航空循环风扇驱动电机双闭环控制方法及装置与流程

本发明涉及一种电机控制方法以及实现该方法的装置，尤其涉及一种航空循环风扇驱动电机双闭环控制方法及装置；属于双闭环控制方法及装置。

背景技术：

无刷直流电动机控制方式一般分为三种：开环控制、单闭环控制（速度环）、双闭环控制（速度和电流环）。

开环控制一般用于对产品转速不做要求或要求范围很宽，控制的占空比达到最大，转速根据电压和负载的不同而不同。特点是控制方式简单、转速不可控、成本低。开发平台一般基于逻辑处理芯片如单片机，gal芯片等。

单闭环控制一般用于对转速精度要求不高的场合或是电机负载为单一负载、且较为恒定的场合。单闭环一般设置为速度环，通过反馈转速与给定转速的比较进行pwm波占空比的调节，从而实现实际转速与给定转速一致。特点是控制方式简单、转速可调、转速精度不高、动态性能差。开发平台一般基于cpld或dsp等。

双闭环控制一般用于对转速要求较高的场合且转速可在较大范围内进行快速调节，其转速稳定性好。传统的双闭环将速度环设为外环，电流环设为内环。其闭环运行机理如下：通过旋转变换器测量出速度反馈，速度反馈与给定转速做差处理，分被乘上kp、ki，两个数相加作为电流环的给定；通过两个电流传感器测量出电机的任意两相相电流，经计算得出另一相电流，此电流作为电流环的输入，同样进行pi调节，经转速、电流双闭环调节后产生pwm给定信号，从而实现电机可靠、稳定的运行。特点：转速可调范围大，精度高，且针对负载的突变能及时可靠的将转速调回给定值，电机的动态性能好，但此控制方法较为复杂，成本高，产品需要的体积较大，开发平台一般基于dsp+cpld。

目前航空用无刷直流电机作为再循环风扇动力源，其负载为单一风扇，对产品的转速精度要求不高。但根据飞机在不同高度气压不同，产品的负载大小不一样，对产品的动态性能要求较高，为使产品达到较好的动态性能，必须使用双闭环控制方式。为解决传统双闭环控制方法复杂、成本高、体积大等问题，对双闭环的控制方法进行改进。因外环转速环的反馈及给定较为简单，故对内环电流环的闭环策略进行改进。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种航空循环风扇驱动电机双闭环控制方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的控制方法是：

1）在传统的单闭环控制系统的基础上增加一个电流环；

2)通过采样电阻对母线电流进行采样，并将该电流与给定值进行比较；

3）根据比较结果对驱动信号的占空比进行调节。

本发明实现上述控制方法的装置结构如下：

电阻r27和r33并联于差分放大器u15a的第三脚，电阻r37与差分放大器u15a的第2脚连接，电阻r41一端航空循环风扇驱动电机双闭环控制方法与差分放大器u15a的第2脚连接、另一端与差分放大器u15a的第1脚连接；

差分放大器u15a的第1脚依次通过电阻r47、电阻r51与放大器u15b的第5脚连接，该放大器u15b的第6脚分别与电阻r35、电阻r44连接，电阻r44的另一端与放大器u15b的第7脚连接；

放大器u15b的第7脚分别通过电阻r39、电阻r52与第一比较器u16a的第3脚、第二比较器u16b的第5脚对应连接，第二比较器u16b的第6脚并联有电阻r55和电阻r56，第一比较器u16a的第2脚接有电阻r30。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，因此既可保留传统双闭环控制动态性能好的优点，具有能有传统单闭环控制简单、成本低、体积小的优点。为要求无刷直流电动机动态性能好，负载变化相对固定且对成本及体积要求严苛的场合提供了一种较好的控制策略。此控制方法适用于对产品的要求介于传统单闭环和双闭环之间。

传统的单闭环（速度环）控制，在任何时刻都只进行速度环控制，控制单一；双闭环在任何时刻都进行速度环和电流环控制，且电流环通过电流传感器测量相电流作为反馈信号，需要体积大，控制较复杂；本发明可适实进行速度环和电流环的控制，电流环通过采用电阻测量母线电流作为反馈信号，控制简单，体积小。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明。

本发明控制方法如下：

1）在传统的单闭环控制系统的基础上增加一个电流环；

2)通过采样电阻对母线电流进行采样，并将该电流与给定值进行比较；

3）根据比较结果对驱动信号的占空比进行调节。

本发明控制方法为“双闭环”，外环为速度环，内环为电流环，速度环与传统的控制方法相同。

本发明装置如图1所示，其结构如下：

电阻r27和r33并联于差分放大器u15a的第三脚，电阻r37与差分放大器u15a的第2脚连接，电阻r41一端航空循环风扇驱动电机双闭环控制方法与差分放大器u15a的第2脚连接、另一端与差分放大器u15a的第1脚连接；

差分放大器u15a的第1脚依次通过电阻r47、电阻r51与放大器u15b的第5脚连接，该放大器u15b的第6脚分别与电阻r35、电阻r44连接，电阻r44的另一端与放大器u15b的第7脚连接；

放大器u15b的第7脚分别通过电阻r39、电阻r52与第一比较器u16a的第3脚、第二比较器u16b的第5脚对应连接，第二比较器u16b的第6脚并联有电阻r55和电阻r56，第一比较器u16a的第2脚接有电阻r30。

现对本发明方法控制过程进行分析如下：

此“双闭环”是基于cpld平台进行开发，速度、电流闭环均在cpld内实现，通过霍尔传感器将电机转子的位置和转速反馈至cpld中进行逻辑变换和速度闭环，通过采用串联在主功率电中的采用电阻对母线电流进行采样，并对此电流与给定值进行比较，将比较值反馈至cpld中进行电流闭环运算。经转速闭环和电流闭环得出pwm占空比，通过转子位置和得出的pwm进行逻辑综合，从而实现产品可靠稳定的运行。

新电流闭环具体电路如下图1所示，通过电阻r70、r50对母线电流进行采样，将母线电流信号转换成电压信号，此电压信号经u15a差分放大器，r27、r33、r37、r41四个电阻组成差分放大倍数，信号在经u15b同向放大后分两路进入比较器u16a、u16b。电阻r55、r56组成过流保护点，当母线电流超过保护点比较器u16b输出oc_shut为高电平，此高电平送入cpld进行过流保护；电阻r30、r32组成电流环的给定，反馈电流与电流给定进行比较，比较器u16a输出比较结果oc_close并送入cpld进行电流闭环。

电流反馈与电流给定比较结构oc_close进入cpld后进行电流闭环，算法如下：

a)产品在地面正常运行，负载恒定不变，母线反馈电流小于电流给定，此时电流环不起作用，pwm占空比只由转速环进行调节控制；

b)产品在高空运行，负载增大，母线反馈电流大于电流给定，为保证母线电流不超过电流给定，产品控制进入电流环，此时pwm占空比由外环速度环和内环电流环分别进行控制；当母线反馈电流大于电流给定，电流环进行作用使pwm占空比相应进行减小，降低产品转速以保证电流。当母线反馈电流小于电流给定，速度环根据速度反馈与速度给定的比较进行作用使pwm占空比相应变化。

c)负载恢复到地面恒定负载时，控制跳出电流环，只进行速度环的调节。