阅读说明：本技术 直流无刷电机的控制方法、装置和系统 (Control method, device and system of direct current brushless motor ) 是由 胡勇 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种直流无刷电机的控制方法、装置和系统,通过控制设备采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；根据输入电流和三相电压,确定直流无刷电机的当前转速；根据当前转速和预设转速,通过控制设备,调整直流受控源的输出电压,以基于输出电压,控制直流无刷电机的转速。该方式中,通过控制设备直接调整直流受控源的输出电压,以控制直流无刷电机的转速,提高了直流无刷电机低速运行的调速性能,降低了系统对外的电磁骚扰。(The invention provides a control method, a device and a system of a direct current brushless motor, which are characterized in that input current of a modulation circuit and three-phase voltage of the direct current brushless motor are collected through control equipment; determining the current rotating speed of the direct current brushless motor according to the input current and the three-phase voltage; and adjusting the output voltage of the direct current controlled source through the control equipment according to the current rotating speed and the preset rotating speed so as to control the rotating speed of the direct current brushless motor based on the output voltage. In the mode, the output voltage of the direct current controlled source is directly adjusted through the control equipment to control the rotating speed of the direct current brushless motor, so that the speed regulation performance of the direct current brushless motor in low-speed operation is improved, and the electromagnetic disturbance of the system to the outside is reduced.)

直流无刷电机的控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种直流无刷电机的控制方法、装置和系统。

背景技术

直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)的控制，主要是对电机进行换相和调速；传统的调速方式，通常采用控制设备，采集脉宽调制电路中相关联的电压和电流，根据相关联的电压和电流确定当前转速，通过调整脉宽调制波形的占空比，控制直流无刷电机的转速。但是直流稳压源的输出电压相对固定，采集到的三相电压为直流母线电压，电压频率为脉宽调制电路的开关频率，需要对采集到的脉宽调制波形的电压进行滤波和算法分析，该方式得到的电机相位存在一定误差，尤其在电机启动或低速运行时，脉宽调制波形的占空比较小，导致电机不能稳定工作，低速性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流无刷电机的控制方法、装置和系统，以提高直流无刷电机的低速控制性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种直流无刷电机的控制方法，该方法应用于控制设备；控制设备分别与调制电路和直流受控源连接；调制电路分别与调制电路和直流无刷电机连接；方法包括：采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。

进一步的，根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速的步骤，包括：根据输入电流和三相电压，通过预设的控制算法，确定直流无刷电机的当前转速。

进一步的，控制设备包括电源控制模块；根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压的步骤，包括：将当前转速与预设转速进行比较，得到转速调节量；根据转速调节量，利用电源控制模块输出的电源电压调节信号，调节直流受控源的输出电压，以使直流无刷电机的当前转速满足预设转速。

进一步的，调制电路输出的脉宽调制波形的占空比为一。

进一步的，方法还包括：根据三相电压，确定三相电压的相对电压；根据三相电压的相对电压的大小，确定直流无刷电机的当前相位；根据当前相位，控制直流无刷电机换相。

进一步的，输入电流与直流无刷电机的电流相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种直流无刷电机的控制装置，该装置设置于控制设备；控制设备分别与调制电路和直流受控源连接；调制电路与直流受控源和直流无刷电机连接；装置包括：采集模块，用于采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；确定模块，用于根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；控制模块，用于根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。

进一步的，控制设备包括电源控制模块；上述控制模块还包括：比较单元，用于将当前转速与预设转速进行比较，得到转速调节量；调节单元，用于根据转速调节量，利用电源控制模块输出的电源电压调节信号，调节直流受控源的输出电压，以使直流无刷电机的当前转速满足预设转速。

进一步的，调制电路输出的脉宽调制波形的占空比为一。

第三方面，本发明实施例提供了一种控制系统，控制系统包括：控制设备，直流受控源，调制电路和直流无刷电机；控制设备分别与直流受控源和调制电路连接；调制电路分别与直流受控源和直流无刷电机连接；控制设备上安装有如第二方面的直流无刷电机的控制装置；调制电路用于控制直流无刷电机的转速和换相。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供了一种直流无刷电机的控制方法、装置和系统，通过控制设备采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。该方式中，通过控制设备直接调整直流受控源的输出电压，以控制直流无刷电机的转速，提高了直流无刷电机低速运行的调速性能，降低了系统对外的电磁骚扰。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种传统直流无刷电机的控制方法的电路图；

