直流电机控制电路、方法及计算机存储介质与流程

本申请涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种直流电机控制电路、方法及计算机存储介质。

背景技术：

在自动化、电动化的进程中，三相直流电机有着广泛的应用。但在直流电机的使用中，会碰到开路缺相的现象。例如，在车辆的电动助力转向中的永磁同步电动机，如果碰到断开一路缺相的情况，电机将无法运行，从而失去助动能力。驾驶员在这种情况下要想转动方向盘，需要耗费极大的力气，严重影响了驾驶安全和用户体验。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种直流电机控制电路、方法及计算机存储介质，用于解决三相直流电机在其中一路开路缺相时完全失去动力的问题。

在一方面，本申请首先提供一种直流电机控制电路，具体地，直流电机控制电路包括第一开关件、第二开关件、第三开关件、第四开关件、三相的直流电机、直流电源、转子检测器和控制器，其中，所述第一开关件的输出端连接所述第二开关件的输入端和所述直流电机的第一相，所述第三开关件的输出端连接所述第四开关件的输入端和所述直流电机的第二相，所述第一开关件和第三开关件的输入端连接所述直流电源的母线正极，所述第二开关件和第四开关件的输出端连接所述直流电源的母线负极；

所述转子检测器与所述控制器连接，用于检测并发送所述直流电机的转子角度至所述控制器；

所述控制器分别连接所述第一开关件、第二开关件、第三开关件和第四开关件的控制端，用于根据所述转子角度：

在所述转子角度位于第一角度区间时，控制所述第一开关件和所述第四开关件接通以使第一相电流为正，并控制所述第二开关件和所述第三开关件断开以使第二相电流为负；

和/或，在所述转子角度位于第二角度区间时，控制所述第二开关件和所述第三开关件接通以使所述第一相电流为负，并控制所述第一开关件和所述第四开关件断开以使所述第二相电流为正。

可选地，以所述直流电机的转轴为中心，以第三相正向矢量方向为0°，所述第一角度区间为大于-80°且小于90°，和/或，所述第二角度区间为大于100°且小于270°。

可选地，所述直流电机控制电路还包括与所述控制器连接的转速传感器，所述控制器还用于根据所述转速传感器检测到的转速信号，控制所述直流电机的最大转速为所述直流电机的额定转速。

可选地，所述直流电机控制电路还包括限流电阻，所述限流电阻连接所述直流电源的母线正极与所述第一开关件和第三开关件的输入端之间；或，所述限流电阻连接在所述直流电源的母线负极与所述第二开关件和第四开关件的输出端之间。

可选地，所述转子检测器选自霍尔传感器、mr磁阻传感器及旋转变压器中的至少一项。

可选地，所述直流电机控制电路还包括与所述控制器连接的电机缺相检测单元，所述电机缺相检测单元用于在检测到所述直流电机第三相开路时，生成并发送使能信号至所述控制器，以使所述控制器在接收到所述使能信号时控制所述第一相和所述第二相的电流方向。

在另一方面，本申请还提供了一种直流电机控制方法，具体地，直流电机控制方法包括：

检测并发送三相的直流电机的转子角度；

在所述转子角度位于第一角度区间时，控制第一相电流为正，第二相电流为负，和/或，在所述转子角度位于第二角度区间时，控制所述第一相电流为负，所述第二相电流为正。

可选地，以所述直流电机的转轴为中心，以第三相正向矢量方向为0°，所述第一角度区间为大于-80°且小于90°，和/或，所述第二角度区间为大于100°且小于270°。

可选地，在执行所述检测并发送三相的直流电机的转子角度的步骤之前包括：

检测所述直流电机的开路情况，在检测到第三相开路时，生成使能信号。

在另一方面，本申请还提供了一种计算机存储介质，具体地，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被计算机执行时，可实现如上述的任一项直流电机控制方法。

本申请提供的直流电机控制电路、方法及计算机存储介质，能够在三相直流电机断开一相后，保证直流电机仍然具备有限的电动转动能力，让电机继续维持运行。

附图说明

图1为本申请一实施例的直流电机控制电路的连接图。

图2为本申请一实施例的缺相磁场图一。

图3为本申请一实施例的缺相磁场图二。

图4为本申请一实施例的直流电机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在一方面，本申请首先提供一种直流电机控制电路，图1为本申请一实施例的直流电机控制电路的连接图。

