无刷直流马达的象限变化控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及电动马达，诸如无刷直流(DC)马达，且涉及这种电动马达的控制。更具体地，本公开涉及控制无刷DC马达以在不同的操作象限之间变化。
【背景技术】
[0002]飞机可采用各种电子设备和系统执行飞机上的各种功能。例如，但不限于，飞机上的电动马达可用于移动飞行控制表面、升起并降下起落架，且执行飞机上的其它功能。用于飞机上的电动马达和其它电子系统和设备的动力可通过飞机动力系统提供。
[0003]在飞机上使用且用于许多其它应用的一种类型的电动马达的实例是无刷DC电动马达。这些类型的马达也称之为电子整流马达。无刷DC马达通过直流(DC)电力供以动力且具有电子转接器。
[0004]无刷DC马达具有旋转的永磁体，和包括定子绕组的固定电枢。电子控制器连续不断地转换提供到绕组的功率相位，以使马达一直转动。控制器可采用固态电路提供定时的动力分布到马达绕组。
[0005]因为控制器必须引导转子旋转，所以控制器要求确定相对于定子绕组的转子的方向的一些装置。一些无刷DC马达使用霍尔效应传感器或旋转编码器直接测量转子的位置。其它测量未驱动的绕组中的反电动势(EMF)以推断转子位置。该后一种类型的控制器常称为无传感器控制器。其它无传感器控制器能够测量由磁体的位置引起的绕组饱和以推断转子位置。
[0006]用于无刷直流马达的控制器可提供双向输出以控制DC电源到马达绕组的驱动。输出可通过逻辑电路控制。简单控制器可采用比较器确定输出相位何时应该被推进。更高级的控制器可采用微控制器管理加速度、控制速度，并优化调谐-马达效率。该类型的马达控制器可称为电子速度控制器。
[0007]控制器通过控制开关桥中的开关可控制提供到DC马达的绕组的动力。开关桥耦合DC电源到DC马达的绕组。例如，三相开关桥可具有6个开关，其经布置以形成3个并联的半H-桥以用于耦合DC电源到DC马达的3个马达绕组。开关桥的开关可通过控制器控制以在每个马达绕组上的任一方向上驱动电流。例如，但不限于，开关桥可使用诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)的固态切换设备实施。
[0008]各种方法可用于控制开关桥中的开关，从而调制无刷DC马达的绕组中的电流。然而，用于调制无刷DC马达的马达绕组中的电流的现有方法有缺点。一种克服这些缺点的用于控制无刷DC马达的绕组中的电流的方法是可取的。
[0009]无刷DC马达中的转子可经控制以在顺时针或逆时针的任一方向上旋转。马达的绕组中的电流可经控制以在顺时针方向或逆时针方向上在转子上产生转矩。绕组中的电流在特定时间点可经控制以在与转子的旋转方向相同的方向上，或在与转子的旋转方向相反的方向上在转子上产生转矩。
[0010]无刷DC马达的操作因此可参考4个象限描述。例如，在操作的第一象限中，转子可正在顺时针方向上旋转且马达绕组中的电流可在相同的顺时针方向上在转子上产生转矩。在操作的第二限制中，转子可正在逆时针方向上旋转且马达绕组中的电流可在相反的顺时针方向上在转子上产生转矩。在操作的第三象限中，转子可正在逆时针方向上旋转且马达绕组中的电流可在相同的逆时针方向上在转子上产生转矩。在操作的第四象限中，转子可正在顺时针方向上旋转且马达绕组中的电流可在相反的逆时针方向上在转子上产生转矩。
[0011]由于无刷DC马达经控制以在操作的所有四个象限中操作，提供平稳且连续的电流控制是可取的。具体地，由于马达的操作经控制以从操作的一个象限变化到操作的另一个象限，减少或消除马达中非期望的电流是可取的。
[0012]因此，一种具有考虑一个或更多个上述问题以及可能其它问题的方法和装置是可取的。
【发明内容】
[0013]本公开的实施例提供一种装置，其包括马达、开关桥、反馈控制器、开关控制器和象限变化控制器，其中所述马达包括绕组和转子。开关桥经配置以经由多个开关耦合直流电源到绕组。反馈控制器经配置以生成相对于绕组中的所需电流和绕组中的实际电流之间差异的输出，所述所需电流通过电流命令指示，所述实际电流通过电流反馈识别。开关控制器经配置以控制器多个开关以响应来自反馈控制器的输出，从而控制绕组中的实际电流。象限变化控制器经配置以识别马达操作的第一象限变化并选择由开关控制器待控制的多个开关中第一选择的开关从而改变绕组中的实际电流的方向以响应识别第一象限变化。
[0014]本公开的实施例还提供一种控制无刷直流马达的操作的象限变化的方法。识别马达操作的第一象限变化。为了响应识别第一象限变化，开关桥中的多个开关中第一选择的开关经选择以被控制从而耦合直流电源到马达的绕组以改变绕组中的实际电流的方向。