图2为本发明实施例提供的一种直流无刷电机的控制方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种直流无刷电机的控制方法的电路图；

图4为本发明实施例提供的另一种直流无刷电机的控制方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种传统的电压信号的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电压信号的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种直流无刷电机的控制装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前传统的直流无刷电机的控制方法，如图1所示，通常由稳压直流源、六管三相半桥电路以及控制设备组成；通过控制设备采样电路中的A、B、C、vdc+、idc+相对idc-的电压，得出三相桥臂的输出电压(A、B、C)，直流稳压源电压(vdc)和直流电流(idc)，通过控制算法判断直流无刷电机的当前相位和当前转速；根据当前相位信息，确定进行开关的桥臂(直流无刷电机每时刻只有两相工作，即每时刻只有相对应的两桥臂工作)；将当前转速与设定转速进行反馈控制，得到调节量，根据调节量来调整六管三相半桥电路中IG1～IG6开关管的开关控制脉宽调制波形的占空比，以达到调速的目的。在电机启动或低速运行时，脉宽调制波形的占空比较小，导致电机不能稳定工作，低速性能较差。基于此，本发明实施例提供的一种直流无刷电机的控制方法、装置和系统，该技术可以应用于直流无刷电机的控制设备。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种直流无刷电机的控制方法进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种直流无刷电机的控制方法，该方法应用于控制设备；该控制设备分别与调制电路和直流受控源连接；调制电路分别与调制电路和直流无刷电机连接；

上述控制设备可以包括采样电路、主控芯片、控制输出电路、驱动电路等模块。

如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤S202，采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；

上述调制电路可以将直流受控源输出的直流电流转换为交流电流，以使直流无刷电机工作；上述调制电路可以是脉宽调制电路，包括低速低导通压降的开关管，好开关管可以包括六个；该开关管可以是晶体管、MOS管、场效应管等；上述调制电路的输入电流可以称为直流受控源的输出电流；参见图3所述的直流无刷电机的控制方法的电路图，通过控制设备对应图中的sample&control，采集调制电路的A、B、C、idc+对idc-(即CV负端)的电压，得到调制电路中三相桥臂的输出电压(A、B、C)即直流无刷电机的三相电压和调制电路的输入电流。

步骤S204，根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；

可以通过各种速度预测算法，比如，利用反电动道势波形的频率进行计算、利用转速计直接测试、或者利用特定的控制算法计算；计算直流无刷电机的当前转速。

步骤S206，根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。

上述预设转速可以根据直流无刷电机的实际运行场景进行设置；上述直流受控源是输入和输出范围都很宽的恒压限流源，对应图3中的CV，负载电流小于该直流受控源的限流值时恒压输出，当负载较重，超过恒压的带载能力时，恒流输出。上述直流受控源的输出电压和限流值可受控制设备控制。具体的，可以根据当前转速与预设转速，通过反馈控制的方式，得到当前转速的调节量；利用控制设备输出的电压调节信号，调整直流受控源的输出电压，以控制直流无刷电机的转速；无需调节调制电路的开关管进行调压，控制直流无刷电机的转速。

本发明提供了一种直流无刷电机的控制方法，通过控制设备采集调制电路中的输入电流和直流无刷电机的三相电压；根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；根据当前转速和预设转速，调整调制电路中的直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。该方式中，通过控制设备直接调整直流受控源的输出电压，以控制直流无刷电机的转速，提高了直流无刷电机低速运行的调速性能，降低了系统对外的电磁骚扰。

