一种无刷直流电机的控制装置和系统制造方法及图纸

公开了一种无刷直流电机的控制装置和系统。该装置包括位置检测单元、参考产生单元、电流测量单元、计算单元、相位调整单元和驱动单元。其中，位置检测单元用于检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。参考产生单元用于根据电机转子的位置信号，选取参考时刻。电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据电机的相电流，获取参考时刻的相电流。计算单元用于根据参考时刻的相电流，计算电机的直轴电流。相位调整单元用于根据电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整电机线圈驱动电压的相位。驱动单元用于根据电机转子的位置信号和电机线圈驱动电压的相位，输出电机线圈的驱动信号，以推动电机转子转动。

A control device and system for brushless DC motor

A control device and system for brushless DC motor are disclosed. The device comprises a position detecting unit, a reference generating unit, a current measuring unit, a calculating unit, a phase adjusting unit and a driving unit. The position detection unit is used to detect the position of the motor rotor and obtain the position signal of the motor rotor. The reference generation unit is used to select the reference time according to the position signal of the motor rotor. The current measuring unit is used to measure the phase current of the motor, and according to the phase current of the motor, the phase current at the reference time is obtained. The calculation unit is used to calculate the direct axis current of the motor according to the phase current at the reference time. The phase adjustment unit is used to adjust the phase of the motor coil drive voltage according to the difference between the direct axis current of the motor and the expected target current value. The driving unit is used to output the driving signal of the motor coil according to the position signal of the motor rotor and the phase of the motor coil driving voltage, so as to drive the rotor rotation.

