控制方法以及控制系统与流程

本发明涉及控制技术领域，具体涉及用于控制电机的控制方法以及控制系统。

【背景技术】

电机安装在被驱动的设备或零部件上，在电机启动时会出现电机实际运行速度和设定速度不符，后续运行是基于设定速度进行的，就会造成很大的误差，严重时会产生烧机现象，为了避免这种现象出现，需要控制电机的运行速度。

因此，有必要对现有的技术进行改进，以解决以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种控制方法以及控制系统，用于控制电机的运行速度。

为实现上述目的，本发明提供一种控制系统，所述控制系统能够控制电机，所述控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块；所述电机工作时，所述驱动控制模块在所述电机的任一相线圈未施加电压时段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将该相线圈的电压转换为数字信号；所述控制系统存储并在所述电机的任一相线圈未施加电压时段内实时更新所述数字信号；所述中心处理模块读取所述数字信号，通过上次均值或初始值与本次所述数字信号运算等到本次均值；所述中心处理模块对应于预设速度预设有第一阈值和第二阈值，根据所述本次均值是否落在所述第一阈值和所述第二阈值形成的区间内，判断所述电机的运行速度与预设速度是否一致，并发出控制信号。

本发明还提供一种控制方法，所述控制方法能够用于控制电机，所述控制方法通过控制系统控制，所述控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块；所述电机工作时，所述驱动控制模块在所述电机的任一相线圈未施加电压时段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将该相线圈的电压转换为数字信号，所述控制系统存储并在所述电机的任一相线圈未施加电压时段内实时更新所述数字信号；所述中心处理模块读取所述数字信号，并得到所述数字信号的本次均值；所述控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin、第二阈值bemfmax以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(abemfaveri-1+bbemfi)/(a+b)；其中i为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

本发明还提供了一种控制方法，所述控制方法能够用于控制电机，所述控制方法通过控制系统控制，所述控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块；所述电机工作时，所述驱动控制模块在所述电机的任一相线圈未施加电压时段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将该相线圈的电压转换为数字信号，所述控制系统存储并在所述电机的任一相线圈未施加电压时段内实时更新所述数字信号；所述中心处理模块读取所述数字信号，并得到所述数字信号的本次均值；所述控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin、第二阈值bemfmax以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(bemfaveri-1+bemfi)/2；其中i为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

与现有技术相比，控制系统及其控制方法，中心处理模块通过判断本次均值是否落在阈值范围内判断的大小关系判断电机的速度是否与预设速度相符，可以实时对运行速度监控，提高了电机控制的精度。

附图说明

图1包括控制系统的第一种实施方式的功能示意图；

图2包括控制系统的第二种实施方式的功能示意图；

图3包括图1或图2中驱动控制模块的一种实施方式示意图；

图4包括未施加电压的一相线圈电流与时间的对应关系示意图；

图5包括未施加电压的一相线圈电压与时间的对应关系示意图；

图6为电机的a相线圈和b相线圈的电流与时间的对应关系示意图；

图7为控制方法的第一种实施方式的流程示意图；

图8为控制方法的第二种实施方式的流程示意图；

图9为控制方法的第三种实施方式的流程示意图；

图10为控制方法的第四种实施方式的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式的技术特征和优点作详细的说明。

电机包括线圈和转子，控制系统能够控制电机的运行，控制系统包括中心处理模块和驱动控制模块，中心处理模块根据电机的运行状态发送驱动信号控制电机动作，电机工作时，驱动控制模块在电机的任一相线圈未施加电压时段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将该相线圈的电压转换为数字信号；控制系统存储并在电机的任一相线圈未施加电压时段内实时更新数字信号；中心处理模块读取数字信号，通过上次均值或初始值与本次所述数字信号运算等到本次均值；中心处理模块对应于预设速度预设有第一阈值和第二阈值，根据本次均值与是否落在第一阈值和第二阈值形成的区间内，判断电机的运行速度与预设速度是否一致。这样通过本次均值是否落在第一阈值和第二阈值的区间内，判断运行速度与预设速度是否一致，可以实时对运行速度进行监控，有利提高控制的精度。本发明的电机可以应用于电子膨胀阀、电子水阀以及其他采用电机驱动的产品中，下面以电机、控制系统以及控制方法应用于电子膨胀阀进行详细说明。

参见图1，本实施方式中，控制系统2包括总线收发模块21、中心处理模块22、驱动控制模块23以及驱动模块24，电子膨胀阀3包括电机31和阀体32；其中控制系统2连接总线1和电子膨胀阀3；总线收发模块21用于接收总线1发送的控制信号并发送至中心处理模块22；中心处理模块22读取数字信号后进行方法运算并判断电机31的运行状况；电机工作时，驱动控制模块23在电机的任一相线圈未施加电压时段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将其转化成数字信号并存储；当然数字信号也可以存储于其他位置；驱动模块24用于接收驱动控制模块23发送的控制信号，并控制电机31电流供电与关断。当然以上总线收发模块21可以为lin收发模块也可以是其他通信模块如can收发模块或pwm通信模块。

