本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁同步電機(jī)控制裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

通常，電機(jī)的繞組呈電感特性，因此電機(jī)相電流常滯后于所施加的電壓。為達(dá)成效率優(yōu)化、高速運(yùn)轉(zhuǎn)等控制目標(biāo)，通常需要在各相驅(qū)動(dòng)電壓上施加一定的相位角調(diào)整。在一些應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡(jiǎn)單計(jì)算的方法來計(jì)算相位角調(diào)整。具體為：根據(jù)測(cè)量變量，如轉(zhuǎn)速、平均母線電流等系統(tǒng)測(cè)量值來估算所需的相位角調(diào)整。由于這些控制方案僅簡(jiǎn)單測(cè)量電機(jī)系統(tǒng)的某一狀態(tài)變量，并未使用電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行同步控制，因此在實(shí)際應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)負(fù)載意外變化時(shí)會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)速劇烈變化甚至飛車等危險(xiǎn)工作狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種永磁同步電機(jī)控制裝置、系統(tǒng)及方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足。通過在參考時(shí)刻計(jì)算電機(jī)的交軸電流值，根據(jù)電機(jī)交軸電流值自動(dòng)調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)優(yōu)化控制。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種永磁同步電機(jī)控制裝置，該裝置包括：位置檢測(cè)單元，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；參考產(chǎn)生單元，用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定離散的參考時(shí)刻；電流測(cè)量單元，用于確定所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值；計(jì)算單元，用于根據(jù)所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值，確定所述電機(jī)的交軸電流值；相位調(diào)整單元，用于根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，其中，所述電機(jī)的交軸電流是指，在以所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)橹陛S、以垂直于所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)榻惠S的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電機(jī)各相相電流在交軸上的相電流矢量投影之和；驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和相位調(diào)整后的電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形，輸出各相電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

具體地，本申請(qǐng)通過優(yōu)化選取離散的參考時(shí)刻，降低控制算法的計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)時(shí)所需的計(jì)算量，可以實(shí)現(xiàn)低成本調(diào)控電機(jī)的相電流，提高電機(jī)的工作效率。

可選地，所述位置檢測(cè)單元包括至少一個(gè)霍爾元件，所述霍爾元件物理安裝位置根據(jù)電機(jī)本體設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)確定；所述霍爾元件，用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)指向來檢測(cè)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。

具體地，通過霍爾元件檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)選取離散的參考時(shí)刻，降低控制算法的計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)時(shí)所需的計(jì)算量，可以實(shí)現(xiàn)低成本調(diào)控電機(jī)的相電流，提高電機(jī)的工作效率

可選地，所述參考產(chǎn)生單元，具體用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系在一個(gè)電角周期內(nèi)，產(chǎn)生至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻，所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻與所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位相關(guān)；所述電流測(cè)量單元，具體用于獲取每個(gè)參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值；所述計(jì)算單元，具體用于根據(jù)所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值確定所述電機(jī)的交軸電流值。

可選地，所述計(jì)算單元，具體用于通過所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻的選擇，根據(jù)一相的相電流確定所述電機(jī)的交軸電流值。

可選地，所述相位調(diào)整單元，具體用于根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，分別調(diào)整各相電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，或統(tǒng)一調(diào)整所有相電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

可選地，所述驅(qū)動(dòng)單元輸出的所述電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)(Pulse Width Modulation，PWM)。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：電機(jī)控制裝置，包括第一方面所述的電機(jī)控制裝置；功率開關(guān)電路，根據(jù)所述電機(jī)控制裝置輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通或關(guān)閉；同步電機(jī)，包括電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子繞組，用于通過所述功率開關(guān)電路向所述定子繞組施加驅(qū)動(dòng)電壓，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并推動(dòng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

