一种电流控制方法

文档序号:290952 发布日期:2021-11-23 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种电流控制方法 (Current control method ) 是由 王浩东 黄佳楠 于 2021-07-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种电流控制方法,包括:电源,并联于电源正负极之间的第一整流电路及第二整流电路,第二整流电路输出端通过电压检测电路连接至控制器,控制器获得母线电压的周期波形信号,并对周期波形信号进行多次采样,将采样时刻t获得的电压值u进行线性拟合,得到斜率k,根据斜率k获得电源频率f;控制器根据电源频率f计算补偿电流值;根据补偿电流值及母线电流值生成控制信号,以对电机进行控制。本发明通过采集第二整流电路输出电压,并根据波形实时改变补偿电流值,能够精准地对母线电流进行校正,以使得输出功率稳定。(The invention discloses a current control method, which comprises the following steps: the controller obtains a periodic waveform signal of bus voltage, samples the periodic waveform signal for multiple times, linearly fits a voltage value u obtained at a sampling moment t to obtain a slope k, and obtains a power supply frequency f according to the slope k; the controller calculates a compensation current value according to the power frequency f; and generating a control signal according to the compensation current value and the bus current value so as to control the motor. According to the invention, the output voltage of the second rectifying circuit is collected, and the compensation current value is changed in real time according to the waveform, so that the bus current can be accurately corrected, and the output power is stable.)

一种电流控制方法

技术领域

本发明涉及一种电机控制的技术领域,特别涉及一种无刷电机输入电流的控制方法。

背景技术

现有的交流无刷电路都采用大电解电容,大电解电容使电机控制相对简单,但大电解电容体积通常比较大,增加了电路板体积,因此,现在常规的方案采用无大电解电容,减小体积,且电路板使用寿命长,但是,这种电路由于没有使用大电解电容,利用小容值的电容,整流后母线电压不稳定,因此,工作电流不稳定,导致电机的输出功率不稳定,同时,对于可以使用于不同交流电源的工具,其对电流引入校正值时,需要对电源频率进行判断,由于整流后母线波形容易随负载产生波动,导致电流校正值不准确,影响工具运行性能。

因此,有必要设计一种电机运行稳定且控制效果好的电机输入电流控制方法,以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种电机运行稳定且控制效果好的电机输入电流控制方法。

本发明解决现有技术问题可采用如下技术方案:一种电流控制方法,以控制电机的运转,包括:电源,并联于所述电源正负极之间且对所述电源进行整流的第一整流电路及第二整流电路,所述第一整流电路输出端通过驱动电路连接至电机,所述驱动电路连接有采样电阻,所述第二整流电路输出端通过电压检测电路连接至控制器,所述控制器获得母线电压的周期波形信号,并通过所述采样电阻采集母线电流值;所述控制器对所述周期波形信号进行多次采样,并对多次采样时刻t获得的电压值u进行线性拟合,得到斜率k,根据所述斜率k获得电源频率f;所述控制器根据所述电源频率f计算补偿电流值;根据所述补偿电流值及母线电流值生成控制信号,以对所述电机进行控制。

进一步改进方案为:所述电压检测电路包括串联的第一电阻和第二电阻,所述第一电阻的一端连接所述第二整流电路的输出端,且所述第一电阻与所述第二电阻的连接点连接所述控制器,所述第二电阻的另一端接地。

进一步改进方案为:所述第一整流电路输出端通过并联有电容连接至所述驱动电路,所述电容一端接地;所述第一整流电路由4个二极管组成,所述第二整流电路的两个二极管与所述第一整流电路中的两个二极管共用。

进一步改进方案为:所述控制器存储有电压预设值,所述控制器在检测到所述电压值u大于所述电压预设值时,开始采集各个所述采样时刻t对应的所述电压值u。

进一步改进方案为:所述控制器包括逻辑运算单元,所述逻辑运算单元通过线性拟合计算所述周期波形信号的斜率k,计算所述斜率的公式为:

其中:E(t*u)为所述采样时刻t与所述电压值u乘积的数学期望,

Et*Eu为所述采样时刻t的数学期望与电压值u的数学期望的乘积,

E(t2)为所述采样时刻t的平方的数学期望,

(Et)2为所述采样时刻t的数学期望的平方。

进一步改进方案为:所述采样时刻t包括采样时刻t0,t1,t2,……,ti,其对应的电压值为u0,u1,u2,……,ui,i为采样点数;采样时间间隔Δt=ti+1-ti,各个所述采样时间间隔Δt相等。

进一步改进方案为:所述逻辑运算单元通过线性拟合计算所述周期波形信号的斜率k,所述斜率k的公式为:

其中n为大于1的正整数。

进一步改进方案为:所述控制器存储有预设斜率值,当第一次获取所述斜率k为所述预设斜率值的时间为起始时间T0,并获取N个斜率k为所述预设斜率值的最终时间TN,根据公式Tp=(TN-T0)/N计算一个周期时间,所述控制器通过将所述周期时间求倒数,获取所述电源频率f。

进一步改进方案为:所述预设斜率值为0,即所述起始时间T0为所述周期波形信号为90°时对应的时间,所述最终时间TN为所述周期波形信号为90°的N倍对应的时间。

进一步改进方案为:所述控制器存储所述电容的电容值,并根据所述电压值及所述电源频率f通过公式计算补偿电流值,所述补偿电流值的公式为:

其中Cdc为电容值,U为采样的所述电压值的有效值,ωin为电源角频率,sign为符号函数。

进一步改进方案为:所述控制器存储有目标电流参考值,所述目标电流参考值减去所述补偿电流值以获得校正电流参考值,将所述母线电流值与校正电流参考值进行PI控制,得到控制信号,所述控制器根据所述控制信号改变占空比以驱动所述电机。

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:通过设有两个整流电路,且从前侧的整流电路获得母线电压的周期波形信号,通过线性拟合获得电源频率,控制器根据电压频率计算补偿电流值,与母线电流值对比生成控制信号,以对电机进行控制,使得即使采用无极性电容,也能采集到相对稳定的母线电压,能够精准地对母线电流进行校正,以使得输出功率稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

做进一步详细的说明:

图1是本发明电流控制方法的控制电路图;

图2是本发明电流控制方法的整流输入输出电压波形图;

图3是本发明电流控制方法的斜率算法流程图;

图4是本发明电流控制方法的电流校正电路图。

图中附图标记的含义:

1、第一整流电路 2、第二整流电路 3、驱动电路 4、电机 5、控制器51、逻辑运算单元 52、存储单元 53、计时单元 54、PWM生成器 6、驱动模块 7、母线电流采集单元 8、滤波单元

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1所示,为本发明涉及的一种电机控制电路,所述电机控制电路包括交流电源,并联于所述交流电源正负极之间且对所述交流电源进行整流的第一整流电路1及第二整流电路2,所述第一整流电路1输出端通过驱动电路3连接至电机4,所述第二整流电路2输出端连接至控制器5,所述控制器5通过驱动模块6连接至所述驱动电路3,以驱动所述电机4运转。

所述第一整流电路1为通过整流用的四个二极管D1、D2、D3、D4首尾相连构成的桥接型全波整流电路。交流电源的正极连接到二极管D1的负极和二极管D2的正极,二极管D1的正极和二极管D3的正极相连后连接至驱动电路3,二极管D2的负极和二极管D4的负极相连后连接至驱动电路3,交流电源的负极连接到二极管D3的负极和二极管D4的正极,所述第一整流电路1输出与所述驱动电路3之间并联有电容C,且电容C接地,从交流电源输入的电压被所述第一整流电路1全波整流,该全波整流后的电压经所述电容C输入给所述驱动电路3。在所述电容C与所述驱动电路3之间的负极母线上串联有电流采样电阻R,在所述采样电阻R两端连接有母线电流采集单元7,并通过滤波单元8连接至所述控制器5,通过所述采样电阻R采集母线电流值。

所述第二整流电路2包括并联于所述电源与所述第一整流电路1之间的二极管D5、D6,所述二极管D5、D6的正极分别连接至交流电源的正极及负极,所述二极管D5、D6的负极相连,且通过电压检测电路连接至所述控制器5。

所述电压检测电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2,所述第一电阻R1的一端连接所述第二整流电路2的输出端,且所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接点连接所述控制器5,所述第二电阻R2的另一端接地。由于电压检测电路及电容C的接地构成等电位,所以第二整流电路2与所述第一整流电路1的二极管D1、D3共用。本实施方式中,所述第一电阻R1阻值为750KΩ,所述第二电阻R2阻值为6.8KΩ,即电压检测电路a点采集的电压为所述第二电阻R2的电压值,使得第二整流电路2输出电压为所述控制器5能够识别的电压范围。

所述驱动电路3包括上桥臂和下桥臂,所述上桥臂包括有开关管Q1、Q2、Q3,下桥臂包括有开关管Q4、Q5、Q6,所述每一开关管分别反向并联有二极管;所述电机4为无刷电机,包括三相绕组,所述三相绕组分别连接至上桥臂与下桥臂的相连点,通过控制开关管Q1至Q6的通断,控制输入至所述电机4的电压。

