直流无刷电机大力矩驱动方法及直流无刷电机控制系统与流程

本发明涉及无刷电机技术领域，特别涉及直流无刷电机大力矩驱动方法及直流无刷电机控制系统。

背景技术：

现有直流无刷电动机(以下称电机)因其功率密度高、结构简单、调速范围广、工作效率高等优点，而被广泛地运用在诸多工业和民用领域。在实际使用过程中，为了保证电机控制的稳定和简单，传统电机通常安装有霍耳元件来获取电机转子位置，以根据转子位置来产生驱动电机需要的正确电流信号，但由于霍尔元件存在安装精度要求高、容易损坏、成本偏高等问题。

而在无霍尔元件的直流无刷电机中，因为直流无刷电机转子位置获取困难，会导致直流无刷电机不可控，从而使得直流无刷电机的驱动性能变差。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种直流无刷电机大力矩驱动方法，旨在提高直流无刷电机的驱动性能。

为实现上述目的，本发明提出一种直流无刷电机大力矩驱动方法，其特征在于，所述直流无刷电机大力矩驱动方法包括：

获取电机转子初始位置；

按照电感位置检测模式，驱动电机运行，并获取第一电机转速；

当所述第一电机转速大于第一预设电机转速值时，按照反电动势检测模式，驱动电机运行，并获取第二电机转速；

当所述第二电机转速大于第二预设电机转速值时，继续反电动势检测模式，驱动电机运行。

优选地，所述当所述第二电机转速大于第二预设电机转速值时，继续反电动势检测模式，驱动电机运行的步骤之后还包括：

当所述第一电机转速小于或等于第一预设电机转速值时，或者当所述第二电机转速小于或等于第二预设电机转速值时，根据运动状态控制信号控制电机转子工作。

优选地，所述获取电机转子初始位置的步骤包括：

为电机定子三相提供固定的成对相同的短时电流信号或短时电压信号，获取电机定子反馈的第一反馈电流信号或第二反馈电压信号的变化值，根据第一反馈电流信号或第二反馈电压信号的变化值确定电机定子三相的第一电感变化值，根据所述第一电感变化值确定所述电机转子初始位置；或者，

在电机定子三相中注入特定的短时高频电压或短时高频电流，检测电机的第二反馈电流信号或者第二反馈电压信号，根据所述第二反馈电流信号或者第二反馈电压信号计算出电机的凸极位置，根据所述凸极位置确定所述电机转子初始位置。

优选地，所述获取第一电机转速的步骤包括：

检测驱动电机运行时定子三相的驱动电流信号或驱动电压信号；

获取电机定子反馈的第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值；

根据第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值确定第二电感变化值；

根据所述第二电感变化值，计算获得所述第一电机转速。

优选地，所述获取第一电机转速的步骤包括：

在电机定子三相中注入特定的高频周期性电压或高频周期性电流；

检测电机定子反馈的第四反馈电流信号或第四反馈电压信号；

将所述第四反馈电流信号或所述第四反馈电压信号计算电机的凸极位置；

根据电机的凸极位置，计算获得所述第一电机转速。

优选地，所述获取第二电机转速的步骤包括：

检测驱动电机运行时的三相反电动势；

根据所述三相反电动势获得电子转子的位置信息；

根据所述电子转子的位置信息计算获得第二电机转速。

优选地，所述获取第二电机转速的步骤包括：

检测电机定子的三相电流或三相电压的变化值；

根据所述三相电流或三相电压的变化值，计算获得第二电机转速。

优选地，所述获取电机转子初始位置步骤之前还包括：

启动电机电源，并在接收到电机启动指令时，启动电机。

为实现上述目的，本发明还提出一种直流无刷电机控制系统，包括处理器及存储有的存储器，所述存储器上存储有直流无刷电机大力矩驱动程序，所述直流无刷电机大力矩驱动程序被处理器执行，实现如上所述的直流无刷电机大力矩驱动的方法。

为实现上述目的，本发明还提出一种直流无刷电机控制系统，包括电源、驱动电路、直流无刷电机、电流采样电路、电压采样电路以及驱动控制器；

所述电源用于给所述无刷电机提供电源电压；

所述电流采样电路用于采集所述直流无刷电机的电机电流信号，并反馈至所述驱动控制器；

所述电压采样电路用于采集所述直流无刷电机的电机电压信号，并反馈至所述驱动控制器；

所述驱动电路根据所述驱动控制器输出的驱动信号，驱动所述无刷电机运行；

所述驱动控制器包括处理器及存储器，所述存储器上存储有直流无刷电机大力矩驱动程序，所述直流无刷电机大力矩驱动程序被处理器执行时，输出驱动控制信号至所述驱动电路，实现如上所述的直流无刷电机大力矩驱动的方法。

