 给定电机工作电压、 PWM信号的频谱宽度和导 通角， 逐步调整负载、 根据每一个负载测定电机的转速、 电流和实际霍尔 位置， 并进一步将实际霍尔位置和预定霍尔位置进行比较后得到相移。
14. 如权利要求 13所述的控制器， 其特征在于， 所述控制电路进行的 信号处理进一步包括：
相移计算， 根据实际位置信号和预定位置信号计算相移；
切换， 用于切换电机的运行状态；
控制信号生成， 根据电机的当前运行状态， 使用接收的各个信号以及 电机运转参数数据库生成控制信号作为中央控制单元的输出。
15. 如权利要求 14所述的控制器， 其特征在于， 所述位置检测电路包 括：
U相滤波电路、 U相分压电路和 U相运算放大器， 所述电机的 U相电 压通过所述 U相滤波电路滤波、所述 U相分压电路分压后输入到所述 U相 运算放大器的正向输入端， 所述 U相运算放大器的输出端连接到所述中央 控制单元；
V相滤波电路、 V相分压电路和 V相运算放大器， 所述电机的 V相电 压通过所述 V相滤波电路滤波、所述 V相分压电路分压后输入到所述 V相 运算放大器的正向输入端， 所述 V相运算放大器的输出端连接到所述中央 控制单元；
W相滤波电路、 W相分压电路和 W相运算放大器， 所述电机的 W相 电压通过所述 W相滤波电路滤波、 所述 W相分压电路分压后输入到所述 W相运算放大器的正向输入端，所述 W相运算放大器的输出端连接到所述 中央控制单元；
所述 U相、 V相和 W相运算放大器的反向输入端接直流电压。
16. 如权利要求 14所述的控制器， 其特征在于， 所述电流检测电路检 测直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W相电流 4个电流作为一组电流 信号输出。
17. 如权利要求 11所述的控制器， 其特征在于， 所述控制电路还包括 I/O接口。
18. 如权利要求 11所述的控制器， 其特征在于， 所述功率驱动控制单 元包括：
功率驱动装置， 与所述中央控制单元相连， 接收所述控制信号， 根据 所述控制信号生成所述高压电信号并输出到所述电机驱动控制电路； 功率驱动控制电源， 与所述功率驱动装置相连。
19. 如权利要求 11所述的控制器， 其特征在于， 所述电机驱动控制电 路包括：
数个电机驱动装置， 所述电机的 U相、 V相和 W相电路各至少一个电 机驱动装置相连； 电机驱动装置接收高压电信号并驱动电机； 所述数个电 机驱动装置还与工作电源相连。
20. 如权利要求 19所述的控制器， 其特征在于， 所述电机驱动控制电 路包括六个电机驱动装置， 所述功率驱动控制单元输出六路高压电信号， 每一路高压电信号控制一个电机驱动装置。
21. 一种对无位置传感器的无刷直流电机进行控制的方法， 包括以下 步骤：
建立电机运转参数数据库并进行保存；
初始化控制器中的各个部件；
根据电机的电压信号检测所述电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号；
检测所述电机的电流并产生电流信号；
根据所述实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号；
根据控制信号产生高压电信号；
根据高压电信号控制电机工作。
22. 如权利要求 21所述的方法， 其特征在于， 所述电机运转参数数据 库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压、 负载、 PWM信号的频谱宽度、 导通角、 电机转速、 电流向量和相移。
23. 如权利要求 22所述的方法， 其特征在于， 所述电机运转参数数据 库采用如下的步骤建立： 给定电机工作电压、 PWM信号的频谱宽度和导通 角， 逐步调整负载、 根据每一个负载测定电机的转速、 电流和实际霍尔位 置， 并进一步将实际霍尔位置和预定霍尔位置进行比较后得到相移。
24. 如权利要求 23所述的方法， 其特征在于， 所述产生控制信号的步 骤进一步包括：
根据实际位置信号和预定位置信号计算相移；
