专利名称：一种无刷直流电机控制方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷直流电机控制方法及其装置，属于无刷直流电机控制方法及控制器设计。
背景技术：
无刷直流 电机系统由电动机本体、驱动控制器和霍尔位置传感器三部分组成。无刷直流电动机本体主要由定子和转子两大部分组成，与普通直流电机不同的是，绕组在定子上，而转子是永磁体，用来产生气隙磁场。驱动控制器用来实现对无刷直流电机的换向控制，使定子绕组中流过电流，产生定子磁场，并与转子磁场相互作用，驱动转子旋转，实现对电机电压电流转速的控制。霍尔位置传感器用来检测转子磁钢的位置，使无刷直流电动机能根据转子的位置实现自控式换向。大部分的无刷直流电机包括电机本体和霍尔位置传感器，但无刷电机及驱动控制器多采用分离式结构设计，电机多采用圆柱体结构，驱动控制器多采用长方体结构，中间采用8根线连接，包括5根霍尔3根电源线。驱动控制器通过电源线给电机供电，通过霍尔线得到电机转子位置信号。无刷直流电机控制方法多采用速度闭环PID控制。PID控制包含比例、积分和微分3种控制规律，是一种线性控制器，其作用是按给定电机转速和实测电机转速的偏差的比例加积分加微分形成控制量，去控制电机的电压，从而控制电机的转速，使电机转速趋于给定。采用分离式结构的电机及控制器在实际应用中存在不足之处，具体表现在以下几
占-
^ \\\ ·(I)电机和驱动器之间的导线裸露在外界环境中，易受到恶劣环境的侵蚀，容易断裂，损坏，影响系统的可靠性；(2)影响系统的密封性，难以实现动密封，尤其系统处在水、油等液体中，密封性差将导致电机及控制器失效；(3)圆柱体电机和长方体控制器搭配占用较大体积，壳体增加了系统重量，难以满足现在先进设备，如飞机，导弹等对微型化的要求。(4)小功率电机本体占用体积小，而控制器考虑元器件分布及散热等问题占用很大体积，导致系统整体功率密度低。并且在无刷直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流。另外，有时电动机可能会遇到堵转的情况，例如由于故障、机械轴被卡住或电机运行时负载过大等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节继续运行下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无刷直流电机控制方法及其装置。技术方案一种无刷直流电机控制方法，其特征在于根据电机速度反馈值和速度参考值的误差的大小采用位置式PI算法计算出控制这些误差收敛的速度负反馈输出，再减去电流截止负反馈的输出，得到的参考斩波幅值与周期序列信号相与产生PWM斩波信号，通过控制PWM斩波信号的占空比来控制电机相电压，从而控制电机转速的方法，具体依次含有以下步骤步骤I :根据设定的速度参考值ω*和电机速度反馈值ω进行PI调节，得到速度负反馈L，L=Kp · eu+Ki / eudt，Kp为比例增益，Kp>0，Ki为积分增益KiX),其中θω = ω*-ω ；步骤2 :速度负反馈减去电流截止负反馈的输出ei得到参考斩波幅值F%F*=L_ei=Kp · eM+Ki f GwClt-Gi=Kp · (ω *- ω) +Ki f (co*-co)dt-ei;步骤3:参考斩波幅值F*与周期序列信号F的幅值|F|做差产生PWM斩波信号，Δ F=F*-1FI，Λ F ≥O 则 PWM=O, Δ F〈0 则 PWM=I，F 为频率 f 的三角波，f > O ；步骤4 :得到PWM斩波信号为频率f的方波信号，一个周期T内PWM=I的时间为t1;
PWM斩波信号的占空比为
权利要求