[0015]本公开的实施例提供控制无刷直流马达的操作的象限变化的另一种方法。识别马达操作的象限变化。为了响应识别象限变化，开关桥中多个开关中选择的开关经选择以被控制从而耦合直流电源到马达的绕组以改变绕组中的实际电流的方向。也为了响应识别象限变化，多个开关中选择的开关经控制以使穿过开关桥的绕组中的实际电流短路。
[0016]进一步，根据下列条款，本公开包括实施例:
[0017]条款1.一种装置，其包括:
[0018]马达，其包括绕组和转子；
[0019]开关桥，其经配置以经由多个开关耦合直流电源到绕组；
[0020]反馈控制器，其经配置以生成相对于由电流命令指示的绕组中的所需电流和由电流反馈识别的绕组中的实际电流之间差异的输出；
[0021]开关控制器，其经配置以控制多个开关以响应来自反馈控制器的输出，从而控制绕组中的实际电流；以及
[0022]象限变化控制器，其经配置以识别马达操作的第一象限变化并选择通过开关控制器待控制的多个开关中第一选择的开关从而改变绕组中的实际电流的方向以响应识别第一象限变化。
[0023]条款2.根据条款1所述的装置，其中所述象限变化控制器经配置以识别第一象限变化以响应:
[0024]电流命令，其指示绕组中所需电流的方向的变化；以及
[0025]来自反馈控制器的输出控制开关控制器以控制多个开关，从而配置开关桥用于将绕组中的实际电流再生回直流电源。
[0026]条款3.根据条款1所述的装置，其中:
[0027]第一象限变化包括从操作的牵引象限到操作的制动象限的变化，在所述操作的牵引象限中，转子正在第一旋转方向上旋转且绕组中的实际电流在第一电流方向上以在第一旋转方向上在转子上产生转矩，在所述操作的制动象限中，转子正在第一旋转方向上旋转且绕组中的实际电流在第二电流方向上以在第二旋转方向上在转子上产生转矩，其中第一旋转方向不同于第二旋转方向，且第一电流方向不同于第二电流方向；且
[0028]通过开关控制器待控制的多个开关中第一选择的开关经选择以使绕组中的实际电流的方向从第一电流方向变化到第二电流方向。
[0029]条款4.根据条款3所述的装置，其中象限变化控制器进一步经配置以打开多个开关中第一选择的开关以响应识别第一象限变化。
[0030]条款5.根据条款4所述的装置，其中:
[0031]开关控制器经配置以在切换循环过程中打开和关闭多个开关中第一选择的开关以控制绕组中的实际电流；且
[0032]象限变化控制器进一步经配置以设置反馈控制器的输出从而控制开关控制器，以打开用于完整切换循环的多个开关中第一选择的开关，以响应识别第一象限变化。
[0033]条款6.根据条款3所述的装置，其中所述象限变化控制器进一步经配置以:
[0034]识别马达操作从操作的制动象限到操作的牵引象限的第二象限变化；
[0035]为了响应识别第二象限变化，选择待控制的多个开关中第二选择的开关以使绕组中的实际电流的方向从第二电流方向变化到第一电流方向；且
[0036]为了响应识别第二象限变化，控制多个开关中第二选择的开关以使穿过开关桥的绕组中的实际电流短路。
[0037]条款7.根据条款6所述的装置，其中:
[0038]开关控制器经配置以在周期性切换循环过程中打开和关闭多个开关中第二选择的开关以控制绕组中的实际电流；且
[0039]象限变化控制器进一步经配置以设置反馈控制器的输出从而控制多个开关桥中第二选择的开关，从而使穿过用于完整切换循环的开关桥的绕组中的实际电流短路，以响应识别第二象限变化。
[0040]条款8.根据条款3所述的装置，其中所述象限变化控制器经配置以识别从操作的制动象限到操作的反转牵引象限的第二象限变化，在所述操作的反转牵引象限中，转子正在第二旋转方向上旋转且绕组中的实际电流在第二电流方向上以在第二旋转方向上在转子上产生转矩。
[0041]条款9.根据条款1所述的装置，其中反馈控制器为比例-积分控制器。
[0042]条款10.根据条款1所述的装置，其中所述多个开关包括切换设备，其经配置以当切换设备闭合时在第一方向上传导，且与切换设备并联的二极管经配置以在与第一方向相反的第二方向上传导。
[0043]条款11.根据条款1所述的装置，其中所述装置在飞机上。
[0044]条款12.—种控制无刷直流马达的操作象限的变化的方法，其包括:
[0045]识别马达操作的第一象限变化；且
[0046]为了响应识别第一象限变化，选择待控制的开关桥中多个开关的第一选择的开关以耦合直流电源到马达的绕组从而改变绕组中的实际电流的方向。
[0047]条款13.根据条款12所述的方法，其中识别第一象限变化包括:
[0048]识别电流命令，其指示绕组中所需电流的方向的变化；以及