根据电机的当前运行参数切换电机的运行状态；
结合电机的当前运行状态， 使用接收的各个信号以及电机运转参数数 据库生成控制信号。
25. 如权利要求 24所述的方法， 其特征在于， 所述检测电机转子的实 际霍尔位置并输出实际位置信号的步骤进一步包括：
电机的 U相电压经 U相滤波电路滤波、 U相分压电路分压后并经 U相 运算放大器放大；
电机的 V相电压经 V相滤波电路滤波、 V相分压电路分压后并经 V相 运算放大器放大；
电机的 W相电压经 W相滤波电路滤波、 W相分压电路分压后并经 W 相运算放大器放大；
其中， 所述 U相、 V相和 W相运算放大器的正向端接各相电压， 反向 端接直流电压。
26. 如权利要求 24所述的方法， 其特征在于， 所述检测所述电机的电 流并产生电流信号的步骤中检测直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W 相电流 4个电流作为一组电流信号输出。
27. 如权利要求 21所述的方法， 其特征在于， 所述根据高压电信号控 制电机工作的步骤中进一步包括：
使用电机驱动装置来根据高压电信号控制电机， 对于电机的 U相、 V 相和 W相电路各使用至少一个电机驱动装置来进行。
28. 如权利要求 27所述的方法， 其特征在于， 所述产生控制信号的步 骤中产生 6个控制信号；所述根据控制信号产生高压电信号的步骤中产生 6 个高压电信号； 而所述根据高压电信号控制电机工作的步骤中包括使用六 个电机驱动装置， 每一个高压电信号控制其中一个电机驱动装置。
29. 一种对无位置传感器的无刷直流电机进行控制的方法， 包括以下 步驟：
导入一电机运转参数数据库并进行保存；
初始化控制器中的各个部件；
根据电机的电压信号检测所述电机转子的实际霍尔位置并输出实际位 置信号；
检测所述电机的电流并产生电流信号；
根据所述实际位置信号、 电流信号和保存的电机运转参数数据库产生 控制信号；
根据控制信号产生高压电信号；
根据高压电信号控制电机工作。
30. 如权利要求 29所述的方法， 其特征在于， 所述被导入的电机运转 参数数据库包括如下的电机运行参数： 电机工作电压、 负载、 PWM信号的 频谱宽度、 导通角、 电机转速、 电流向量和相移。
3 1. 如权利要求 30所述的方法， 其特征在于， 所述产生控制信号的步 骤进一步包括：
根据实际位置信号和预定位置信号计算相移；
根据电机的当前运行参数切换电机的运行状态；
结合电机的当前运行状态， 使用接收的各个信号以及电机运转参数数 据库生成控制信号。
32. 如权利要求 31所述的方法， 其特征在于， 所述检测电机转子的实 际霍尔位置并输出实际位置信号的步骤进一步包括：
电机的 U相电压经 U相滤波电路滤波、 U相分压电路分压后并经 U相 运算放大器放大；
电机的 V相电压经 V相滤波电路滤波、 V相分压电路分压后并经 V相 运算放大器放大；
电机的 W相电压经 W相滤波电路滤波、 W相分压电路分压后并经 W 相运算放大器放大；
其中， 所述 U相、 V相和 W相运算放大器的正向端接各相电压， 反向 端接直流电压。
33. 如权利要求 31所述的方法， 其特征在于， 所述检测所述电机的电 流并产生电流信号的步骤中检测直流母线电流、 U相电流、 V相电流和 W 相电流 4个电流作为一组电流信号输出。
34. 如权利要求 29所述的方法， 其特征在于， 所述根据高压电信号控 制电机工作的步骤中进一步包括：
使用电机驱动装置来根据高压电信号控制电机， 对于电机的 U相、 V 相和 W相电路各使用至少一个电机驱动装置来进行。
35. 如权利要求 34所述的方法， 其特征在于， 所述产生控制信号的步 骤中产生 6个控制信号；所述根据控制信号产生高压电信号的步骤中产生 6 个高压电信号； 而所述根据高压电信号控制电机工作的步骤中包括使用六 个电机驱动装置， 每一个高压电信号控制其中一个电机驱动装置。
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