一种电机控制系统及方法与流程

本发明涉及一种电机控制系统及方法，尤其是一种无刷电机的控制。

背景技术：

在电机刚启动时希望知道转子相对于所属定子的精确角度位置或相位，以便能在转子上产生出适当的转矩。在公知的方法或装置中是通过绝对位置测量来取得该信息的。为此，例如将一个绝对测量系统安装在装有转子的转子轴上，该绝对测量系统在每个时间点给出转子相对于定子的精确角度位置。

作为绝对测量系统，通常使用霍尔传感器。霍尔传感器通常是三个绕轴错开120°安装。这种绝对测量系统为此安装在电机上，即在所有的运行状态中，甚至在关断电机控制装置的情况下，这些绝对测量系统能不断地给出转子相对定子的绝对相位，但为了操纵及实施这些系统需要高成本的电子电路。

技术实现要素：

本发明的目的在于，开发一种电机控制系统及方法，尤其是无刷电机的方法及装置，该控制系统和方法能低成本地确定绝对相位。

符合本发明的一种电机控制系统，其包括：通过给电机加预定值的信号励磁使转子转动的励磁装置，由励磁装置所加的所述信号测定转子相对于定子的相位变化的测定装置，及求出绝对相位的求值装置，所述测量装置是一个增量型光学测量系统，激励装置包括一个位置及速度调节装置。

符合本发明的一种电机的控制方法，它包括下列步骤：a)通过给电机加上预定值的信号励磁，使转子转动；b)根据步骤a)中加的所述信号测定转子的相位变化；c)根据测定出的相位变化给电机加信号,直到测定出的相位变化超过给定阈值为止；和d)通过在各重复步骤中选择根据从相位变化、得出的转动方向加到电机的信号值从测定出的相位变化和所述加到电机的信号值求出绝对相位。

附图说明

图1为符合本发明的电机控制系统的电路示意图；

图2为符合本发明的电机控制系统的流程图。

具体实施方式

图1以概要形式示出了一个电路结构2，该电路包括：一个无刷电机4，一个作为测量系统的增量编码器6，一个位置及速度调节装置8，一个三相正弦波发生器10，一个本发明的、用以确定无刷电机4中转子的相对于定子的绝对相位的装置12及一个电流控制装置14。三相正弦波发生器10通过其三个输出端用三根分开的连接线与各个乘法器16，18及20的输入端相连接，这些乘法器又通过各自的一个输出端用三根连接线与电流控制装置14的三个输入端形成电气连接。同样地，位置及速度调节装置8通过一个输出端与三个乘法器16、18及20中的每个的输入端相连接，并且电流控制装置14通过其三个输出端用三根分开的连接线与无刷电机4的三个极对子电气连接。三相正弦波发生器10将三个分别相位移120°的正弦波U,V,W分别输出到相应的三个乘法器16,18及20上。

在图1中所描绘的实施形式中，电流控制装置14对供给无刷电机4的各电流相i_U,i_V及i_W产生影响。内环30是一个电流控制环，它通常体现在硬件中，在此情况下它控制电流相i_W。外环32是一个位置与速度调节环，它通常体现在一个软件中，在此情况下它控制电流相i_U。增量编码器6跟随着转子的转动，并由此跟随着无刷电机4中转子相对定子的相位变化。增量编码器将这样得到的信息或是直接地或是经过编码--印经过译码地--传送给用于确定绝对相位的装置12、位置及速度调节装置8和三相正弦波发生器10。为此，增量编码器6与用于确定绝对相位的装置12、位置及速度调节器8相连接，并通过一个加法器28与三相正弦波发生器10相连接。该加法器28主要将由增量编码器6提供的信息和由用于确定绝对相位的装置12提供的信息相加，并将其和再传送给三相正弦波发生器10。