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机的控制装置和系统
本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种无刷直流电机的控制装置和系统。
技术介绍
无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。无刷电机的绕组呈电感特性，因此电机相电流滞后于所施加的电压。为达成效率优化、高速运转等控制目标，通常需要在驱动电压上施加一定的相位超前角。在一些应用中，经常采用近似估算的方法来计算相位超前角。传统的是通过测量变量，如平均电流、电流峰值、速度，或控制变量来估算所需的超前角，并在目标工作点上通过增益或偏置等做优化配置。这类算法存在明显的局限性：由于只是在特定工作点达成控制目标(如效率优化)，一旦电机偏离目标工作点较多，电机运转状态就会偏离目标较多(如效率降低)，甚至发生飞车等危险情况；优化配置的具体参数与电机本体参数和负载特性等都直接相关，会造成控制方案无法在多种电机和负载上通用。这些对电机系统的可靠性、一致性和批量生产及物料管理等造成不利。
技术实现思路
本申请提供了一种无刷直流电机的控制装置和系统。该装置首先选定参考时刻，在参考时刻计算电机的直轴电流，根据直轴电流与预期目标电流值的关系，自动调整电机线圈驱动电压的相位，以实现无刷直流电机在不同负载特性下的自适应控制，进而提高无刷直流电机系统的性能、可靠性及一致性，以及降低物料管理难度。第一方面，提供了一种无刷直流电机的控制装置。该装置包括：位置检测单元、参考产生单元、电流测量单元、计算单元、相位调整单元和驱动单元。其中，位置检测单元用于检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。参考产生单元用于根据电机转子的位置信号，选取参考时刻。电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据电机的相电流，获取参考时刻的相电流。计算单元用于根据参考时刻的相电流，计算电机的直轴电流。相位调整单元用于根据电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整电机线圈驱动电压的相位。驱动单元用于根据电机转子的位置信号和电机线圈驱动电压的相位，输出电机线圈的驱动信号，以推动电机转子转动。在一种可选的实现中，位置检测单元包括一个或多个霍尔元件，每个霍尔元件间相隔一定电角。霍尔元件用于根据电机转子的磁场来检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。在一种可选的实现中，参考产生单元具体用于根据电机转子的位置信号，在一个电周期中选取一个或多个参考时刻。在一种可选的实现中，电流测量单元具体用于根据电机的相电流，测量参考时刻的相电流，从而获取参考时刻的相电流。在一种可选的实现中，电流测量单元，具体用于根据电机的相电流在一个电周期的测量值，估计参考时刻的相电流，从而获取参考时刻的相电流。在一种可选的实现中，直轴电流id表示为：id＝AMP[iUcos(θ)+iVcos(θ-2/3π)+iWcos(θ+2/3π)]，其中，id为与电机转子同步的旋转坐标系中直轴的电流，iU、iV和iW为三相相电流形成的静止坐标系中U轴、V轴和W轴的相电流，AMP为三相相电流形成的静止坐标系向与电机转子同步的旋转坐标系转换的归一化系数，2/3π为U轴、V轴和W轴相电流两两之间的夹角，θ为在参考时刻的所述U轴与直轴的夹角。在一种可选的实现中，当电机为多相电机时，相位调整单元根据各相线圈的直轴电流与相应预期电流目标电流值的差值，统一调整各相线圈的相位，或者分别调整各相线圈的相位。在一种可选的实现中，驱动单元输出的电机线圈的驱动信号是脉冲宽度调制信号。第二方面，提供了一种无刷直流电机的控制系统。该系统包括：电机控制装置包括第一方面中描述的无刷直流电机控制装置，输出电机线圈的驱动信号。功率开关电路，包括功率器件，根据无刷直流电机控制装置输出的驱动信号控制功率器件的导通或关闭，进而向电机线圈输出驱动电压。无刷直流电机，包括电机转子，在驱动电压的作用下，推动电机转子转动。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本技术实施例提供的一种无刷直流电机的控制装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种三相无刷直流电机的位置信号、相电流、调制信号及参考时刻的示意图；图3为本技术实施例提供的一种三相无刷直流电机旋转坐标系的示意图；图4为本技术实施例提供的一种无刷直流电机控制系统；图5为与图1对应的一种无刷直流电机控制集成电路的结构示意图；图6为三角载波对调制信号的调制过程的示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。无刷直流电机通常使用一个或多个位置传感器来检测电机转子位置，并根据转子位置信号及调制算法输出各相驱动信号，进而形成旋转磁场并推动转子旋转起来。无刷电机的绕组呈电感特性，因此电机相电流滞后于所施加的驱动电压。为达成效率优化、高速运转等控制目标，通常需要在驱动电压上施加一定的相位超前角。本申请首先选定参考时刻，通过在参考时刻计算电机的直轴电流，根据直轴电流与预期目标电流值的关系，自动调整电机线圈驱动电压的相位，以实现无刷直流电机在不同负载特性下的自适应控制，进而提高无刷直流电机系统的性能、可靠性及一致性，以及降低物料管理难度。其中，直轴电流为在与电机转子同步、以磁场方向为直轴、以垂直于磁场方向为交轴的旋转坐标系中，电机各相相电流在直轴上的电流分量之和。下面以三相无刷直流电机为例，对本实施例所提供的电机控制装置做进一步的阐述。图1为本技术实施例提供的一种无刷直流电机的控制装置的结构示意图。如图1所示，该无刷直流电机的控制装置可以包括：位置检测单元110、参考产生单元120、电流测量单元130、计算单元140、相位调整单元150和驱动单元160。位置检测单元110检测电机转子的位置，并根据电机转子的位置，获取相应位置信号。以三相无刷直流电机为例，位置检测单元110可以包括三个霍尔元件，并相隔一定电角(如120度)排列。霍尔元件根据电机转子的磁场来检测转子位置，获取相应转子的位置信号，该位置信号为电压信号。可以理解的是，在非三相无刷直流电机的情况下，位置检测单元110可以包括至少一个霍尔元件。如图2所示，HU、HV和HW为三相位置信号，IU、IV和IW分别为U、V和W三相线圈的相电流，SU、SV和SW分别为U、V和W三相线圈的调制信号，也就是说，根据三相位置信号HU、HV和HW和依照一定算法产生的调制信号SU、SV和SW。参考产生单元120，用于根据转子的位置信号，选取参考时刻。理论上，一个电周期中的任何时刻都可以选取为参考时刻，且可以选取一个或多个参考时刻。参考时刻的选取可从计算简便、控制精度等方面考虑。如图2所示，RU、RV和RW分别为与HU、HV和HW三相位置信号对应的参考时刻。电流测量单元130测量电机的相电流，并根据电机的相电流，获取参考时刻相电流。具体为，电流测量单元130对相电流的测量可能是实时的，也可能间断的。相应地，参考时刻相电流的大小，可以由所述电流测量单元130在参考时刻直接测量得到，也可以通过该相电流此前的测量值估计得到。例如，使用电流传感器时，相电流可以实时测量。或，当利用线圈上串联的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：位置检测单元，用于检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置，获取所述电机转子的位置信号；参考产生单元，用于根据所述电机转子的位置信号，选取参考时刻；电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据所述电机的相电流，获取所述参考时刻的相电流；计算单元，用于根据所述参考时刻的相电流，计算所述电机的直轴电流；相位调整单元，用于根据所述电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整所述电机线圈驱动电压的相位；驱动单元，用于根据所述电机转子的位置信号和所述电机线圈驱动电压的相位，输出所述电机线圈的驱动信号，以推动所述电机转子转动。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机的控制装置，其特征在于，所述装置包括：位置检测单元，用于检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置，获取所述电机转子的位置信号；参考产生单元，用于根据所述电机转子的位置信号，选取参考时刻；电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据所述电机的相电流，获取所述参考时刻的相电流；计算单元，用于根据所述参考时刻的相电流，计算所述电机的直轴电流；相位调整单元，用于根据所述电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整所述电机线圈驱动电压的相位；驱动单元，用于根据所述电机转子的位置信号和所述电机线圈驱动电压的相位，输出所述电机线圈的驱动信号，以推动所述电机转子转动。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述位置检测单元包括一个或多个霍尔元件，每个所述霍尔元件间相隔一定电角；所述霍尔元件根据所述电机转子的磁场来检测所述电机转子的位置，获取所述电机转子的位置信号。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考产生单元根据所述电机转子的位置信号，在一个电周期中选取一个或多个参考时刻。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流测量单元根据所述电机的相电流，测量所述参考时刻的相电流，从而获取所述参考时刻的相电流。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流测量单元根据所述电机的相电流在一个电周期的测量值，估计所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建辉，张卫新，许卫征，
申请(专利权)人：上海晶丰明源半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31