本发明通过采取一种直流无刷电机大力矩驱动方法，其中所述直流无刷电机大力矩驱动方法首先获取电机转子初始位置，随后，按照电感位置检测模式，驱动电机运行，并获取第一电机转速，此时，比较第一电机转速与第一预设电机转速值的大小，当所述第一电机转速大于第一预设电机转速值时，按照反电动势检测模式，驱动电机运行，并获取第二电机转速，然后，比较第二电机转速与第二预设电机转速值的大小，当所述第二电机转速大于第二预设电机转速值时，继续反电动势检测模式，驱动电机运行。在本申请的技术方案中，将电机运行分为三个阶段，分别设置两个阈值，在电机静止时，首先获取电机转子初始位置，从而保证驱动的起始位置的准确性，随后，在电机转速大于第一电机转速时，用电感位置检测模式检测第一电机转速，在电机转速大于第一电机转速时，用反电动势检测模式检测第二电机转速，此时，通过在不同转速时采用不同的检测模式测试电机转速，可以使得每个阶段的检测结果更为准确，保证前面数据的可参考性，加快后续响应速度，使得后面的控制结果更为良好，进一步提高电机的输出效率，保证在电机输出大扭矩的同时还能有高效率的输出。从而解决了直流无刷电机的驱动性能较差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明直流无刷电机大力矩驱动方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明直流无刷电机大力矩驱动方法又一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为了解决直流无刷电机的驱动性能较差，本发明提出一种直流无刷电机大力矩驱动方法，应用于直流无刷电机。

在一示例型技术中，电机的工作流程一般是通电，启动电机，随后根据控制指令再对电子进行驱动，在电机驱动过程中，霍尔元件会随时对电机转速进行测量，再对电机转速进行调节，以保证电机的控制指令能与电机的运行状态相契合，从而实现精准控制。而不采用霍尔元件的话，会使得控制指可能大幅度偏离电机的工作状态，从而不能正确实行控制，因此，本申请中提供一种直流无刷电机大力矩驱动方法，用于准确控制主流无刷电机的工作。

在一实施例中，如图1所示，本发明提出一种直流无刷电机大力矩驱动方法，所述直流无刷电机大力矩驱动方法包括：

s1，获取电机转子初始位置；

在电机被驱动之前，需要获取此时的电机转子初始位置，从而才能确定控制指令需要控制的初始位置，实现准确控制。

s2，按照电感位置检测模式，驱动电机运行，并获取第一电机转速；

其中，电感位置检测模式可以在没有霍尔元件时实现对电机转速的检测，而且此时的电感位置检测模式是根据电感反馈的原理进行检测，因此在低速运行的状态下，可以检测到极其微小的电流变化，从而极大提高了检测的电机转速的准确性。

s3，当所述第一电机转速大于第一预设电机转速值时，按照反电动势检测模式，驱动电机运行，并获取第二电机转速；

其中，当电机速度较大时，切换为反电动势检测模式，也不需要利用霍尔元件检测，反电动势检测是检测电机运行过程中的反电动势，此时因为电机速度较大，在电机高速运行，采用反电动势检测检测到的电机速度比电感位置检测模式检测到的电机速度更为准确，另外，由于此时位置检测的方式仅需检测反电动势，因此并不需要额外的霍尔元件，从而节约了成本。且反电动势检测模式与电感位置检测模式切换检测，可以方便在合适的时候选择检测精度最为准确的检测方式，从而使得电机从启动到高速的所有位置检测的结果更为准确，从而实现对应时刻的控制信号可以准确对应电机的工作状态，实现精确的控制，即保证电机在输出大扭矩的同时仍然保持高效率的工作。能有效降低成本、提高电机生产的效率和良品率，增加了电机长期运行的可靠性，从而有效降低了产品综合成本。另外，本发明采用无霍尔驱动运行，避免了因霍尔安装不准或损坏导致的运行效率低、噪音大或驱动控制失效，提高了直流无刷电机的运行可靠性。而且，本发明与常规无霍尔直流无刷电机驱动相比，在电机运行全程可实现转子位置实时获取并进行驱动控制，因而可实现运行全程的最大扭矩输出，从而保证了电机扭矩输出的效率和可靠性。