可選地，所述電機(jī)控制裝置輸出的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接控制所述功率器件的導(dǎo)通和關(guān)閉，進(jìn)而向所述定子繞組施加驅(qū)動(dòng)電壓；或，所述電機(jī)控制裝置輸出的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過外部的電平轉(zhuǎn)換電路控制所述功率器件的導(dǎo)通和關(guān)閉，進(jìn)而向所述定子繞組施加驅(qū)動(dòng)電壓。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種永磁同步電機(jī)控制方法，該方法包括：獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定離散的參考時(shí)刻；確定所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值；根據(jù)所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值，確定所述電機(jī)的交軸電流值；根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，其中，所述電機(jī)的交軸電流是指，在以所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)橹陛S、以垂直于所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)榻惠S的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電機(jī)各相相電流在交軸上的相電流矢量投影之和；根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和相位調(diào)整后的電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形，輸出各相電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

可選地，所述獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，包括：通過至少一個(gè)霍爾元件，根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)指向來確定所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，所述霍爾元件的物理安裝位置根據(jù)電機(jī)本體設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)確定。

可選地，所述根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定離散的參考時(shí)刻，包括：根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系在一個(gè)電角周期內(nèi)，產(chǎn)生至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻，所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻與所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位相關(guān)；所述根據(jù)所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值，確定所述電機(jī)的交軸電流值，包括：獲取每個(gè)參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值；根據(jù)所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值確定所述電機(jī)的交軸電流值。

可選地，所述根據(jù)所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值確定所述電機(jī)的交軸電流值，包括：通過所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻的選擇，根據(jù)一相的相電流確定所述電機(jī)的交軸電流值。

可選地，所述根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，包括：根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，分別調(diào)整各相電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，或統(tǒng)一調(diào)整所有相電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

可選地，所述電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是PWM信號(hào)。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)控制裝置、系統(tǒng)及方法，可以根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置來選擇在特定參考時(shí)刻的電機(jī)相電流作為控制輸入，通過控制電機(jī)繞組驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，調(diào)控電機(jī)的相電流。通過合理選擇特定的參考時(shí)刻，可有效降低控制算法的計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)時(shí)所需的計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)低成本控制電機(jī)相電流，提高電機(jī)的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電機(jī)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步電機(jī)控制集成電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

電機(jī)通常使用位置傳感器來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，特別是低成本的電機(jī)經(jīng)常使用一個(gè)或多個(gè)離散位置傳感器(如霍爾效應(yīng)元件或霍爾效應(yīng)集成電路)來檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)及調(diào)制算法輸出各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的繞組呈電感特性，因此電機(jī)相電流滯后于所施加的驅(qū)動(dòng)電壓。為達(dá)成效率優(yōu)化等控制目標(biāo)，通常需要在相調(diào)制信號(hào)上施加一定的相位調(diào)整。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該實(shí)施例提供的裝置包括：位置檢測(cè)單元110、參考產(chǎn)生單元120、電流測(cè)量單元130、計(jì)算單元140、相位調(diào)整單元150以及驅(qū)動(dòng)單元160。

其中，位置檢測(cè)單元110用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲取其位置信號(hào)。

可選地，位置檢測(cè)單元110包括至少一個(gè)霍爾元件；霍爾元件用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)指向來檢測(cè)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，所述霍爾元件的物理安裝位置根據(jù)電機(jī)本體設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)確定。

參考產(chǎn)生單元120用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定離散的參考時(shí)刻。參考產(chǎn)生單元120具體以轉(zhuǎn)子位置信號(hào)為基準(zhǔn)，產(chǎn)生離散的參考時(shí)刻。

電流測(cè)量單元130用于測(cè)量電機(jī)的相電流，獲取離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的相電流值。

計(jì)算單元140用于根據(jù)離散的參考時(shí)刻及此時(shí)相電流值，計(jì)算電機(jī)的交軸電流。其中，電機(jī)的交軸電流是指，在以所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)橹陛S、以垂直于所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)榻惠S的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電機(jī)各相相電流在交軸上的相電流矢量投影之和。

可選地，參考產(chǎn)生單元120具體用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置與電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系在一個(gè)電角周期內(nèi)，產(chǎn)生至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻，所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻與所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位相關(guān)。電流測(cè)量單元130具體用于獲取每個(gè)參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值。計(jì)算單元140具體用于根據(jù)所述至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的至少一相的相電流值確定所述電機(jī)的交軸電流值。

相位調(diào)整單元150用于根據(jù)所述交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

可選地，根據(jù)交軸電流值可根據(jù)查找表或簡(jiǎn)單線性偏移縮放得到調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位值。

