一种直流电机的控制方法技术

本发明专利技术提供一种直流电机的控制方法。该控制方法包括：从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接对应设置的逆变单元的两个信号输出端，通过控制输入到逆变单元的开关信号的脉宽以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波。本发明专利技术提供的技术方案结合改进后电机相负载绕组的接线方式和配合相应的逆变电路，以简洁的控制算法实现正弦波驱动电机的每一相负载绕组使电机运行更高速安静。相比于现有的电机驱动方式，同等条件下本发明专利技术的技术方案电机驱动的效率更高、扭矩更大，并且电机扭矩和转速调节的实现更加简单。且电机扭矩和转速调节的实现更加简单。且电机扭矩和转速调节的实现更加简单。

【技术实现步骤摘要】
一种直流电机的控制方法


[0001]本申请涉及电机运行控制领域，具体涉及一种高效、简洁的直流电机运行的控制方法。

技术介绍

[0002]直流无刷电机(马达)又称节能电机，是由转子(磁铁)及定子(线圈)两个部分所组成。市面上大多数无刷电机为三相，三相电机的定子为三组绕线圈，电流经过线团时所产生的电场对转子产生扭距，从而促使电机运转。目前，所有市面上三相无刷电机为星形(star)或三角形(delta)接法，电机内的三组线圈(每一组线有两端)互相联接，余下来的三端接到电机外部称为三相三线电机，驱动三线电机要用三组半桥。
[0003]直流电机驱动器输出在三组电圈上的有效电压为正弦波，为此，三相三线电机用SpaceVectorModulation(空间向量调变)产生的PWM(控制脉冲宽度调变)驱动三组半桥。通常三线三相电机的控制方法都是基于磁导向控制原理，其一般分成以下几个步骤：
[0004]1)三相电流采样及数码化；
[0005]2)Clarke转换将三相电流Ia,Ib,Ic电流变成二相电流I_alpha,I_beta；
[0006]3)Park转换将交流的I_alpha,I_beta变成直流Id,Iq，Id影响电机flux(通率)而Iq控制电机的扭距(torque)；
[0007]4)利用PI controller将直流的Id,Iq作为闭环控制的直流参量进行积分得到V
q
，V
d
；
[0008]5)利用Inverse Park将V
q
，V
d
转换成交流的V_alpha，V_beta；
[0009]6)由于Park变换及Inverse Park变换都需要得知当时转子的角度(位置)，angle estimator就能利用驱动电压V及检测电流I的关系计算出当时电机的速度及角度(角度为速度的积分)
[0010]7)最后就是将V_alpha,V_beta转换成三相三线绕组的控制信号。
[0011]由此可见，三相三线直流电机的运行控制计算过程比较复杂，线圈电压调节比较麻烦。另外，三相三线直流电机的驱动效率低：若直流电机的三相线圈若采用星型连接，三相半桥产生在线圈上的有效电压永远低于系统的工作电压，大概为若采用三角形连接,则为了使电机线圈绕组获得相同有效电压，线圈圈数比采用星型连接时线圈圈数要多。

技术实现思路

[0012]针对上述直流电机控制方法存在的不足，本专利技术综合改进电机相负载绕组的接线方式和相应的驱动电路，提出一种更高效、更简洁的直流电机控制方法使电机运行更高速安静。
[0013]本专利技术提供的技术方案，具体实现为：
[0014]一种直流电机的控制方法，该控制方法包括：从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接单独的全桥逆变单元的两个信号输出端，基于PWM调制原理，通过反克拉克变换产生输入到全桥逆变单元的开关信号以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波，并调节驱动每一相负载绕组的正弦波的幅度、频率。优选地，所述逆变单元的所有开关管为GaN功率管。
[0015]进一步地，所述全桥逆变单元包括相互串联的逆变全桥，每一个逆变全桥均设置独立、输出电压恒定且相等的电源；所述逆变单元的输出电压等于对应负载绕组两端的电压。相应地，所述控制方法还包括：对所述逆变单元每个半桥上对应的两个开关管的状态组合进行状态编码，并基于所述状态编码采用控制器的一个IO通过反相器输出两个相位相反的控制信号对同一个半桥的两个开关管进行控制；基于上述逆变单元，可以在不调节开关信号的脉宽、仅通过控制所述开关状态的组合实现驱动每一相负载绕组的正弦波幅值在若干级电平之间快速切换。
[0016]进一步地，所述控制方法还包括：采用集成有坐标旋转数字计算模块的可编程逻辑器件作为产生控制逆变单元开关信号的控制器。
[0017]本专利技术综合改进电机相负载绕组的接线方式和相应的驱动电路提供的直流控制方法，不仅便捷地实现以正弦波驱动电机的每一相负载绕组使电机运行更高效、安静，而且能够仅通过控制所述开关状态的组合实现驱动每一相负载绕组的正弦波幅值在若干级电平之间快速切换，方便地调节扭矩和转速。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
[0019]图1为本专利技术提供直流电机控制方法在一个实施例中的流程图。
[0020]图2为本专利技术中直流电机负载绕组的接线关系示意图。
[0021]图3为本专利技术中逆变单元在一个实施例中的电路图。
具体实施方式
[0022]下面将结合实施例对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术提供的直流电机的控制方法的一个实施例如图1所示。该控制方法包括以下步骤：
[0024]S1，设置一定数量的全桥逆变单元；
[0025]S2，从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端；
[0026]S3，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接单独的全桥逆变单元的两个信号输出端；
[0027]S4,基于PWM调制原理，通过反克拉克变换产生输入到逆变单元的开关信号以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波，并调节驱动每一相负载绕组的正弦波的幅度、频率。
[0028]在步骤S3中采用了全桥逆变单元双线驱动直流电机的一相负载绕组。对应的接线关系如图2所示，直流电机的各负载绕组之间没有公共的连接点，各相绕组的信号之间没有耦合。在采用相同的直流电压作为驱动电源时，其在负载线圈上产生有效电压相对于三相半桥驱动要高。
[0029]由于驱动直流电机相负载绕组的最佳电压信号为正弦信号。同样由于这样的接线设置，在步骤S4中可以基于脉宽调制原理，通过控制输入全桥逆变单元的开关管的开关信号的脉宽和频率，就可以在负载绕组两端产生正弦信号(负载绕组的电感作用)。相应的开关信号无需经过PI积分、派克变换，仅基于克拉克逆变换就可以产生；因此，大大简化了直流电机控制信号的计算过程。
[0030]进一步地，所述全桥逆变单元包括相互串联的逆变全桥，每一个逆变全桥均设置独立、输出电压恒定且相等的电源。显然，将逆变单元的两个输出端接单相负载绕组的两个输入端时，所述逆变单元的输出电压等于对应负载绕组两端的电压。
[0031]为了节省控制器的IO资源，所述控制方法还包括：对所述逆变单元每个半桥上对应的两个开关管的状态组合进行状态编码，并基于所述状态编码采用控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流电机的控制方法，其特征在于，该控制方法包括：从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接单独的逆变单元的两个信号输出端，基于PWM调制原理，通过反克拉克变换产生输入到全桥逆变单元的开关信号以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波，并调节驱动每一相负载绕组的正弦波的幅度、频率进行。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述逆变单元包括相互串联的全桥逆变全桥，每一个逆变全桥均设置独立、输出电压恒定且相等的电源；所述逆变单元的输出电压等于对应负载绕组两端的电压。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：每个半桥上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振韬，
申请(专利权)人：深圳山河半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：