[0049]识别来自反馈控制器的输出控制多个开关，以配置开关桥用于使绕组中的实际电流再生回直流电源。
[0050]条款14.根据条款12所述的方法，其中:
[0051]第一象限变化包括从操作的牵引象限到操作的制动象限的变化，在所述操作的牵引象限中，马达的转子正在第一旋转方向上旋转且马达绕组中的实际电流在第一电流方向上从而在第一旋转方向上在转子上产生转矩，在所述操作的制动象限中，转子正在第一旋转方向上旋转且绕组中的实际电流在第二电流方向上从而在第二旋转方向上在转子上产生转矩，其中第一旋转方向不同于第二旋转方向，且第一电流方向不同于第二电流方向；以及
[0052]打开多个开关中第一选择的开关，以响应识别第一象限变化。
[0053]条款15.根据条款14所述的方法，其包括设置反馈控制器的输出以打开用于完整切换循环的多个开关中第一选择的开关以响应识别第一象限变化。
[0054]条款16.根据条款14所述的方法，进一步包括:
[0055]识别马达操作从操作的制动象限到操作的牵引象限的第二象限变化；
[0056]为了响应识别第二象限变化，选择待控制的多个开关中第二选择的开关以将绕组中的实际电流的方向从第二电流方向变化到第一电流方向；以及
[0057]为了响应识别第二象限变化，控制多个开关中第二选择的开关以使穿过开关桥的绕组中的实际电流短路。
[0058]条款17.根据条款15所述的方法，进一步包括设置反馈控制器的输出以控制多个开关中第二选择的开关，以使穿过用于完整切换循环的开关桥的绕组中的实际电流短路，以响应识别第二象限变化。
[0059]条款18.—种控制无刷直流马达的操作象限的变化的方法，其包括:
[0060]识别马达操作的象限变化；
[0061]为了响应识别象限变化，选择待控制的开关桥中的多个开关中选择的开关以耦合直流电源到马达的绕组，从而改变绕组中的实际电流的方向；且
[0062]为了响应识别象限变化，控制多个开关中选择的开关以使穿过开关桥的绕组中的实际电流短路。
[0063]条款19.根据条款18所述的方法，其中象限变化为从操作的制动象限到操作的牵引象限的变化，在所述操作的制动象限中，马达的转子正在第一旋转方向上旋转且马达绕组中的实际电流在第二电流方向上从而在第二旋转方向上在转子上产生转矩，在所述操作的牵引象限中，转子正在第一旋转方向上旋转且绕组中的实际电流在第一电流方向上从而在第一旋转方向上在转子上产生转矩，其中第一旋转方向不同于第二旋转方向，且第一电流方向不同于第二电流方向。
[0064]条款20.根据条款18所述的方法，进一步包括设置反馈控制器的输出以控制多个开关中选择的开关，以使穿过用于完整切换循环的开关桥的绕组中的实际电流短路，以响应识别象限变化。
[0065]特征和功能可在本公开的各个实施例中独立实现或可结合在其它实施例中，其中进一步细节参考下列描述和附图可见。
【附图说明】
[0066]所附权利要求陈述被认为是说明性实施例的特点的新颖特征。然而，说明性实施例，以及优选使用方式、进一步目标，以及其中的特征将参考本公开的说明性实施例的下列详细描述并结合附图得到最好的理解，其中:
[0067]图1根据一个说明性实施例示出马达控制环境的方框图；
[0068]图2根据一个说明性实施例示出马达控制器的方框图；
[0069]图3根据一个说明性实施例示出用于控制马达中的电流的开关桥的电路原理图；
[0070]图4根据一个说明性实施例示出用于控制驱动配置中的马达中的电流的开关桥的电路原理图；
[0071]图5根据一个说明性实施例示出用于控制第一惰行配置中的马达中的电流的开关桥的电路原理图；
[0072]图6根据一个说明性实施例示出用于控制第二惰行配置中的马达中的电流的开关桥的电路原理图；
[0073]图7根据一个说明性实施例示出用于控制再生配置中的马达中的电流的开关桥的电路原理图；
[0074]图8根据一个说明性实施例示出用于为马达提供驱动和惰行电流的切换循环的开关正时(switch timing)；
[0075]图9根据一个说明性实施例示出用于为马达仅提供惰行电流的切换循环的开关正时；
[0076]图10根据一个说明性实施例示出用于为马达提供惰行和再生电流的切换循环的开关正时；
[0077]图11根据一个说明性实施例示出用于为马达仅提供再生电流的切换循环的开关正时；
[0078]图12根据一个说明性实施例示出马达操作象限；
[0079]图13根据一个说明性实施例示出马达操作象限之间的变化的状态图；
[0080]图14根据一个说明性实施例示出用于控制无刷DC马达中的电流以改变马达操作象限的过程的流程图；
[0081]图15根据一个说明性实施例示出马达绕组中的电流命令和电流的波形图。