驅(qū)動(dòng)單元160用于根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和所述相位調(diào)整后的電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)，輸出相位調(diào)整后的各相繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

下面以三相電機(jī)為例，對(duì)本實(shí)施例所提供的永磁同步電機(jī)控制裝置做進(jìn)一步的闡述。

對(duì)于三相電機(jī)，位置檢測(cè)單元110通常包括三個(gè)霍爾效應(yīng)集成電路，并相隔一定電角(如120度)排列。霍爾效應(yīng)集成電路根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置并輸出三相位置信號(hào)HU、HV以及HW。如圖2所示，根據(jù)三相位置信號(hào)HU、HV以及HW，選取離散的參考時(shí)刻RU、RV以及RW。

具體地，當(dāng)電機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的相電流與反電動(dòng)勢(shì)(Back Electromotive Force，Bemf)的相位差將接近于特定值(例如零度)。如圖2所示，三相的反電動(dòng)勢(shì)BemfU、BemfV以及BemfW分別與三相電流Iu、Iv以及Iw分別處于相位對(duì)齊狀態(tài)?？赏ㄟ^選擇特定的參考時(shí)刻，例如可通過檢測(cè)與電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波峰或波谷處對(duì)應(yīng)的電機(jī)相電流，計(jì)算得出電機(jī)交軸電流值，進(jìn)而換算出相調(diào)制信號(hào)的相位調(diào)整量。通過合理選擇特定的參考時(shí)刻，可降低控制算法的計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)時(shí)所需的計(jì)算量，從而以低成本實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的相電流。

如圖2所示，相參考時(shí)刻RU處，相電流Iu處對(duì)應(yīng)BemfU的波谷，可選取此時(shí)刻作為一個(gè)參考時(shí)刻。該時(shí)刻相對(duì)U相位置信號(hào)的上升沿相差θ₆₀度的時(shí)間，在一個(gè)可能的示例中，可通過位置估算單元，根據(jù)三相位置信號(hào)的周期計(jì)算相對(duì)U相位置信號(hào)的上升沿相差θ₆₀度的時(shí)刻，作為該參考時(shí)刻的時(shí)間標(biāo)記。在另一個(gè)可能的示例中，如圖2所示，相參考時(shí)刻RU對(duì)應(yīng)W相位置信號(hào)的下降沿，因此可以直接在W相位置信號(hào)的下降沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻測(cè)量U相電流Iu。

相應(yīng)地，BemfU的周期起點(diǎn)對(duì)應(yīng)HU下降沿相差θ₃₀度的時(shí)間。BemfU的波峰對(duì)應(yīng)HU下降沿相差θ₆₀度的時(shí)間。另外，相參考時(shí)刻RV對(duì)應(yīng)BemfV的波谷，同時(shí)對(duì)應(yīng)U相位置信號(hào)的下降沿，相參考時(shí)刻RW對(duì)應(yīng)BemfW的波谷，同時(shí)對(duì)應(yīng)V相位置信號(hào)的下降沿。

因此，本發(fā)明可通過霍爾元件輸出的三相位置信號(hào)，獲得轉(zhuǎn)子位置，同時(shí)可選取特定的離散參考時(shí)刻，例如圖2中的RU、RV以及RW中的至少一個(gè)參考時(shí)刻。本發(fā)明可依照一定的調(diào)制算法產(chǎn)生相調(diào)制信號(hào)SU、SV和SW。驅(qū)動(dòng)單元160輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并通過功率開關(guān)器件向電機(jī)各相繞組施加驅(qū)動(dòng)電壓。如圖2示意出相調(diào)制信號(hào)Su相、Sv相或Sw的相位調(diào)整。對(duì)應(yīng)示意出驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWMu、PWMv或PWMw的調(diào)整。三相繞組的交變相電流IU、IV和IW形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

一般而言，為滿足一定的控制要求，需對(duì)相調(diào)制信號(hào)的相位，即電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位做調(diào)整。在本實(shí)施例中，相位調(diào)整單元150根據(jù)所述交軸電流，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。下面對(duì)此做進(jìn)一步詳述。