参见图2，本实施方式中，控制系统2包括总线收发模块21、中心处理模块、驱动控制模块23、驱动模块24；其中，中心处理模块集成于汽车热管理中心处理模块22，汽车热管理中心处理模块22除了可以给驱动控制模块23发送控制信号外，还要给汽车的其他设备发送控制信号，这样设置中心处理模块，节省了空间，简化了控制系统的连接；总线收发模块21用于接收lin总线或/和can总线1发送的控制信号并发送至汽车热管理中心处理模块22，其中总线收发模块21也可以是其他通信模块，如pwm通信模块。

图3为的驱动控制模块23的一种实施方式示意图，本实施方式中，驱动控制模块23包括线圈采样保持电路231、adc电路232和逻辑处理寄存器233；线圈采样保持电路231交替从电机的线圈a和线圈b中选择一个作为当前电压采样源，即开始采样时选择线圈a为当前电压采样源，下次采用就选择线圈b为当前电压采样源，这样交替采样，被选中的线圈两端电压被其采样并输出给adc电路232；adc电路232将模拟信号转换为数字信号，并输出；逻辑处理寄存器233包括bemf寄存器234，其存储adc电路232转换的数字信号；adc电路232转换的数字信号就在bemf寄存器234中相应更新；逻辑处理寄存器233基于输入的基准时钟，逻辑处理寄存器233能够给线圈采样保持电路231提供时钟信号，使线圈采样保持电路231对线圈的电压的采集发生在该相线圈未施加电压时段。

逻辑处理寄存器233还包括微步寄存器235，该微步寄存器235保存的值为当前电机运行所处的微步值，因此通过读取该微步寄存器中值即可判断当前电机运行处于什么微步位置；对于电机步进模式设定值为16微步(即一个整步分为16微步来走)时，该寄存器值范围为0到63，该范围对应4个整步，即一个驱动周期，当步进模式设定值更改，该寄存器范围可以相应更改。

参见图7，控制方法的第一种实施方式，其能够判断电机实际运行速度与设定速度是否一致，根据预设速度设置初始值bemfaver0，第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax分别对应与电机设定速度相对应的数字信号的最小值和最大值，控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax，以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(abemfaveri-1+bbemfi)/(a+b)；其中i

为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

通常，一预设速度下对应着一个数字信号bemfi，赋予该速度对应的数字信号bemfi一个误差范围，比如误差范围在正负10％范围内，第一阈值bemfmin＝0.9bemfi，第二阈值bemfmax＝1.1bemfi，如果每次采样得到的数字信号对应的本次均值bemfaveri落在[bemfmin,bemfmax]区间内，说明电机实际运行速度与设定速度在一定的误差范围内相符，否则，电机转速出现异常；如果检测到电机实际速度与设定速度不符，则在屏幕显示或报警提示。采用该控制方法，在电机启动过程中可以实时监测电机的实际运行速度，及时发现并解决问题，有利提高控制的精度。当然误差比例也可以根据控制精度以及系统运行能力设定其他数值，比如在系统运行能力足够的情况下可以设置为5％-20％之间。

图8为控制方法的第二种实施方式，其能够判断电机实际运行速度与设定速度是否一致，根据预设速度设置初始值bemfaver0，第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax分别对应与电机设定速度相对应的数字信号的最小值和最大值，控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax，以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(bemfaveri-1+bemfi)/2；其中i为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

本实施方式与第一实施方式不同之处在于：本实施方式中将上次均值的系数以及本次数字信号的系数均定为1，这样等到本次平均数，这样对于系统的运算更加简单，有利于减少对系统的占用，有利于提高系统运行速度。

图9为控制方法的第三种实施方式，其能够判断电机实际运行速度与设定速度是否一致，根据预设速度设置初始值bemfaver0，第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax分别对应与电机设定速度相对应的数字信号的最小值和最大值，控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax，以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

b3、判断读取的所述数字信号bemfi的时刻是否在所述电机的任一相所述线圈未施加电压的时段内，如果是，返回执行步骤a2，如果否，执行步骤a3；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(bemfaveri-1+bemfi)/2；其中i为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

与第二种实施方式的主要区别在于，包括步骤b3、判断读取的所述数字信号bemfi的时刻是否在所述电机的任一相所述线圈未施加电压的时段内，如果是，返回执行步骤a2，如果否，执行步骤a3；通过设置步骤b3来排除掉中心处理模块22从bemf寄存器读取的线圈的电压与反向电动势不符合的情况，进一步提高控制的可靠性。

