專利名稱：一種直流無刷電機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無刷電機(jī)及電子控制換相技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直流無刷電機(jī)的控 制方法。
背景技術(shù)：
以三相直流無刷電機(jī)為例說明其控制原理如圖1所示，直流無刷驅(qū)動(dòng)器包括電 源部及控制部電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。電源 部可以直接以直流電輸入或以交流電輸入(110V/220V)，如果輸入是交流電先經(jīng)轉(zhuǎn)換器 (AC-DCconverter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈繞組前須 先將直流電由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器(inverter) —般由 6個(gè)功率晶體管(Ql Q6)分為上臂(Ql、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機(jī)作為控制 流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及 換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。直流無刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以 穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器 (hall-sensor)，做為速度之閉環(huán)回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前 所在位置，然后依照定子繞線決定開啟或關(guān)閉換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如 下圖1中inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下 臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵 相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組 信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電 機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。基本上功率晶體管的開法可舉例如下AH、BL — 組一AH、CL 一組一BH、CL 一組一BH、AL 一組一CH、AL 一組一CH、BL 一組很明顯在圖1的 無刷電機(jī)一個(gè)周期需要換相六次，每次分別接通不同的線圈繞組:W、V — W、U — V、U — V、 W — U、W — U、V。目前，直流無刷電機(jī)可以根據(jù)客戶要求的條件下運(yùn)行，例如恒速、恒力矩、恒功率 等條件下，電機(jī)控制器利用閉環(huán)控制可以使電機(jī)按預(yù)設(shè)條件下穩(wěn)定運(yùn)行，例如，要求直流無刷電機(jī)以1200轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)控制器使電機(jī)以1200轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行后即進(jìn)入一個(gè)穩(wěn) 定的狀態(tài)。傳統(tǒng)的電機(jī)換相是通過專門測量單元測量轉(zhuǎn)子位置來實(shí)現(xiàn)，測量單元可以是霍爾 傳感器或者測量線圈繞組的反電動(dòng)勢，但在安裝霍爾傳感器的位置誤差或者測量單元的電 子元器件的精度問題，往往測量到轉(zhuǎn)子的換相位置不是最合適的換相位置，從而使各相繞 組的工作電流過大，能耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種直流無刷電機(jī)控制方法，在電機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)后，以 最小的相電流值運(yùn)行，節(jié)約電能，提高效率。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，轉(zhuǎn)子位置檢測單 元向電機(jī)控制單元發(fā)出換相信號(hào)，電機(jī)控制單元提前或者延遲一定的補(bǔ)償電角度α n進(jìn)行 換相，記錄并比較每次用不同補(bǔ)償電角度an的情況下的相電流值In，得到在該穩(wěn)態(tài)工作 條件時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角am，然后使電機(jī)以最佳補(bǔ)償角a m提前或 者延遲換相。 上述所述在該穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m可以通過 如下方法得到SOl 電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)控制單元正 常換相，通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流IO ；S02 確定在該穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的最小補(bǔ)償電角度Δ α ；S03:通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子正常換相位置時(shí)，提前或者延遲一 個(gè)補(bǔ)償電角度△ α換相；通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流Il ；比較 IO和Il相電流值可知是提前還是延時(shí)換相；S04:按最小補(bǔ)償電角度單位Δ α累計(jì)增加補(bǔ)償電角度ηΔ α (η = 2,3,4, ···)， 根據(jù)步驟S03確定的提前或者延時(shí)換相關(guān)系，在通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子 正常換相位置時(shí)，提前或者延遲該補(bǔ)償電角度ηΔ α換相；通過電流檢測電路檢測每次改 變補(bǔ)償電角度值后的電機(jī)定子的平均相電流In，比較用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流 值In，尋找到最小相電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m。上述所述的穩(wěn)態(tài)是電機(jī)在特定控制要求下的運(yùn)行狀態(tài)，可以是恒速運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、可 以恒力矩運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、或者是恒功率運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)。上述所述對(duì)于單相直流無刷電機(jī)，所述的換相信號(hào)是指電流換向信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)在電機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)后，通過追蹤電機(jī)換相 時(shí)的最小的相電流值運(yùn)行對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角，使電機(jī)以最佳補(bǔ)償角am提前或者延遲在換 相或者換向，使線圈繞組工作電流處于最小值，從而節(jié)約電能，降低運(yùn)行成本。