圖3給出與電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)橹陛S(以下簡(jiǎn)記為d軸)、以垂直于電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)榻惠S(以下簡(jiǎn)記為q軸)的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系示意；在參照的定子靜止坐標(biāo)系中，以三相相電流矢量的方向?yàn)檩S，記為U、V和W，兩兩之間相隔120°電角。假設(shè)在某一個(gè)時(shí)刻，q軸處于圖3所示位置，則交軸電流i_q理論計(jì)算公式為：

I_q＝A_MP·[-i_U·sin(θ)-i_V·sin(θ-2/3·π)-i_W·sin(θ+2/3·π)] (1)

直軸電流i_d理論計(jì)算公式為：

I_d＝A_MP·[i_U·cos(θ)+i_V·cos(θ-2/3π)+i_W·cos(θ+2/3·π)] (2)

其中，i_q為所述電機(jī)轉(zhuǎn)子同步形成的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中電機(jī)的交軸電流值，i_U、i_V以及i_W分別為所述三相相電流形成的靜止坐標(biāo)中U軸、V軸和W軸的相電流，A_MP為所述三相相電流形成的靜止坐標(biāo)向所述電機(jī)轉(zhuǎn)子同步形成的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的歸一化系數(shù)，2/3π為所述U軸、V軸和W軸的相電流間的方向電角，θ為在所述參考時(shí)刻的所述U軸與所述直軸的夾角。

在交軸和直軸電流的理論計(jì)算中，使用角度θ和相電流i_U、i_V和i_W值。首先，角度θ由位置檢測(cè)單元110根據(jù)三相位置信號(hào)HU、HV和HW產(chǎn)生。在一個(gè)電角周期內(nèi)，參考產(chǎn)生單元120根據(jù)檢測(cè)單元110輸出的角度θ可以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)參考時(shí)刻。如圖2所示，RU、RV和RW為三種可選的參考時(shí)刻，但需要指出的是，參考時(shí)刻不限于圖2所示。

理論上電機(jī)三相相電流之和恒為零，即恒有i_U+i_v+i_W＝0。通過選擇電機(jī)優(yōu)化控制策略(如I_d＝0策略時(shí))有電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下相電流i_U、i_V和i_W值滿足i_U＝i·sinθ，i_v＝i·sin(θ-2π/3)，i_W＝i·sin(θ+2π/3)，即此時(shí)三相相電流的幅度相同，相位上相互延遲120度。因此，通過至少一個(gè)離散的參考時(shí)刻的選擇，可以根據(jù)一相的相電流確定電機(jī)的交軸電流值。即通過參考時(shí)刻的選擇，交軸電流可以只由某一相相電流計(jì)算得到。例如當(dāng)θ＝2nπ±(π/2)時(shí)(其中n為整數(shù))，i_q＝±3/2A_MP·i＝(±3/2A_MP)·i_U，此時(shí)可僅使用i_U來計(jì)算交軸電流。相應(yīng)地，當(dāng)參考時(shí)刻做其他特殊選擇時(shí)，交軸電流i_q可以僅用i_V或i_W測(cè)量值經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得到。根據(jù)選擇的參考時(shí)刻通過對(duì)某一相相電流或多相相電流測(cè)量所得電流值可簡(jiǎn)單計(jì)算出交軸電流，再根據(jù)交軸電流值調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

可選地，根據(jù)交軸電流值可根據(jù)查找表或簡(jiǎn)單線性偏移縮放得到調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位值。

進(jìn)一步地，電機(jī)各相繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位可以是所有相使用統(tǒng)一的調(diào)整，也可以是各相使用修正后的調(diào)整。這取決于諸多因素，如控制策略差異、傳感器安裝偏差、轉(zhuǎn)子充磁均勻性、參考時(shí)刻的選擇等等。

更進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)單元160輸出的相調(diào)制信號(hào)是脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，其由相調(diào)制信號(hào)與載波調(diào)制后得到。