另外，调制电路与电机连接的三相线，其中的电压没有开关调制，直接调整直流受控源的输出电压，所以利用该方式进行直流无刷电机的控制，其产生的空间辐射干扰会大大减少。

实施例二：

本发明实施例提供了另一种直流无刷电机的控制方法，该方法在上述实施例的基础上实现；本实施例重点描述根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速的步骤的具体实现过程(通过步骤S404实现)，以及根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压的步骤的具体实现过程(通过步骤S406-S408实现)，如图4所示，该方法包括如下步骤：

步骤S402，采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；

步骤S404，根据输入电流和三相电压，通过预设的控制算法，确定直流无刷电机的当前转速；

上述预设的控制算法可以根据实际的计算场景，以及输入输出的信号信息，建立控制设备的数学模型，确定该控制算法；该控制算法反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。具体的，可以根据输入电流和三相电压的信息，以及输出的直流无刷电机的当前转速，之间的逻辑关系，建立对应的控制算法，利用该控制算法，根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速。

步骤S406，将当前转速与预设转速进行比较，得到转速调节量；

具体的，可以将当前转速与预设转速，进行反馈控制，比如，PID(Proportional-Integral-Derivative，比例积分微分)控制，得到当前转速的转速调节量；也可以直接将当前转速与预设转速进行比较，比如，当前转速比预设转速低，得到转速调节增大量；当前转速比预设转速高，得到转速调节减少量。

步骤S408，根据转速调节量，利用电源控制模块输出的电源电压调节信号，调节直流受控源的输出电压，以使直流无刷电机的当前转速满足预设转速。

上述控制设备包括电源控制模块；该电源控制模块可以根据转速调节量输出电源电压调节信号，可以参见图3中的V_cn，即电源控制模块的输出信号；直流受控源的输出电压与电机的转速正相关；根据转速调节量，计算需要调节的直流受控源的输出电压的电压调节量，根据该电压调节量，控制设备控制电源控制模块输出电源电压调节信号，将该电源电压调节信号发送至直流受控源，直流受控源根据接收到的电源电压调节信号，增加或者减少直流受控源的输出电压，最终使得直流无刷电机的当前转速满足预设转速。比如，当前转速比预设转速低，根据转速调节增大量，将直流受控源的电压调大；当前转速比预设转速高，根据转速调节减少量，将直流受控源的电压调小。

另外，为了满足上述直流受控源的输出电压能够准确的调节，可以使调制电路输出的脉宽调制波形的占空比为一。即使调制电路中的开关管，始终属于开通的状态，输出的三相电压无脉宽调制纹波，可选用低速低导通压降的管子，以弥补较传统方案调速效率较低的问题；另外，由于占空比为一，采样信号为无调制波的模拟信号，故能增强直流无刷电机低转速的性能。

上述方法还包括：根据三相电压，确定三相电压的相对电压；根据三相电压的相对电压大小，确定直流无刷电机的当前相位；根据当前相位，控制直流无刷电机换相。

上述相对电压可以是直流无刷电机的三相电压相对于同一个参考点的电压，比如直流受控源的负相电压，得到三相电压的相对电压；根据该相对电压的大小可以估算出三相电压的位置，即直流无刷电机的当前相位，比如，三相电压的相对电压分别为a、b、c，如果a<b<c，其中b接近于零，则可以确定b为当前换相相位，c为当前S极的位置，a为当前N极的位置；根据每个电压的位置，可以控制调制电路中的开关管，控制直流无刷电机换相。该方式可以避免对脉宽调制波形进行滤波和特定算法分析，进而避免了相位误差，提高了相位判断的准确性。

进一步的，上述输入电流与直流无刷电机的电流相同。

由于调制电路中的开关管，始终属于开通的状态，所以控制设备采集到的直流受控源输入电流等同于直流无刷电机的电流；该方式可以避免电流控制的响应慢的问题，很方便的限制堵转电流，进行低速恒流启动的控制。另外，三相电压在换相间隔内是无脉宽调制的平滑信号；例如图5所示的一种传统的电压信号示意图，传统换相控制方法在换相间隔内，产生的三相相电压信号是具有方波的电压信号，比如，输入为50V的电压经过5％的方波输出2.5V的电压，该方式易产生电磁干扰；本实施例中，例如图6所示的一种电压信号示意图，换相控制方法在换相间隔内，产生的三相电压信号是平滑的信号，比如，输入为2.5V的电压输出也为2.5V的电压，该方式可以避免电磁干扰，更利于采样和信号处理，进而提高了直流无刷电机低速性能的外特性。