如图1所示，在一实施例中，直流电机控制电路包括第一开关件q1、第二开关件q2、第三开关件q3、第四开关件q4、第五开关件q5、第六开关件q6、三相的直流电机m1、直流电源、转子检测器（图中未示出）和控制器（图中未示出）。

其中，第一开关件q1的输出端连接第二开关件q2的输入端和直流电机m1的第一相，第三开关件q3的输出端连接第四开关件q4的输入端和直流电机m1的第二相，类似地，第五开关件q5的输出端应该连接第六开关件q6的输入端和直流电机m1的第三相，但是第三相的回路是断开的。第一开关件q1和第三开关件q3的输入端连接直流电源的母线正极vi+，第二开关件q2和第四开关件q4的输出端连接直流电源的母线负极vi-。

转子检测器与控制器连接，用于检测并发送直流电机m1的转子角度至控制器。

控制器分别连接第一开关件q1、第二开关件q2、第三开关件q3和第四开关件q4的控制端，用于根据转子角度：

以转子的旋转平面为三百六十度的旋转区间，其中包括第一角度区间和第二角度区间。在转子角度位于第一角度区间时，控制器控制第一开关件q1和第四开关件q4接通以使第一相电流为正，并控制第二开关件q2和第三开关件q3断开以使第二相电流为负。和/或，在转子角度位于第二角度区间时，控制器控制第二开关件q2和第三开关件q3接通以使第一相电流为负，并控制第一开关件q1和第四开关件q4断开以使第二相电流为正。

通过设置合理的控制策略，在转子位于第一角度区间和第二角度区间时，为转子施加推动转子旋转的磁力矢量，能够在三相直流电机m1断开一相后，保证直流电机m1仍然具备有限的电动转动能力，让电机继续维持运行。

在一实施例中，以直流电机m1的转轴为中心，以第三相正向矢量方向为0°，第一角度区间为大于-80°且小于90°，和/或，第二角度区间为大于100°且小于270°。在其他实施例中，设置第一角度区间为大于等于0°且小于90°，和/或，第二角度区间为大于等于180°且小于270°。

设置合理的施加推力的区间，既可以避免转子倒转造成更大困扰甚至安全隐患，又可以在合适的区间最大限度地利用可用的磁力矢量。

在一实施例中，直流电机控制电路还包括与控制器连接的转速传感器。控制器还用于根据转速传感器检测到的转速信号，控制直流电机m1的最大转速为直流电机m1的额定转速。

在直流电机m1缺相跛行时，保证电动助力转向系统具备有限的电动转向能力即可。如果盲目追求电机的额定转速甚至最大转速，会造成剩余两相电路的超负荷运行，进而形成安全隐患。

请参考图1，在一实施例中，以永磁同步电动机的第三相绕组断开，第一相和第二相绕组正常连接。

图2为本申请一实施例的缺相磁场图一。当第三相绕组断开，第三相的正向磁场矢量方向的为c方向时效。以第三相正向矢量方向为0°，第一相和第二相绕组正常通电且第一相电流为正，第二相电流为负时，根据图1的通电逻辑可推导出由第一相和第二相电流组成的磁场矢量如图2所示，第一相的正向磁场矢量方向为正向a方向的正方向，第二相的负向磁场矢量方向为正向b方向的反向bn方向。此时，合成磁场方向abn方向为90°。实时检测电机转子的位置，当检测到转子位置在0°~90°时，打开第一相逆变器的上开关和第二相逆变器的下开关，让第一相电流为正，第二相电流为负，磁场方向为90°，根据定转子磁力之间的关系，定子磁力会驱动转子从0°向90°转动。