具體地，在電機(jī)的工作狀況對(duì)瞬態(tài)性能要求不高的情況下，本申請(qǐng)?zhí)峁┑碾姍C(jī)控制裝置可以更好的發(fā)揮其低成本調(diào)控電機(jī)電流的優(yōu)勢(shì)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，該實(shí)施例提供的系統(tǒng)包括：電機(jī)控制裝置410、功率開關(guān)電路420以及同步電機(jī)430。

具體地，功率開關(guān)電路420，由功率器件組成，其導(dǎo)通或關(guān)閉受電機(jī)控制裝置410輸出的相調(diào)制信號(hào)控制。功率器件可以是金屬氧化物半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor，MOS)或絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。

具體地，同步電機(jī)430，主要由電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子繞組構(gòu)成，通過功率開關(guān)電路420向定子繞組施加驅(qū)動(dòng)電壓。繞組中所產(chǎn)生的交變電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

以下通過圖5提供的永磁同步電機(jī)控制集成電路結(jié)構(gòu)示意圖，詳細(xì)說明上述實(shí)施例提供的電機(jī)控制裝置及系統(tǒng)。如圖5所示，該實(shí)施例提供的集成電路包括：位置檢測(cè)電路510、參考產(chǎn)生電路520、電流測(cè)量電路530、計(jì)算電路540、相位調(diào)整電路550以及驅(qū)動(dòng)電路560。

其中，位置檢測(cè)電路510，根據(jù)霍爾元件產(chǎn)生的霍爾信號(hào)，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲取其位置信號(hào)。

參考產(chǎn)生電路520，以轉(zhuǎn)子位置信號(hào)為基準(zhǔn)，產(chǎn)生離散的參考時(shí)刻。

電流測(cè)量電路530，通過檢測(cè)電機(jī)相電流，并對(duì)其進(jìn)行信號(hào)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步獲取參考時(shí)刻相電流的值。

計(jì)算電路540，根據(jù)參考時(shí)刻及此時(shí)相電流的值，計(jì)算電機(jī)的交軸電流。

相位調(diào)整電路550，根據(jù)所述交軸電流值，通過輸出相位調(diào)整信息到驅(qū)動(dòng)電路560，實(shí)現(xiàn)調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

可選地，根據(jù)交軸電流值可根據(jù)查找表或簡(jiǎn)單線性偏移縮放得到調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位值。

驅(qū)動(dòng)電路560，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和經(jīng)所述相位調(diào)整電路調(diào)整后的調(diào)制信號(hào)波形相位，輸出各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

位置檢測(cè)電路510包括霍爾驅(qū)動(dòng)電路511和周期測(cè)量電路512。需要說明的是，當(dāng)所采用的霍爾元件上集成了驅(qū)動(dòng)電路，霍爾驅(qū)動(dòng)電路511不是必須的。

電流測(cè)量電路530包括信號(hào)放大電路531和模數(shù)轉(zhuǎn)換器532，用于完成電流信號(hào)的放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后，計(jì)算電路540將在數(shù)字域計(jì)算交軸電流。

以三相電機(jī)為例，對(duì)交軸電流的計(jì)算進(jìn)一步闡述。

基于圖3所示的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，交軸電流i_q和直軸電流i_d的理論計(jì)算公式參見公式(1)和公式(2)。

角度θ由參考產(chǎn)生電路520產(chǎn)生，與所述參考時(shí)刻是一一對(duì)應(yīng)的。在一個(gè)電周期內(nèi)，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)參考時(shí)刻。如前所述，當(dāng)選擇合適的參考時(shí)刻時(shí)，交軸電流可以只由某一相相電流測(cè)量值經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得到。此時(shí)，相電流的檢測(cè)和計(jì)算電路540將簡(jiǎn)化。

具體地，驅(qū)動(dòng)電路560包括：占空比控制電路561、調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路562、三角載波產(chǎn)生電路563、PWM產(chǎn)生電路564以及電平轉(zhuǎn)換電路565。

占空比控制電路561，用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)占空比的控制信號(hào)。

調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路562，用于接收相位調(diào)整電路550輸出的相位調(diào)整信息，通過調(diào)制算法及占空比的控制信號(hào)產(chǎn)生相調(diào)制信號(hào)。

