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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电机的控制装置，包括：数据采集模块101、控制模块102和执行模块103；

控制模块102分别与数据采集模块101和执行模块103相连接；

数据采集模块101，用于获取启动模式命令和端口信号，并将采集到的启动模式命令和端口信号发送给控制模块102；

控制模块102，用于根据启动模式命令确定控制方式，根据端口信号确定电机的转子信息，并根据控制方式和转子信息向执行模块103发送控制指令；其中，控制方式包括电压输出的波形和电角度，转子信息包括位置和速度中的至少一个；

执行模块103，用于根据控制指令向电机输出控制电压。

在本发明实施例中，通过利用数据采集模块获取启动模式命令和端口信号，然后控制模块根据启动模式命令确定对待控制电机进行控制的控制方式，即确定对待控制的电机输出的波形以及电角度等情况，以及根据端口信号确定电机转子的位置和速度等转子信息，如此控制模块可以据此生成相应的控制指令发送给执行模块，从而执行模块能够根据该控制指令向电机输出控制电压。因此，本方案能够根据电机的控制电压需求，通过调节启动模式命令和端口信号来实现控制电压的调节，从而提高对电机进行控制的通用性。

具体地，本发明实施例所提到的控制方式包括电压输出的波形和电角度，比如电压输出的波形可以为正弦波、方波和阶梯波等，而电角度可以90°、120°、150°和180°等。也就是说，控制模块向执行模块发送的控制指令可以包括向电机输出120°方波和180°正弦波等类型的电压，具体可以根据电机的需求进行相应的输出。当然，也可以在电机运行的不同阶段采取不同的控制方式，比如在电机的启动阶段采用120°方波控制方式对电机进行控制，在电机低速运行阶段采用180°阶梯波电流控制方式对电机进行控制，在电机高速运行阶段采用正弦波电流控制方式对电机进行控制。

基于图1所示的电机的控制装置，如图2和图3所示，数据采集模块101包括：传感器检测单元1011和逆变相电流采样单元1012，传感器检测单元1011用于采集端口信号，逆变相电流采样单元1012用于采集电阻相电流；

控制模块102在执行根据端口信号确定电机的转子信息时，用于执行如下操作：

根据传感器检测单元1011发来的端口信号，确定是否存在传感器；

如果存在传感器，则根据传感器检测单元1011发来的端口信号确定转子信息；

如果不存在传感器，则根据接收到的由逆变相电流采样单元1012发来的端口信号确定转子信息。

由于利用传感器获取电机转子的精度和准确性会更高，因此优先考虑采用传感器来获取电机的转子信息。具体地，通过检测是否能接收到如图2中的传感器检测单元1011发来的端口信号来确定是否存在传感器，如果能够接收到该端口信号，则说明该电机的控制装置中存在传感器，进而可以优先采用该传感器来确定电机的转子信息。如果接收不到传感器检测单元1011发来的端口信号，则说明该电机控制装置中没有传感器，则可以通过如图3中所示的逆变相电流采样单元1012发来的端口信号，根据接收到的电流信号对转子信息进行估算。对于无传感器的转子信息确定过程中，采用算法估算器对转子的位置和速度进行估算，该估算方式为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在本发明实施例中，对传感器的种类不作具体限定，其可以包括速度传感器、位置传感器、霍尔传感器以及编码器等，能够通过直接或间接采集信号来确定电机转子信息的传感器均可以被优先作为获取转子信息的方式。

在一种可能的实现方式中，在对电机进行控制时，控制模块102接收到的控制指令可以由软件预设来实现，也可以通过硬件由用户触发来实现。通过软件预设的方式可以选择采用时间间隔切换的方式来实现，也可以通过检测电机的运行状态来实现控制方式的自动切换，此方式在后面会进行进一步说明。

通过硬件的方式来实现控制时，具体地，数据采集模块101可以考虑增加模式切换单元，模式切换单元用于生成第一标识信息和第二标识信息。其中，第一标识信息用于标识控制方式的类型，第二标识信息用于标识是否采用传感器采集到的信号确定转子信息。如此，控制模块102除了可以根据第一标识信息确定采用哪种控制方式来对电机进行控制外，还可以在第二标识信息为采用传感器采集到的信号确定转子信息时，从传感器检测单元1011获取转子信息。以及在第二标识信息为不采用传感器采集到的信号确定转子信息时，从逆变相电流采样单元1012获取电阻相电流，并根据电阻相电流确定转子信息。

例如，第一标识信息和第二标识信息构成的模式控制指令由用户预先定义，可以包括是否带霍尔传感器、120°控制、180°控制和双算法自动切换等信息，实现方式可由按键或者拨码开关通过高低电平方式传输给控制模块102。对于该模式控制指令可以设置三位状态，第一位表示霍尔信息(即第二标识信息)，比如：“0”表示不带霍尔传感器，“1”表示带霍尔传感器。第二位和第三位组合实现不同的算法控制(即第一标识信息)，比如“00”和“11”表示算法自动切换，“10”强制执行120°控制算法，“01”表示强制执行180°控制算法。