另外，上述方法还包括：如果上述直流无刷电机为带位置传感器的直流无刷电机，可以通过位置传感器输出电机的相位信号；例如：该位置传感器可以是霍尔传感器，可以安装在靠近转子的位置，当N极逐渐靠近霍尔传感器即磁感应强度达到一定值时，其输出是导通状态；当N极逐渐离开霍尔传感器、磁感应强度逐渐减小时，其输出仍然保持导通状态；只有磁场转变为S极并达到一定值时，其输出才翻转为截止状态。在S-N交替变化磁场下，传感器输出波形占高、低电平各50％。如果转子是一对极，则电机旋转一周霍尔传感器输出一个周期的电压波形，如果转子是两对极，则输出两个周期的电压波形。其中传感器信号可以表征线圈的位置以及转动方向和速度，通过不同的传感器信号，控制开关管的导通，可由逻辑电路实现也可由软件编程实现，调整脉宽调制波形的占空比即可完成换相。

该方式中，通过控制设备直接调整直流受控源的输出电压，以控制直流无刷电机的转速，A、B、C三点电压为模拟量而非脉宽调制方波，无需滤去脉宽调制波动，可直接用于电机的相位判断，可极大拓宽无位置传感器的直流无刷电机的调速范围，其额定转速5％左右，极大的提高了直流无刷电机的低速控制性能；另外，A、B、C三点电压为连续模拟量，不易产生电磁骚扰。

实施例三：

对应上述方法实施例，本发明提供了一种直流无刷电机的控制装置，该装置设置于控制设备；控制设备分别与调制电路和直流受控源连接；调制电路与直流受控源和直流无刷电机连接；如图7所示，该装置包括：

采集模块71，用于采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；

确定模块72，用于根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；

控制模块73，用于根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。

本发明提供了一种直流无刷电机的控制装置，通过控制设备采集调制电路的输入电流和直流无刷电机的三相电压；根据输入电流和三相电压，确定直流无刷电机的当前转速；根据当前转速和预设转速，调整直流受控源的输出电压，以基于输出电压，控制直流无刷电机的转速。该方式中，通过控制设备直接调整直流受控源的输出电压，以控制直流无刷电机的转速，提高了直流无刷电机低速运行的调速性能。

进一步的，上述控制设备包括电源控制模块；控制模块还包括：比较单元，用于将当前转速与预设转速进行比较，得到转速调节量；调节单元，用于根据转速调节量，利用电源控制模块输出的电源电压调节信号，调节直流受控源的输出电压，以使直流无刷电机的当前转速满足预设转速。

进一步的，上述调制电路输出的脉宽调制波形的占空比为一。

进一步的，上述确定模块用于：根据输入电流和三相电压，通过预设的控制算法，确定直流无刷电机的当前转速。

进一步的，上述装置还用于：根据三相电压，确定三相电压的相对电压；根据三相电压的相对电压的大小，确定直流无刷电机的当前相位；根据当前相位，控制直流无刷电机换相。

进一步的，上述输入电流与直流无刷电机的电流相同。

本发明实施例提供的直流无刷电机的控制装置，与上述实施例提供的直流无刷电机的控制方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例还提供了一种控制系统，参见图8所示的一种控制系统的结构示意图，该控制系统包括：控制设备81，直流受控源82，调制电路83和直流无刷电机84；控制设备81分别与直流受控源82和调制电路83连接；调制电路83分别与直流受控源82和直流无刷电机84连接；控制设备上安装有如第二方面的直流无刷电机的控制装置；调制电路用于控制直流无刷电机的转速和换相。

本发明实施例提供的控制系统，与上述实施例提供的直流无刷电机的控制方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的直流无刷电机的控制方法、装置和系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。