控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械电子技术领域，且特别涉及一种用于控制电机的控制装置。
【背景技术】
[0002] 无铁芯盘式电机采用无定子铁芯结构，定子绕组可以等效为空心电感，永磁转子 嵌套在导磁材质的背板上；其形状为扁平结构，磁通方向为轴向。
[0003] 无铁芯盘式电机具有以下特点：轴向尺寸短，适用于要求严格的薄型安装的场合； 电枢绕组线圈可以等效为空心电感，无齿槽，不存在径向磁通结构电机由于齿槽反应引起 的转矩脉动；不存在铁芯损耗，可达到很高的效率；电枢绕组电感小，为几十UH ;转动惯量 大。
[0004] 在现有的无铁芯盘式电机的控制方法中，由功率开关管构成的直流逆变器产生三 相交流电，进而产生脉动的旋转磁场带动永磁转子旋转。由于被控电机米用无铁芯结构，电 枢电感值很小，而传统控制方式的载频设置在5K~20KHZ左右，所以采用现有的控制方法 时，电枢绕组中相电流的波形如图1所示。图中波形呈现很多尖峰和毛刺，可见电路在工作 中产生较大的尖峰电流。很大的尖峰电流必然会产生很大的电流应力，在瞬态过程中有可 能会损坏功率开关管。大的尖峰电流会给电机工作电流的采集造成困难，同时还会导致电 流干扰，从而带来电磁干扰（EMI)、谐波危害等问题。
[0005] 同时现有的控制方法多采用转速开环或者转速和电流双闭环的控制模型。其中转 速开环的缺陷是转速随负载和母线电压波动而变化，转速和负载转矩成反比，和母线电压 成正比，因此被控电机的工作点不可控制；而转速和电流双闭环控制策略适用于永磁同步 电机的精确控制，但其控制算法和硬件平台复杂，对速度和电流传感器要求高，这样大大增 加了控制器成本，此外由于无铁芯电机转动惯量大，在无电流环控制的条件下也能做到转 速的快速响应，因此双闭环控制策略不适用于无铁芯盘式电机的控制。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在解决现有技术中，对电机进行控制的过程中，无法对电机，特别是无铁 芯盘式电机进行精确控制，且所采用的控制方法及控制装置结构复杂，控制成本较高，效率 低下，稳定性差等技术问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种控制装置，用于控制电机，所述电机包括定 子绕组与转子，其包括：逆变电路，与所述定子绕组连接，用于向定子绕组提供相电压；位 置感测电路，用于感测所述转子的位置，将所述位置信息转换为电信号；控制器，分别与所 述位置感测电路和所述逆变电路连接，接收所述位置感测电路转换的电信号，且根据所述 电信号控制所述逆变电路向所述定子绕组提供的相电压，使得所述定子绕组产生磁场变 化，从而改变转子的转速。
[0008] 进一步的，所述控制器具体用于产生脉冲宽度调制信号控制所述逆变电路向所述 定子绕组提供相电压。
[0009] 进一步的，所述脉冲宽度调制信号的载波频率在50KHz以上。
[0010] 进一步的，所述位置感测电路包括霍尔位置传感器。
[0011] 进一步的，所述逆变电路的载波频率在50KHZ以上。
[0012] 进一步的，在上述任一项所述的装置中，所述控制器包括：第一端口，用于接收预 设信号，所述预设信号用于反映预设转速；第二端口，用于接收所述位置感测电路转换的电 信号；控制模块，用于根据所述第二端口接收到的电信号，确定反映所述转子的实际转速的 实际信号，且比较所述预设信号与实际信号，得到差信号，利用所述差信号控制所述逆变电 路向所述定子绕组提供的相电压，使得所述定子绕组产生的磁场变化，以改变转子的转速 到预设范围，所述预设范围根据所述预设转速和可接受误差设置。
[0013] 本发明还提供一种控制方法，用于控制电机，包括以下步骤：感测所述电机的转子 的位置，将所述位置信息转换为电信号；根据所述电信号控制向所述电机的定子绕组提供 的相电压，使得所述定子绕组产生的磁场变化，从而改变转子的转速。
[0014] 进一步的，根据所述电信号控制向所述电机的定子绕组提供的相电压具体包括： 产生脉冲宽度调制信号控制向所述定子绕组提供的相电压。
[0015] 进一步的，所述脉冲宽度调制信号的载波频率在50KHz以上。
[0016] 进一步的，上述任一项所述的控制方法还包括：接收预设信号，所述预设信号用于 反映预设转速；接收所述位置检测电路转换的电信号；根据所述电信号，确定反映所述转 子的实际转速的实际信号，且比较所述预设信号与实际信号，得到差信号，利用所述差信号 控制向所述定子绕组提供的相电压，使得所述定子绕组产生的磁场变化，以改变转子的转 速到预设范围，所述预设范围根据所述预设转速和可接受误差设置。综上所述，本发明提供 的用于控制电机的控制装置及控制方法采用转速闭环、超高频载波驱动的控制策略，通过 检查转子位置感测装置的输出脉冲来计算电机转速，无需专门安装速度传感器，这样无需 增加硬件成本就可以做到转速精确控制；而且采用超高频载波驱动替代了输出级的可调电 感，这样也节省了电感的成本，进一步提高了整机效率和稳定性。
【附图说明】
[0017] 图1所示为现有技术中电机电枢绕组中相电流的波形图；
[0018] 图2所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制装置的结构示意图；
[0019] 图3所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制装置的具体电路结构示意 图；
[0020] 图4所示为应用本发明实施例提供的控制装置的无铁芯盘式电机的相电流波形 图；
[0021] 图5所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制装置的转速闭环控制示意 图；
[0022] 图6所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制装置的防饱和PI调节器示 意图；
[0023] 图7所示为应用本发明实施例提供的控制装置的无铁芯盘式电机在电机负载转 矩发生改变时，转速变化示意图；
[0024] 图8所示为本发明实施例提供的单相绕组的等效电路图；
[0025] 图9所示为本发明实施例提供的单相绕组的Q-F曲线；
[0026] 图10所示为本发明实施例提供的频率为20KHz绕组相电流波形图；
[0027] 图11所示为本发明实施例提供的频率为35KHz绕组相电流波形图；
[0028] 图12所示为本发明实施例提供的频率为50KHz绕组相电流波形图；
[0029] 图13所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制方法流程图；
[0030] 图14所示为本发明实施例提供的用于控制电机的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作 进一步的说明。
[0032] 请参见图2,其所示为本发明一实施例提供的用于控制电机的控制装置的结构示 意图。
[0033] 该控制装置，用于控制电机，在本实施例中特别适用于无铁芯盘式电机，但本发明 并非局限于此。所述电机包括定子绕组110与转子120,该控制装置包括：逆变电路210,与 所述定子绕组110连接，用于向定子绕组110提供相电流；位置感测电路220,用于感测所 述转子120的位置，将所述位置信息转换为电信号；控制器230,分别与所述位置感测电路 220和所述逆变电路210连接，接收所述位置感测电路220转换的电信号，且根据所述电信 号控制所述逆变电路210向所述定子绕组110提供的相电流的频率，使得所述定子绕组110 产生的磁场变化，从而改变转子120的