当然本实施方式是在第二实施方式的基础上进行说明，其中步骤b3也可以用于第一种实施方式，能够解决与本实施方式相同的技术问题并达到相同的技术效果。

驱动控制模块23在电机的任一相线圈未施加电压时间段采集未施加电压的该相线圈的电压，并将该相线圈的电压转换为数字信号，在该时间段内，驱动控制模块23对线圈的电压进行多次采样，采样次数取决于电机速度和采样频率，通常，电机速度越大，采样频率越大，对线圈电压的采样次数就越多，每次线圈电压采样值都会被实时更新到bemf寄存器234中，结合参见图4和图6，图6中第一时段ta0(对应微步值为0)和第二时段tb0(对应微步值为16)分别对应为a、b相线圈未施加电压时间段，采集该线圈的电压在该时段内发生，这样微步为0，即第一时段ta0最后一次电压采样值保存在bemf寄存器234，会一直保存到第二时段tb0之前，第一时段ta0对应图4所示的第一时刻t1和第二时刻t2之间的时段，驱动控制模块23在第一时刻t1和第二时刻t2之间，对线圈电压不断采样，并更新保存于bemf寄存器234；如图5所示，本实施方式中，根据电机的速度，第一次采样s10，最后一次采样s27，采样的次数为18次，每次采样值都会被更新并保存到bemf寄存器234，第二时刻t2以后，bemf寄存器保存最后一次的采样值保持直到第二时段tb0的开始时刻，如图6中，第一时段ta0的结束时刻至第二时段tb0的开始时刻，bemf寄存器234一直保存最后一次的采样值。

图5所示，第一次采样s10到第18次采样s27发生在第一时段ta0内，该时段对应的微步寄存器235的同一个微步值；如果电机步进模式设定值为16微步，微步寄存器235对应值范围可以为0到63，该范围对应4个整步，即一个驱动周期，该微步值分别为0，16，32，48，微步值为0时，对应图4所示的第一时刻t1和第二时刻t2之间的时段。

参见图4，刚对线圈停止施加电压时即第一时刻t1，线圈的电流不是马上变为零，总是存在第一时刻t1至延迟时刻tdecay时刻之间的线圈电压不是线圈实际反向电动势的问题；这样，可以在逻辑处理寄存器233中集成延时模块236，使得中心处理模块22从驱动控制模块23里读取的数字信号bemfi在延迟时刻tdecay之后，使得采集到的线圈的电压更接近实际反向电动势，进一步提高控制可靠性；也可以利用步骤b3，使得中央处理模块读取数字信号的时间在第二时刻t2之后，使得采集到的线圈的电压更接近实际反向电动势，进一步提高控制可靠性。

图10为控制方法的第四种实施方式，其能够判断电机实际运行速度与设定速度是否一致，根据预设速度设置初始值bemfaver0，第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax分别对应与电机设定速度相对应的数字信号的最小值和最大值，控制方法包括以下步骤：

a1、读取第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax，以及初始值bemfaver0；

a2、读取数字信号bemfi；

b3、判断读取的所述数字信号bemfi的时刻是否在所述电机的任一相所述线圈未施加电压的时段内，如果是，返回执行步骤a2，如果否，执行步骤a3；

b31、判断读取的所述数字信号与上次数字信号之间是否包括一次所述电机的任一相所述线圈未施加电压的时段，如果是，执行步骤a3，否则执行步骤a2；

a3、计算本次均值bemfaveri＝(bemfaveri-1+bemfi)/2；其中i为读取次数，i＝1，2……，当i＝1时，bemfaveri-1即为初始值bemfaver0；

a4、判断本次均值bemfaveri是否在第一阈值bemfmin和第二阈值bemfmax形成的区间内，如果是，返回执行步骤a2，否则执行步骤a5；

a5、判定运行电机速度与预设速度不一致，并发出控制信号。

本实施方式与第三种实施方式相比，增加了步骤b31判断读取的所述数字信号与上次数字信号之间是否包括一次所述电机的任一相所述线圈未施加电压的时段，如果是，执行步骤a3，否则执行步骤a2；由于一个数字信号bemfi可能被中心处理模块22多次读取，还可能被重复使用，就使控制速度减慢，通过在任一相所述线圈未施加电压的时段，中心处理模块多次读取的数字信号bemfi只记为一个有效值，来保证多次读取的数字信号bemfi只使用一次，进而判断电机的运行速度是否与预设速度一致；该方法可以避免数字信号被重复使用的问题，有利于提高电机控制的可靠性和效率。

当然本实施方式是在第三实施方式的基础上进行说明，其中步骤b3也可以用于第一种实施方式，能够解决与本实施方式相同的技术问题并达到相同的技术效果。

根据电机的属性和电机的运行速度，通常电机具有一定的电机谐振区间，为了保证电机的正常运行，通常，在步骤a1后或步骤a1前还包括步骤b2，所述步骤b2控制所述电机的速度避开所述电机谐振区间，所述电机谐振区间对应的速度与所述电机的本身属性相关。

该电机速度的控制方法可以应用在很多场合，采用本发明所述电机速度控制方法来进行判定电机实际速度与设定速度是否在一定误差范围内一致的，均在本发明保护范围内；采用本发明所述的中心处理模块和所述的驱动控制模块驱动电机并且采用本发明所述电机速度控制方法进行电机速度运行状态控制并检测的装置，均在本发明保护范围内。

需要说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。