当然需要指出的是，此处以双控制算法为例进行了说明，在其他的可能实现方式中，控制方式可以包括但不仅限于这两种，当大于两种控制方式时，可以采用增加标识位的方式来实现。例如，设置四位状态位，由第二、第三和第四位来组合实现不同的算法控制。

在一种可能的实现方式中，控制模块102在对电机进行控制输出时，首先需要拖动电机进行预运行，以为后续由传感器检测单元1011获取转子信息以及采集相电流和电平翻转信息提供可能性。具体地，如图1和图3所示，控制模块102根据预设值对所输出的电平占空比进行固定，并经过驱动器进行电平放大获得第一电平，然后将该第一电平输入到逆变输出模块1031，由逆变输出模块1031输出电压拖动电机进行预运行。在本发明实施例中，驱动器可以考虑采用高压芯片HVIC、全控型功率开关管等器件，控制模块由MCU芯片构成。

在一种可能的实现方式中，如图2和图3所示，当控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行120°方波控制，且检测到第二标识信息表征采用传感器信号确定转子信息时，执行如下操作：

在电机处于预运行状态时，获取传感器检测单元1011检测到的转子信息，调节输出信号到驱动器；

控制驱动器进行电平放大获得第二电平，并将第二电平输出到逆变输出模块1031；

控制逆变输出模块1031根据第二电平输出三相交流电，并将该三相交流电作用于电机。

具体地，接上述第一标识信息和第二标识信息例，当模式控制指令为“110”，即控制模块102检测到采用霍尔传感器信号确定转子信息，并采用120°方波控制时：读取霍尔传感器的霍尔状态，根据霍尔状态与三相桥臂开关状态关系数组，得到相应的开关状态，每次霍尔状态的跳变沿为三相桥臂状态切换的时间点(换相点)，霍尔相邻状态间的扇区为一个电周期的六分子一(60°)，用定时器记录60°扇区所用的时间，从而计算电流频率，得到电机的转速，以电流环为内环，速度环为外环，电机进行闭环控制。

例如，在电机匀速运行阶段时，可以通过如下公式获得转子的位置：

其中，ω_i-1为转子在当前扇区的前一个扇区内的速度，T_i-1为转子在当前一个扇区的运行时间，θ_s为转子当前位置，θ_i为当前扇区的起始位置，T_s为转子进入当前扇区的时间。

在一种可能的实现方式中，如图3和图4所示，当控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行120°方波控制，且检测到第二标识信息表征不采用传感器信号确定转子信息时，执行如下操作：

在电机处于预运行状态时，获取反电动势过零检测单元1013检测到的电平翻转信息；

根据电平翻转信息向逆变输出模块1031输出第三电平；

控制逆变输出模块1031根据输入的第三电平输出三相交流电，并将该三相交流电作用于电机。

具体地，接上述第一标识信息和第二标识信息例，当模式控制指令为“010”时，即控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行120°方波控制，且检测到第二标识信息表征不采用传感器信号确定转子信息时：电流环计算脉宽调制PWM占空比，让定子电流按给定大小和频率拖动电机转子跑，使其进入强拖模式，在电机达到切换电频率时，切换到反电动势控制模式，如图4所示，用电路分压UVW反电势并连接在一起形成一个中性点，每相反电势分压与中性点比较，用一个较高频率定时器中断读取相比较器输出状态，若输出电平发生翻转，说明该相反电动势产生过零，找到过零点延迟30°电角度再换相。根据电路Isense电流采集值与预设值差值误差，不断调整占空比，形成电流闭环。

在一种可能的设计中，如图2和图3所示，当控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行180°正弦波控制，且检测到第二标识信息表征采用传感器信号确定转子信息时，执行如下操作：

在电机处于预运行状态时，获取传感器检测单元1011的转子信息；

根据转子信息对交轴电压和直轴电压进行调节，计算第一空间电压矢量；

将第一空间电压矢量输入到驱动器，以使驱动器进行电平放大获得第四电平；

将第四电平输入到逆变输出模块1031，以使逆变输出模块1031根据第四电平输出三相交流电，并将该三相交流电作用于电机。

在一种可能的设计中，如图2和图3所示，当控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行180°正弦波控制，且检测到第二标识信息表征采用传感器信号确定转子信息时，执行如下操作：