s4，当所述第二电机转速大于第二预设电机转速值时，继续反电动势检测模式，驱动电机运行。

其中，电机速度越大时，反电动势检测结果越好，所以此时继续反电动势检测模式还可以使得电机的效率进一步提高。

可选地，可选地，所述获取电机转子初始位置步骤之前还包括：

启动电机电源，并在接收到电机启动指令时，启动电机。

如图2所示，在又一实施例中，所述当所述第二电机转速大于第二预设电机转速值时，继续反电动势检测模式，驱动电机运行的步骤之后还包括：

s5，当所述第一电机转速小于或等于第一预设电机转速值时，或者当所述第二电机转速小于或等于第二预设电机转速值时，根据运动状态控制信号控制电机转子工作。

其中，在第一种情况中，所述第一电机转速小于或等于第一预设电机转速值，根据运动状态控制信号控制电机转子工作，若运动状态控制信号为停止信号，则运动状态控制信号控制电机停止。若运动状态控制信号为继续工作信号，则运动状态控制信号控制电机继续电感位置检测模式。在第二种情况中，所述第二电机转速小于或等于第二预设电机转速值时，若运动状态控制信号为停止信号，则运动状态控制信号控制电机停止。若运动状态控制信号为继续工作信号，则运动状态控制信号控制电机继续电感位置检测模式。

可选地，在一实施例中，所述获取电机转子初始位置的步骤包括：

为电机定子三相提供固定的成对相同的短时电流信号或短时电压信号，获取电机定子反馈的第一反馈电流信号或第一反馈电压信号的变化值，根据第一反馈电流信号或第二反馈电压信号的变化值确定电机定子三相的第一电感变化值，根据所述第一电感变化值确定所述电机转子初始位置。

其中，短时电流信号或短时电压信号只需要在极短的时间内起作用即此时的电机为静止状态，从而使得检测结果较为稳定，缩小短时电流信号或短时电压信号可以节约能量，较少不需要的功耗。在第一种情况中，电机定子三相提供固定的成对相同的短时电流信号，获取电机定子反馈的第一反馈电压信号的变化值，从而可以根据这个变化值确定电机转子初始位置，此时，仅仅需要提供一个短时电流信号，通过检测反馈电压信号即可以确定电子转子的初始位置。在第二种情况中，电机定子三相提供固定的成对相同的短时电压信号，获取电机定子三相反馈的第一反馈电流信号的变化值，从而可以根据这个变化值确定电机转子初始位置。此种方法不需要用到霍尔元件等比较昂贵的检测器件，仅需要检测出反馈的第一反馈电压信号或者第一反馈电流信号即可，余下的根据第一反馈电压信号或者第一反馈电流信号的变化值判断电机转子位置可通过各种计算机算法实现，本申请中不在详细举例。而且，本申请的技术方案简化了检测流程，在不采用霍尔元件的基础上实现了更好检测精度的效果。省去霍尔元件而采用其他的技术手段能提了电机在极端天气下的应用能力，具有较好的工业化前景。

可选地，在一实施例中，所述获取电机转子初始位置的步骤包括：

在电机定子三相中注入特定的短时高频电压或短时高频电流，检测电机的第二反馈电流信号或者第二反馈电压信号，根据所述第二反馈电流信号或者第二反馈电压信号计算出电机的凸极位置，根据所述凸极位置确定所述电机转子初始位置。

其中，此时的短时高频电压或短时高频电流具有相位大小的变化，相比于仅仅只是电压或者电流的检测信号来说，检测结果会更为精确。在第一种情况中，电机定子三相提供特定短时高频电流，获取电机定子反馈的第二反馈电压信号，从而可以根据这个变化值确定电机的凸极位置，根据所述凸极位置确定所述转子初始位置，此时，仅仅需要提供一个短时电流信号，通过检测第二反馈电压信号即可以确定电子转子的初始位置。在第二种情况中，电机定子三相提供固定的成对相同的短时高频电压，获取电机定子三相反馈的第二反馈电流信号，从而可以根据这个变化值确定电机转子初始位置。此种方法不需要用到霍尔元件等比较昂贵的检测器件，仅需要检测出反馈的第二反馈电压信号或者第二反馈电流信号即可，余下的根据第二反馈电压信号或者第二反馈电流信号的变化值判断电机转子位置可通过各种计算机算法实现，本申请中不在详细举例。而且，本申请的技术方案简化了检测流程，在不采用霍尔元件的基础上实现了更好检测精度的效果。省去霍尔元件而采用其他的技术手段能提了电机在极端天气下的应用能力，具有较好的工业化前景。