1.一种无刷直流电机控制方法，其特征在于根据电机速度反馈值和速度参考值的误差的大小采用位置式PI算法计算出控制这些误差收敛的速度负反馈输出，再减去电流截止负反馈的输出，得到的参考斩波幅值与周期序列信号相与产生PWM斩波信号，通过控制PWM斩波信号的占空比来控制电机相电压，从而控制电机转速的方法，具体依次含有以下步骤 步骤I :根据设定的速度参考值和电机速度反馈值《进行PI调节，得到速度负反馈 L，L=KP* ejKi f eudt，Kp 为比例增益，Kp>0，Ki 为积分增益 KiX),其中= ；步骤2 :速度负反馈减去电流截止负反馈的输出ei得到参考斩波幅值F%F*=L-ei=Kp .e^+Ki / e ^dt-Gi=Kp ( *- )+Ki / (w*-o)dt_ei; 步骤3:参考斩波幅值与周期序列信号F的幅值|f|做差产生pwm斩波信号，A F=F*-1FI，A F ≥ O 则 PWM=0，A F〈0 则 PWM=I，F 为频率 f 的三角波，f > 0 ； 步骤4 :得到PWM斩波信号为频率f的方波信号，一个周期T内PWM=I的时间为PWM斩波信号的占空比为i瀚出电压的有效值(/_Vd为无刷直流电机母线电压， T17Ud>0, ≥ 0，T>0 ； 步骤5 :将Urms输出至无刷直流电机的三相。
2.跟据权利要求I所述的无刷直流电机控制方法，其特征在于所述的步骤I中电机速度反馈值
3.根据权利要求I所述的无刷直流电机控制方法，其特征在于所述步骤I中设定的速度参考值电机额定速度。
4.根据权利要求I所述的无刷直流电机控制方法，其特征在于所述步骤2中电流截止负反馈的输mei的获取为电机母线电流为i，电机参考电流为Ai=i*-i, Ai>0则e^Ai, Ai〈0则ei=0，为电机最大的允许电流，i*>0, i>0。
5.一种实现权利要求I 4任一项所述的无刷直流电机控制方法的装置，其特征在于包括电源变换电路、主控电路、驱动电路、通信电路、电压电流检测电路和霍尔位置检测电路；连接关系为通信电路通过串口与上位机的输出端相连，并与主控电路连接；主控电路的输出连接驱动电路，驱动电路与电机和电压电流检测电路相连；电压电流连接主控电路，霍尔位置检测电路连接主控电路； 所述通信电路通过串口与上位机的输出端相连，并与主控电路连接；将通信内容通过RS232通信协议与主控电路进行通信；所述通信内容包括电机的启停、调速、母线电压、母线电流； 所述主控电路接收电压电流检测电路和霍尔位置检测电路的信号，及通信电路的控制信号，在主控电路内部进行控制算法的执行，对电压电流检测电路的信号进行处理得到真实的母线电压电流，对霍尔位置检测电路的信号进行处理得到电机速度反馈值，并进行转速闭环产生对应占空比的PWM斩波信号，通过电流截止负反馈对母线电流进行限制，使得系统起动时获得最大的允许电流，主控电路输出的PWM斩波信号给驱动电路； 所述驱动电路接收主控电路的PWM斩波信号的占空比来控制逆变电路功率桥六个功率管的开通和关断，输出三相电压，与电机直接相连；电机得到三相电压，电压的大小决定了电机的转速； 所述霍尔位置检测电路将电机的转子位置信号的电平转换为主控电路可接收的3. 3V电压，连接到主控电路； 所述电压电流检测电路检测母线电压电流信号，并转换为主控电路可接收的低于5V以下的电压，连接至主控电路； 所述电源变换电路连接直流电压源，实现电平转换功能，输出信号分别和其他几个电路连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述控制器与电机为一体化结构，电机的后端盖作为控制器的前端盖，电机的霍尔线和电源线从电机后端盖的接插件引入控制器；所述控制器包括控制板和驱动板，驱动板在前端，控制板载后端，两层板间采用铜柱连接，控制器内部灌装密封，通过接插件引出通信线和电源线；所述控制板上设有电源变换电路、主控电路、通信电路、电压电流检测电路、霍尔位置检测电路；所述驱动板上设有驱动电路。
全文摘要
本发明涉及一种无刷直流电机的控制装置，其特征在于其特征在于包括电源变换电路、主控电路、驱动电路、通信电路、电压电流检测电路和霍尔位置检测电路；连接关系为通信电路通过串口与上位机的输出端相连，并与主控电路连接；主控电路的输出连接驱动电路，驱动电路与电机和电压电流检测电路相连；电压电流连接主控电路，霍尔位置检测电路连接主控电路。本无刷直流电机和控制器的一体化设计，保护了电机和控制器连接导线不够外界恶劣环境的的干扰，提高了系统的可靠性，保证了系统的密封性。系统整体设计为圆柱形，取代了一方一圆的分离式结构，减小了系统体积。
文档编号H02P6/08GK102710189SQ20121016874
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者张 浩, 杨新龙, 窦满峰, 郝晓宇 申请人:西北工业大学