在电机处于预运行状态时，获取逆变相电流采样单元1012采集到的电阻相电流和电流采样放大模块1014采集到的采样电流；

根据电阻相电流和采样电流确定转子信息；

根据转子信息和预设的目标值对交轴电压和直轴电压进行调节，计算第二空间电压矢量；

将第二空间电压矢量输入到驱动器，以获得经驱动器进行电平放大的第五电平；

具体地，接上述第一标识信息和第二标识信息例，当模式控制指令为“101”时，即控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行180°正弦波控制，且检测到第二标识信息表征采用传感器信号确定转子信息时；以及当模式控制指令为“001”时，即控制模块102检测到第一标识信息表征的控制方式为执行180°正弦波控制，且检测到第二标识信息表征不采用传感器信号确定转子信息时：采用霍尔传感器的情况下，获取霍尔传感器值并计算电机的转子速度ω₁和位置θ₁，不带霍尔传感器的情况下，采用逆变相电流采样单元1012的三电阻或单电阻相电流值估算转子速度ω和位置θ，获得电机转子的位置信息后，将采用霍尔传感器得到的转子位置θ₁或不采用霍尔传感器的转子位置θ与预设值进行比较，误差经位置环输出速度参考值Speed_Ref，将该速度参考值Speed_Ref与ω₁或ω进行比较，误差经速度环输出电流参考值Iq_Ref。然后将电流采样放大模块1014采集到的采样电流经Clark和Park变换产生Iq，并将电流参考值Iq_Ref与变换产生的该Iq进行比较，误差经电流环输出V_q。三相电流经Clark和Park产生的I_d_Ref预设值比较，误差同步经电流环输出V_d，由采用霍尔传感器的情况下的V_d、V_q和θ₁，或不采用霍尔传感器情况下的V_d、V_q和θ，经Park逆变换器产生V_α和V_β，然后经空间电压矢量调制SVPWM输出UN、UP、VN、VP、WN和WP控制信号，并输入到逆变输出模块1031，产生三相控制线电压Ua、Ub和Uc作用于电机。

在一种可能的设计中,当模式控制指令为“X00”(包括“000”和“100”)或“X11”(包括“011”和“111”)时为自动切换模式。由于180°正弦波控制方案的控制精度更高，因此在应用中，考虑优先采用180°正弦波控制算法进行电机启动和运行控制。当检测到启动失败、采样电流采集异常或者高负荷带载功率波动等故障频繁发生时，自动切换到120°控制算法方案，在运行过程中，实时检测霍尔状态值和反电动势过零点检测值，并根据需要正常控制切换输出，保证驱动性能提升和驱动功能的平稳性。

在一种可能的设计中，由控制模块102控制上述各种控制方式得到的三相交流电作用于电机时，需要实时获取逆变相电流采样单元1012采集到的电阻相电流和电流采样放大模块1014采集到的采样电流，然后根据该电阻相电流和采样电流对三相交流电进行控制量调节，从而能够实现对电机的闭环控制。

需要说明的是，上述图2、图3和图4中各元器件之间的连接关系、功能作用以及电路中所必须的单元(例如图3中电流硬件过流保护电路模块104，以及母线电压检测模块1015等)，其均为本领域技术人员所熟知，在本文中不再进行赘述。同时，需要值得注意的是，上述图2、图3和图4中各元器件是实现数据采集模块101、控制模块102和执行模块103的功能作用的具体组成电路，当然还可以是其它能够实现数据采集模块101、控制模块102和执行模块103的功能作用的电路。也就是说，上述图2、图3和图4中各元器件仅用于对数据采集模块101、控制模块102和执行模块103的举例进行示出，而不代表数据采集模块101、控制模块102和执行模块103必须采用上述图2、图3和图4所示的电路。

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对电机控制装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，电机的控制装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

如图5所示，本发明实施例还提供了基于上述任意一个实施例所提供的电机的控制装置的电机控制方法，包括：

步骤501：利用数据采集模块获取启动模式命令和端口信号，并将采集到的启动模式命令和端口信号发送给控制模块；

步骤502：利用控制模块根据启动模式命令确定控制方式，根据端口信号确定电机的转子信息，并根据控制方式和转子信息向执行模块发送控制指令；其中控制方式包括电压输出的波形和电角度，转子信息包括位置和速度中的至少一个；

步骤503：利用执行模块根据控制指令向电机输出控制电压。

在本发明实施例中，通过利用数据采集模块获取启动模式命令和端口信号，然后控制模块根据启动模式命令确定对待控制电机进行控制的控制方式，即确定对待控制的电机输出的波形以及电角度等情况，以及根据端口信号确定电机转子的位置和速度等转子信息，如此控制模块可以据此生成相应的控制指令发送给执行模块，从而执行模块能够根据该控制指令向电机输出控制电压。因此，本方案能够根据电机的控制电压需求，通过调节启动模式命令和端口信号来实现控制电压的调节，从而提高对电机进行控制的通用性。

本发明还提供了一种计算机可读介质，存储用于使机器执行如本文所述的电机控制方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。