用于确定绝对相位的装置12主要包括两个装置，它们是为了操作下列两个程序设计的：一个细的确定程序22及一个粗的确定程序24。对这两个程序被供以增量编码器6的信息。根据以下要详细说明的确定的条件，这两个程序22及24的运行视作为辅助结构绘入的所谓开关位置而定，开始时--启动阶段期间--在确定绝对相位时这两个程序22及24彼此以所谓并联方式或相互有关地运行，而在启动阶段后，仅是细确定程序22来确定绝对相位，而粗确定程序24只是对不希望的无刷电机4的相位偏离失控进行监视，并在必要时进行补偿。当整个电路2接通电源，并由此使无刷电机4也接通电源时，转子相对于定子处于任意的相位上。如式(12)所指出的，电机4通常不能单独保持在传统的位置及速度调节装置8的控制之下，因为在接通电源的时间点上值Φ_I是未知的。如果随机地选择值Φ_I，则有可能出现：电机4仅产生很小的转矩或根本不产生转矩，或在最坏的情况下使电机沿与所需转向相反的方向偏 离。因此单独地采用公知的位置及速度调节装置8只能提供一个相对值Φ(t)，该相对值Φ(t)没有涉及到真实出现的起始值Φ_I，并且该相对值Φ(t)在接通电源时从零值开始有时间性地受到增量编码器6的继续跟踪。

根据本发明，用于粗确定程序24的装置确定出恒定相位值Φ_I的近似值，该恒定相位值Φ_I借助于加法器28与增量编码器6的相位随时间的变化值Φ(t)相加，并将作为结果值的转子相对于定子的近似绝对相位输出。该信息将接着输往三相正弦波发生器10，三相正弦波发生器10由此产生出三相正弦波U,V,W。利用这些各相波再产生出电流相i_U,i_V及i_W，由这些电流相可使无刷电机4输出适当的转矩。一旦对Φ_I估算出一个适当的近似值，该近似值将保持不变，直到用于细确定程序22的装置运行结束并输出相位值Φ_I为止，该值再与相位随时间的变化值Φ(t)相加，并给出转子相对于定子的瞬时绝对相位值。据此，用于确定绝对相位的装置12便完成了它的任务，并且所有的其它控制同样由位置及速度控制装置8来接管。

图2以概要方式表示出细确定程序22及粗确定程序24的上级控制程序1的流程图，该程序12体现在用于确定绝对相位的装置12之中。该上级程序12例如在对整个电路结构2接通电源时就被启动。该控制程序12在其第一程序步骤P1中将待确定的相位值Φ_I及出现的最大相位变化量ΔΦmax置为零。此外，它设置了一个决定参数，该决定参数不管粗确定程序24结束与否均指定为“未结束”。最后它再将两个值L,R置成一定的值，它们相当于一个待附加加载的相位--沿转子相对于定子的具体转向、顺时针或逆时针方向。在该实施例中，控制程序12将L置成零及将R置成值S11。接着，该控制程序12进行到程序步骤P2。

在程序步骤P2中，控制程序12读入由增量编码器6输出的值ΔΦ。该值ΔΦ表示涉及起始值的转子的相位随时间的变化--即涉及紧接着电路结构2接通电源后的转子位置值。然后，控制程序12再进行到程序步骤P3。在程序步骤P3中，控制程序12调用细确定程序22的一个程序循环。该细程序22使得无刷电机以一定的电流被加载，直到发生一个(由增量测量系统的分辨率确定的最小的)相位变化为止。该被测得的相位变化将在以下的计算中加以考虑。如果细确定程序22已经结束，即已经找到绝对相位，则控制程序12转移到程序步骤P4并在那里结束它的运行。如果该细确定程序22还未结束，则控制程序12进入程序步骤P5。在程序步骤P5中控制程序12等待下一采样时间T_N，它例如是由电路2的一个内部定时器给出的。然后，控制程序12进入到程序步骤P6，在该步骤中控制程序12检验转子相对于定子的位置是否又回到这样的值上，即例如在紧接着接通电源后的数值上--原则上是当相位随时间的变化值Φ(t)为零时。但是因为控制程序12不是连续地量测的，而仅能得到Φ(t)的离散值--这些值分别对应于相应的采样时间T_N--因此要将离散的、相位随时间的变化值ΔΦ_N与初始值ΔΦ_O相比较。如果电机又处于它的相当于ΔΦ_O的起始位置，则控制程序12返回 到程序步骤P3。否则，继续进行到程序步骤P7，在该步骤中，控制程序12调用位置及速度调节装置8，调用时间为一个程序循环。

在程序步骤P7中控制程序12保证：将瞬时由位置及速度调节器加载的电机电流i一直维持到该程序步骤P7的下一次重复为止。此外，控制程序12使离散的、相位随时间的变化值ΔΦ_N处于最新状态。然后，控制程序12继续进行到程序步骤P8，在此步骤中，控制程序12调用粗确定程序24，调用时间为一个程序循环。接着它返回到程序步骤P4。