可选地，所述获取第一电机转速的步骤包括：

检测驱动电机运行时定子三相的驱动电流信号或驱动电压信号；

获取电机定子反馈的第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值；

根据第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值确定第二电感变化值；

根据所述第二电感变化值，计算获得所述第一电机转速。

其中，在一实施例中，定子三相的驱动电流信号对应电机定子反馈的第三反馈电压信号，也即定子反馈的第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值，由两者之间的差异从而确定电机三相的电感差异，从而确定了第二电感变化值，从而根据第二电感变化值确定电机转速，从而实现第一电机转速的获取。定子三相的驱动电流信号对应电机定子反馈的第三反馈电压信号，也即定子反馈的第三反馈电压信号或第三反馈电流信号的变化值，由两者之间的差异从而确定电机三相的电感差异，从而确定了第二电感变化值，从而根据第二电感变化值确定电机转速，从而实现第一电机转速的获取。采用此种方式能有效降低成本、提高电机生产的效率和良品率，增加了电机长期运行的可靠性，从而有效降低了产品综合成本。在电机运行全程可实现转子位置实时获取并进行驱动控制，可实现运行全程的最大扭矩输出，从而保证了电机扭矩输出的效率和可靠性。

可选地，所述获取第一电机转速的步骤包括：

在电机定子三相中注入特定的高频周期性电压或高频周期性电流；

检测电机定子反馈的第四反馈电流信号或第四反馈电压信号；

将所述第四反馈电流信号或所述第四反馈电压信号计算电机的凸极位置；

根据电机的凸极位置，计算获得所述第一电机转速。

其中，在一实施例中，定子三相的高频周期性电流对应电机定子反馈的第四反馈电压信号，也即定子反馈的第四反馈电压信号或第四反馈电流信号的变化值，由两者之间的差异从而确定电机三相的电感差异，从而确定了第二电感变化值，

，也即定子反馈的第四反馈电压信号或第四反馈电流信号的变化值，由两者之间的差异从而确定电机三相的电感差异，从而确定了第二电感变化值，从而根据第二电感变化值确定电机转速，从而实现第一电机转速的获取。

采用此种方式能有效降低成本、提高电机生产的效率和良品率，增加了电机长期运行的可靠性，从而有效降低了产品综合成本。在电机运行全程可实现转子位置实时获取并进行驱动控制，可实现运行全程的最大扭矩输出，从而保证了电机扭矩输出的效率和可靠性。

可选地，所述获取第二电机转速的步骤包括：

检测驱动电机运行时的三相反电动势；

其中，可利用反电动势过零检测法、反电动势三次谐波积分检测法、续流二极管检测法和反电动势积分法检测反电动势，这些检测方法的原理一般是利用比较器或模数转换器对电机的三相反电动势进行检测。此时的比较器或模数转换器成本相对较低，而且因为方法多样，可以尝试多种方式。

根据所述三相反电动势获得电子转子的位置信息；

根据所述电子转子的位置信息计算获得第二电机转速。

可选地，所述获取第二电机转速的步骤包括：

检测电机定子的三相电流或三相电压的变化值；

根据所述三相电流或三相电压的变化值，计算获得第二电机转速。

其中，磁链估计法和反电动势估算法(包含利用pll、smo、ekf和luenberger等观测器对反电动势进行估算的算法)，其一般利用模数转换器对电机定子的三相电流或三相电压进行检测。

为实现上述目的，本发明还提出一种直流无刷电机控制系统，包括处理器及存储有的存储器，所述存储器上存储有直流无刷电机大力矩驱动程序，所述直流无刷电机大力矩驱动程序被处理器执行，实现如上所述的直流无刷电机大力矩驱动的方法。

由于本发明的一种直流无刷电机控制系统，包含了上述直流无刷电机大力矩驱动方法的所有实施例，因此也具有直流无刷电机大力矩驱动方法的所有有益效果，此处不再赘述。

为实现上述目的，本发明还提出一种直流无刷电机控制系统，包括电源、驱动电路、直流无刷电机、电流采样电路、电压采样电路以及驱动控制器；

所述电源用于给所述无刷电机提供电源电压；

所述电流采样电路用于采集所述直流无刷电机的电机电流信号，并反馈至所述驱动控制器；

所述电压采样电路用于采集所述直流无刷电机的电机电压信号，并反馈至所述驱动控制器；

所述驱动电路根据所述驱动控制器输出的驱动信号，驱动所述无刷电机运行；

所述驱动控制器包括处理器及存储器，所述存储器上存储有直流无刷电机大力矩驱动程序，所述直流无刷电机大力矩驱动程序被处理器执行时，输出驱动控制信号至所述驱动电路，实现如上所述的直流无刷电机大力矩驱动的方法。

由于本发明的一种直流无刷电机控制系统，包含了上述直流无刷电机大力矩驱动方法的所有实施例，因此也具有直流无刷电机大力矩驱动方法的所有有益效果，此处不再赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。