圖1是直流無刷電機(jī)的運(yùn)行原理圖；圖2是本發(fā)明的流程圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的換相電角度示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例二的電路原理圖。具體實(shí)施方法下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖2所示，本發(fā)明的一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工 作后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元向電機(jī)控制單元發(fā)出換相信號(hào)，電機(jī)控制單元提前或者延遲一定的補(bǔ)償電角度進(jìn)行換相，記錄并比較每次用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流值In，得到 在該穩(wěn)態(tài)工作條件時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m，然后使電機(jī)以最佳補(bǔ)償 角am提前或者延遲換相。上述所述在該穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m可以通過 如下方法得到S01 電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)控制單元正 常換相，通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流10 ；S02 確定在該穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的最小補(bǔ)償電角度A a ；S03:通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子正常換相位置時(shí)，提前或者延遲一 個(gè)補(bǔ)償電角度△ a換相；通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流II ；比較 10和II相電流值可知是提前還是延時(shí)換相；S04:按最小補(bǔ)償電角度單位A a累計(jì)增加補(bǔ)償電角度n A a (n = 2，3，4，...)，根 據(jù)步驟S03確定的提前或者延時(shí)換相關(guān)系，在通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子正常 換相位置時(shí)，提前或者延遲該補(bǔ)償電角度n A a換相；通過電流檢測電路檢測每次改變補(bǔ)償 電角度值后的電機(jī)定子的平均相電流In，比較用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流值In，尋 找到最小相電流值tain和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角am。所述的穩(wěn)態(tài)是電機(jī)在特定控制要求下的 運(yùn)行狀態(tài)，可以是恒速運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、可以恒力矩運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、或者是恒功率運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)。具體實(shí)施例一見圖1、圖3、圖4所示，以三相直流無刷電機(jī)為例說明本發(fā)明的控 制方法，圖3中設(shè)置有六個(gè)換相時(shí)刻，分別為Tl、T2、T3、T4、T5、T6，經(jīng)過6次換相后形成 一個(gè)換相周期，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，開關(guān)管的動(dòng)作如下AH、BL 一組一AH、CL 一組一BH、CL 一組一BH、AL 一組一CH、AL 一組一CH、BL 一組，每次分別接通不同的線圈繞組W、V — W、 U — V、U — V、W — U、W — U、V。從理論上講，60度的電角度換相一次，但在安裝霍爾傳感器 的位置誤差或者測量單元的電子元器件的精度問題，往往測量到轉(zhuǎn)子的換相位置不是最合 適換相位置，從而使各相繞組的工作電流過大，能耗增加。因此，在電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后(例如 以1000轉(zhuǎn)/分恒速運(yùn)動(dòng))，需要尋找最佳的換相位置，使相電流最小。從圖4中，也可以看 出一個(gè)周期有6個(gè)換相時(shí)間點(diǎn)，定子1上的霍爾傳感器3可以感應(yīng)轉(zhuǎn)子2所處位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子 到達(dá)某個(gè)位置，霍爾傳感器3馬上發(fā)出換相信號(hào)。假設(shè)T1時(shí)刻霍爾傳感器發(fā)出信號(hào)，開關(guān)管的動(dòng)作如下AH、BL—組打開通電，線圈 繞組W、V得電開始工作，現(xiàn)采用如下方法獲得最小相電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m A :S01 電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)控制單元 正常換相，通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流10 ；B 確定在該穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的最小補(bǔ)償電角度A a = 0. 1度；C 提前電角度單位A a = 0. 1度換相，記錄相電流值II，并比較相電流值II與 初始相電流值10的大小，則判斷出，提前還是延遲換相。若提前換相(II < 10)，下次換相時(shí)，提前2 A a = 0. 2度換相，并記錄相電流值 12，比較相電流值12與II的大小，若12 < II，換相時(shí)繼續(xù)增大補(bǔ)償電角度，提前補(bǔ)償電角 度nA a換相；若n = 8時(shí)，若In_l < In，則Imin = In_l，am = 7 A a n ；尋找到最小相 電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角am。那末，在該穩(wěn)態(tài)的情況下，開關(guān)管AH、BL —組打開通電的最佳角度是比正常換相提前0.7度換相，使線圈繞組W、V得工作電流最小。其它繞 組的換相方法可以參考上述方法。若延遲換相時(shí)(II >10)，下次換相時(shí)，延遲2 A a = 0. 