三角載波產(chǎn)生電路563，用于產(chǎn)生固定頻率的三角載波。

PWM產(chǎn)生電路564，用于利用所述三角載波調(diào)制所述相調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。

電平轉(zhuǎn)換電路565，將所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換為適合于控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)閉的相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

可選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，占空比控制電路561通過控制相調(diào)制信號(hào)的幅度來決定脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比。

可選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)三角載波和相調(diào)制信號(hào)進(jìn)行采樣與比較，從而獲取對(duì)應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。

需要說明的是，電平轉(zhuǎn)換電路565可以不包括在驅(qū)動(dòng)電路560之內(nèi)。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路560輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)可能無法直接控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)閉，而需通過外部的電平轉(zhuǎn)換電路對(duì)功率器件實(shí)施控制。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電機(jī)控制芯片，該芯片包括圖5所示的電機(jī)控制集成電路和功率器件。其中，圖5所示的電機(jī)控制集成電路和功率器件可以制作在同一襯底上，也可以分別制作在不同襯底上并通過封裝結(jié)合在一起。

相應(yīng)地，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種永磁同步電機(jī)控制方法流程示意圖，如圖6所示，該實(shí)施例提供的電機(jī)控制方法包括步驟610至步驟660：

在步驟610，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。

具體地，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲取其位置信號(hào)。

在步驟620，根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置確定離散的參考時(shí)刻。

具體地，以轉(zhuǎn)子位置信號(hào)為基準(zhǔn)，產(chǎn)生離散的參考時(shí)刻。

在步驟630，確定所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值。

具體地，檢測(cè)電機(jī)的相電流，獲取離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的相電流值。

在步驟640，根據(jù)所述離散的參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電機(jī)的相電流值，確定所述電機(jī)的交軸電流值，其中，所述電機(jī)的交軸電流是指，在以所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)橹陛S、以垂直于所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向?yàn)榻惠S的轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，電機(jī)各相相電流在交軸上的相電流矢量投影之和。

在步驟650，根據(jù)所述電機(jī)的交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位。

在步驟660，根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和調(diào)整相位后的電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形，輸出各相電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

可選的，根據(jù)交軸電流值可根據(jù)查找表或簡(jiǎn)單線性偏移縮放得到調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位值。

可選地，在一個(gè)電周期內(nèi)，可以選取一個(gè)或多個(gè)參考時(shí)刻，并計(jì)算相應(yīng)的交軸電流，進(jìn)而對(duì)電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位進(jìn)行一次或多次的調(diào)整。相位調(diào)整可以是所有相使用統(tǒng)一的調(diào)整，也可以是各相使用修正后的調(diào)整。

本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及永磁同步電機(jī)的控制裝置、系統(tǒng)、集成電路、芯片及方法，通過在離散的參考時(shí)刻通過測(cè)量相電流計(jì)算出電機(jī)的交軸電流值，根據(jù)交軸電流值調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)優(yōu)化控制。具體而言在于：首先，通過霍爾元件檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲取其位置信號(hào)，并據(jù)此產(chǎn)生離散的參考時(shí)刻；其次，根據(jù)參考時(shí)刻及此時(shí)相電流值,計(jì)算電機(jī)的交軸電流值；最后，根據(jù)所述交軸電流值，調(diào)整電機(jī)繞組相調(diào)制信號(hào)波形的相位，以達(dá)成電機(jī)在效率等方面的控制目標(biāo)。本發(fā)明通過優(yōu)化選擇合適的參考時(shí)刻，可低成本實(shí)現(xiàn)電機(jī)的相電流控制，可在系統(tǒng)可靠性、成本、性能、實(shí)現(xiàn)難度等方面取得綜合優(yōu)勢(shì)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以意識(shí)到，在上述一個(gè)或多個(gè)示例中，本申請(qǐng)所描述的功能可以用硬件、軟件、固件或它們的任意組合來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)使用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將這些功能存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中或者作為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)指令或代碼進(jìn)行傳輸。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)和通信介質(zhì)，其中通信介質(zhì)包括便于從一個(gè)地方向另一個(gè)地方傳送計(jì)算機(jī)程序的任何介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)能夠存取的任何可用介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本申請(qǐng)技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。