图3为本申请一实施例的缺相磁场图二。

当第三相绕组断开，第三相的正向磁场矢量方向的为c方向时效。以第三相正向矢量方向为0°，第一相和第二相绕组正常通电且第一相电流为负，第二相电流为正时，根据图1的通电逻辑可推导出由第一相和第二相电流组成的磁场如图3所示，第二相的正向磁场矢量方向为正向b方向的正方向，第一相的负向磁场矢量方向为正向a方向的反向an方向。此时，合成磁场方向ban方向为270°。实时检测电机转子的位置，当检测到转子位置在180°~270°时，打开第一相a逆变器的下开关和第二相逆变器的上开关，让第一相电流为负，第二相电流为正，磁场方向为270°，根据定转子磁力之间的关系，定子磁力会驱动转子从180°向270°转动。

控制算法的参数选择，本项目使用的电机其额定转速为840rpm，额定电流为80a，额定转矩为4nm。为了让缺相电机跛行时尽可能的稳定运行，限制电机缺相运行时电机的最大转速为840rpm，最大转矩为1nm。

请继续参考图1，在一实施例中，直流电机控制电路还包括限流电阻r1。限流电阻r1连接直流电源的母线正极与第一开关件q1和第三开关件q3的输入端之间。在另一实施例中，限流电阻r1也可以连接在直流电源的母线负极与第二开关件q2和第四开关件q4的输出端之间。

限流电阻r1用于限制电流过大，对整个缺相后的电路形成限流保护。

在一实施例中，转子检测器选自霍尔传感器、mr磁阻传感器及旋转变压器中的至少一项。

霍尔传感器、mr磁阻传感器及旋转变压器是成熟的转子角度检测器件。

在一实施例中，直流电机控制电路还包括与控制器连接的电机缺相检测单元。电机缺相检测单元用于在检测到直流电机m1第三相开路时，生成并发送使能信号至控制器，以使控制器在接收到使能信号时控制第一相和第二相的电流方向。

通过设置缺相检测单元，对直流电机m1随时进行缺相检测，从而能够使控制器在发生缺相后的第一时间切换控制策略，尽量维持缺相后的电机动力。

在另一方面，本申请还提供了一种直流电机控制方法，图4为本申请一实施例的直流电机控制方法的流程图。

如图4所示，在一实施例中，直流电机控制方法包括：

s10：检测并发送三相的直流电机的转子角度；

先确定转子当前所在的位置，以便对转子施加正确的磁场方向。

s20：在转子角度位于第一角度区间时，控制第一相电流为正，第二相电流为负，和/或，在转子角度位于第二角度区间时，控制第一相电流为负，第二相电流为正。

以转子的旋转平面为三百六十度的旋转区间，其中包括第一角度区间和第二角度区间。通过设置合理的控制策略，在转子位于第一角度区间和第二角度区间时，为转子施加推动转子旋转的磁力矢量，能够在三相直流电机断开一相后，保证直流电机仍然具备有限的电动转动能力，让电机继续维持运行。

在一实施例中，以直流电机的转轴为中心，以第三相正向矢量方向为0°，第一角度区间为大于-80°且小于90°，和/或，第二角度区间为大于100°且小于270°。

在其他实施例中，设置第一角度区间为大于等于0°且小于90°，和/或，第二角度区间为大于等于180°且小于270°。

设置合理的施加推力的区间，既可以避免转子倒转造成更大困扰甚至安全隐患，又可以在合适的区间最大限度地利用可用的磁力矢量。

在一实施例中，在执行s10：检测并发送三相的直流电机的转子角度的步骤之前包括：

检测直流电机的开路情况，在检测到第三相开路时，生成使能信号。

通过设置缺相检测单元，对直流电机控制电路随时进行缺相检测，从而能够使控制器在发生缺相后的第一时间切换控制策略，尽量维持缺相后的电机动力。

在另一方面，本申请还提供了一种计算机存储介质，具体地，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序在被计算机执行时，可实现如上述的任一项直流电机控制方法。计算机程序在实现直流电机控制方法时，所涉及的技术细节与以上实施例相同，在此不再赘述。

本申请提供的直流电机控制电路、方法及计算机存储介质，能够在三相直流电机断开一相后，保证直流电机仍然具备有限的电动转动能力，让电机继续维持运行。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

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于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。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。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。