所述控制器5包括逻辑运算单元51、连接于所述逻辑运算单元51的存储单元52、计时单元53及PWM生成器54。通常,为了减小电路板体积,会采用等效电容值小的电容进行滤波,如本实施方式中,采用等效电容值为小于15uF的电容C,即当负载变化时,所述电容C端输出的电压会随着负载的变化而变化,导致波形失真。而通过采集第二整流电路2的电压,可得到标准的母线电压周期波形信号,如图2所示,波形Uac为交流电源的输入电压,波形Udc为第二整流电路2经电压检测电路的输出电压,该波形即对应为本实施方式中的母线电压值,该波形不会随负载的变化而变化。通常母线电流会随电压的变化而变化,因此,需要对所述电流进行补偿,通过对所述周期波形信号进行多次采样,并对多次采样时刻t获得的电压值u进行线性拟合,得到斜率k,所述斜率k与所述周期波形信号的相位φ相互对应,根据所述斜率k获得电源频率f;所述控制器5根据所述电源频率f计算补偿电流值icomp;根据所述补偿电流值icomp及母线电流值ifdb生成控制信号给PWM生成器54,以对所述电机4进行控制。

所述控制器5存储有电压预设值,所述控制器5在检测到所述电压值u大于所述电压预设值时,开始采集各个所述采样时刻t对应的所述电压值u,所述逻辑运算单元51通过线性拟合计算所述周期波形信号的斜率k,计算所述斜率k的公式为:

其中:E(t*u)为所述采样时刻t与所述电压值u乘积的数学期望,Et*Eu为所述采样时刻t的数学期望与电压值u的数学期望的乘积,E(t2)为所述采样时刻t的平方的数学期望,(Et)2为所述采样时刻t的数学期望的平方。

具体地,采样可以是在预设的采样时间段内对所述周期波形信号进行采样,请参阅图2及图3所示,所述电源的频率计算步骤如下:S101等时间间隔Δt采样母线电压值,采集所述周期波形信号在所述采样时刻t对应的所述电压值u,所述采样时刻t包括采样时刻t0,t1,t2,……,t,其对应的电压值为u0,u1,u2,……,ui,i为采样点数,采样时间间隔Δt=ti+1-ti,各个所述采样时间间隔Δt相等;S102当检测到所述周期波形信号下一所述采样时刻t对应的所述电压值u大于上一所述采样时刻t对应的所述电压值u,且所述电压值u大于预设的电压阈值Vthr时,即ui>ui-1,u1~ui>Vthr,开始采集所述采样时刻t对应的所述电压值u,进行所述斜率k的计算;S201根据公式:

计算斜率k,其中n为大于1的正整数,其中i=0,1,2,……n-1,为n个采样点数,ti与ui乘积的累加,为n个采样点数,ti的累加与ui的累加的乘积,为n个采样点数,ti的平方的累加,为n个采样点数,ti的累加的平方,为了进一步减小软件的计算开销,正整数n=2m,m为正整数;S301判断斜率k是否等于预设斜率值,所述控制器5存储有预设斜率值,本实施方式中,所述预设斜率值为0,即对应的所述周期波形信号的相位为90°,在其他实施方式中,所述预设斜率值可以为任一值;S401若判断斜率k等于所述预设斜率值,存储对应的时间为时间T;若判断斜率k不等于所述预设斜率值,返回S101重新判断。按照以上步骤进行多次采样,获取N个斜率k为所述预设斜率值的时间,且当第一次获取所述斜率k为所述预设斜率值的时间为起始时间T0,并获取N个斜率k为所述预设斜率值的最终时间TN,所述最终时间TN为所述周期波形信号为90°的N倍对应的时间,根据公式Tp=(TN-T0)/N计算一个周期时间,所述控制器5通过将所述周期时间求倒数,获取电源频率f。

请参阅图4所示,为电流校正电路图,所述控制器5存储所述电容C的电容值,并根据所述电压值u及所述电源频率f通过公式计算补偿电流值icomp,所述补偿电流值icomp的公式为:其中Cdc为电容值,U为采样的所述电压值u的有效值,ωin为电源角频率,等于2∏f,sign为符号函数。所述控制器5存储有目标电流参考值iref,所述目标电流参考值iref减去所述补偿电流值icomp以获得校正电流参考值i* ref,将所述母线电流值ifdb与校正电流参考值i* ref进行PI控制,得到控制信号,所述控制器5根据所述控制信号改变占空比以驱动所述电机4。通过实时改变补偿电流值icomp,可实现电流随周期波形信号的相位变化而进行实时补偿,以保证母线电流稳定,从而稳定输出功率。

本发明电机电流控制方法通过设有两个整流电路,通过设有两个整流电路,且从前侧的整流电路获得母线电压的周期波形信号,通过线性拟合获得电源频率f,控制器5根据电源频率f计算补偿电流值icomp,得到校正电流参考值i* ref,与母线电流值ifdb对比生成控制信号,以对电机4进行控制,使得即使采用无极性电容,也能采集到相对稳定的母线电压,能够精准地对母线电流进行校正,以使得输出功率稳定。

本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到,在不脱离本发明原理和范畴的前提下,本发明的电流控制方法还有其他很多的替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。

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