2度換相，并記錄相電流值 12，比較相電流值12與II的大小，若12 < II，換相時(shí)繼續(xù)增大補(bǔ)償電角度，延時(shí)補(bǔ)償電角 度nA a換相；若n = 8時(shí)，若In_l < In，則Imin = In_l，am = 7 A a n ；尋找到最小相 電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角am。那末，在該穩(wěn)態(tài)的情況下，開關(guān)管AH、BL —組打開 通電的最佳角度是比正常換相延遲0.7度換相，使線圈繞組W、V得工作電流最小。其它繞 組的換相方法可以參考上述方法。實(shí)施例二 如圖5所示的單相直流無刷電機(jī)，它不存在換相問題，但需要換向，即 改變電流方向。通過打開開關(guān)管Ql、Q4可以實(shí)現(xiàn)電流的一個(gè)流向，通過打開開關(guān)管Q2、Q3 可以實(shí)現(xiàn)電流的另一個(gè)流向，從理論上講，180度的電角度換向一次，但在安裝霍爾傳感器 的位置誤差或者測量單元的電子元器件的精度問題，往往測量到轉(zhuǎn)子的換向位置不是最合 適的換向位置，從而使繞組的工作電流過大，能耗增加。因此，在電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后(例如以 1000轉(zhuǎn)/分恒速運(yùn)動(dòng))，需要尋找最佳的換向位置，使相電流最小。假設(shè)某時(shí)刻霍爾傳感器發(fā)出信號(hào)，開關(guān)管Ql、Q4的動(dòng)作，線圈繞組得電開始工作， 現(xiàn)采用如下方法獲得最小相電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m A 程序開始運(yùn)作時(shí)，記錄第一次換向的初始相電流值10 ；B 確定在該穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的最小補(bǔ)償電角度A a = 0. 2度；C:延遲電角度單位A a = 0. 2度換向，記錄相電流值11，并比較相電流值11與初 始相電流值10的大小，假設(shè)II < 10，則判斷出，應(yīng)該延遲換向，下次換向時(shí)，延遲2 A a = 0. 4度換相，并記錄相電流值12，比較相電流值12與II的大小，若12 < II，換向時(shí)繼續(xù)增 大補(bǔ)償電角度，當(dāng)延時(shí)補(bǔ)償電角度n A a換相，若n = 8時(shí)，若17 < 18，則Imin = 17，am =7A an= 1. 4度；尋找到最小相電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角am。那末，在該穩(wěn)態(tài) 的情況下，開關(guān)管Q1、Q4—組打開通電的最佳角度是滯后電角度1.4度換向，使線圈繞組工 作電流最小。開關(guān)管Q2、Q3換向方法可以參考上述方法。上述實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方法，但本發(fā)明的實(shí)施方法不限于此，其他任何 未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均為等效的置換方 法，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元向電機(jī)控制單元發(fā)出換相信號(hào)，電機(jī)控制單元提前或者延遲一定的補(bǔ)償電角度進(jìn)行換相，記錄并比較每次用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流值In，得到在該穩(wěn)態(tài)工作條件時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角αm，然后使電機(jī)以最佳補(bǔ)償角αm提前或者延遲換相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于在該穩(wěn)態(tài)工作時(shí) 的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m可以通過如下方法得到501電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)控制單元正常換 相，通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流10 ；502確定在該穩(wěn)態(tài)條件時(shí)的最小補(bǔ)償電角度△ a ；503通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子正常換相位置時(shí)，提前或者延遲一個(gè)補(bǔ) 償電角度△ a換相；通過電流檢測電路檢測此時(shí)的電機(jī)定子的平均相電流II ；比較10和 II相電流值可知是提前還是延時(shí)換相；S04:按最小補(bǔ)償電角度單位A a累計(jì)增加補(bǔ)償電角度n A a (n = 2,3,4,)，根據(jù) 步驟S03確定的提前或者延時(shí)換相關(guān)系，在通過轉(zhuǎn)子位置檢測單元檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子正常 換相位置時(shí)，提前或者延遲該補(bǔ)償電角度nA a換相；通過電流檢測電路檢測每次改變補(bǔ) 償電角度值后的電機(jī)定子的平均相電流In，比較用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流值 In,尋找到最小相電流值Imin和對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角a m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于所述的穩(wěn)態(tài) 是電機(jī)在特定控制要求下的運(yùn)行狀態(tài)，可以是恒速運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、可以恒力矩運(yùn)行穩(wěn)態(tài)、或者是 恒功率運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于對(duì)于單相直 流無刷電機(jī)，所述的換相信號(hào)是指電流換向信號(hào)。
全文摘要
一種直流無刷電機(jī)控制方法，其特征在于電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作后，轉(zhuǎn)子位置檢測單元向電機(jī)控制單元發(fā)出換相信號(hào)，電機(jī)控制單元提前或者延遲一定的補(bǔ)償電角度進(jìn)行換相，記錄并比較每次用不同補(bǔ)償電角度的情況下的相電流值In，得到在該穩(wěn)態(tài)工作條件時(shí)的最小相電流值Imin對(duì)應(yīng)的最佳補(bǔ)償角αm，然后使電機(jī)以最佳補(bǔ)償角αm提前或者延遲換相。它在電機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)后，以最小的相電流值運(yùn)行，節(jié)約電能，提高效率。
文檔編號(hào)H02P6/14GK101841291SQ20091003818
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者畢榮華, 趙勇 申請(qǐng)人:中山大洋電機(jī)股份有限公司