一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，具体为一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法。


背景技术：

2.电机为依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。现有的开环步进电机驱动器存在以下技术问题：电机能量转换效率低、运行噪音大、且电机运行不平稳即容易丢步等问题。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法，能够解决上述技术问题。
5.(二)技术方案
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法，包括以下步骤：
7.s1：对电机的三相电流进行采样；
8.s2：对三相电流进行坐标变换；
9.s3：计算进行坐标变换后的三相电流与目标设定值之间的误差；
10.s4:根据误差得到控制电压；
11.s5：根据控制电压得到三相逆变电路的状态编码值；
12.s6：根据状态编码值控制mos管的开关，以驱动电机。
13.优选的，步骤s1具体为：对电机的三相电流进行采样得到ia，ib，ic。
14.优选的，步骤s2具体包括以下子步骤：
15.s21：将ia，ib，ic进行clark变换得到i
α
，i
β
；
16.s22：将i
α
，i
β
进行park变换得到iq，id。
17.优选的，clark变换的变换公式如下所示：
[0018][0019]
优选的，park变换的变换公式如下所示：
[0020][0021]
优选的，步骤s3具体为：计算iq，id与目标设定值iq_ref，id_ref之间的误差。
[0022]
优选的，步骤s4具体为：将误差输入两个pid控制器，得到输出的控制电压uq，ud。
[0023]
优选的，步骤s5具体包括以下子步骤：
[0024]
s51：将uq，ud进行反park变换得到u
α
，u
β
；
[0025]
s52：用u
α
，u
β
合成电压空间矢量，进一步将电压空间矢量输入svpwm模块进行调制，以输出该时刻三相逆变电路的状态编码值。
[0026]
优选的，三相逆变电路由三个半桥电路组成，一个半桥电路由两个mos管组成。
[0027]
优选的，mos管为mosfet晶体管。
[0028]
(三)有益效果
[0029]
与现有技术相比，本发明提供了一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法，具备以下有益效果：本发明的控制方法通过对三相电流的反馈量与其目标设定值之间的误差进行动态调节，能够精确地控制电机磁场大小与方向，从而提高电机工作效率和输出功率、增大了电机扭矩、运行噪音小、且使得电机平滑运行，提高了电机的运行质量。
附图说明
[0030]
图1为本发明一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法的步骤流程图；
[0031]
图2为本发明的电机与驱动器的组合立体图；
[0032]
图3为本发明的电机与驱动器的分离立体图。
[0033]
图中标号为：1电机、2驱动器、3隔离柱、4螺孔、5螺丝、6磁铁。
具体实施方式
[0034]
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做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。
[0035]
本发明提供一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法，包括以下步骤：
[0036]
s1：对电机的三相电流进行采样。
[0037]
该步骤s1具体为：对电机的三相电流进行采样得到三相坐标系ia，ib，ic。具体的，使用串联的采样电阻进行电机的三相电流的采样。
[0038]
s2：对三相电流进行坐标变换。
[0039]
该步骤s2具体包括以下子步骤：
[0040]
s21：将ia，ib，ic进行clark变换得到i
α
，i
β
。
[0041]
在上述子步骤s21中，通过做一个基变换将ia，ib，ic正交化为一个直角坐标系：α-β坐标系，clark变换即为坐标轴投影计算，clark变换的变换公式如下所示：
[0042][0043]
s22：将i
α
，i
β
进行park变换得到iq，id。
[0044]
在上述子步骤s22中，park变换的变换公式如下所示：
[0045][0046]
其中是电机转子当前的角度，park变换即作用了一个旋转矩阵，上述α-β坐标系通过park变换得到d-q坐标系，该d-q坐标系是始终跟着电机转子旋转的，park变换的矩阵形式如下所示：
[0047][0048]
s3：计算进行坐标变换后的三相电流与目标设定值之间的误差。
[0049]
具体的，上述步骤s3为计算iq，id与目标设定值iq_ref，id_ref之间的误差。
[0050]
s4:根据误差得到控制电压。
[0051]
该步骤s4具体为：将上述步骤s3计算得到的误差输入两个pid控制器，得到输出的控制电压uq，ud。pid控制器(proportion integration differentiation，比例-积分-微分控制器)，由比例单元(p)、积分单元(i)和微分单元(d)组成，pid控制器主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。
[0052]
s5：根据控制电压得到三相逆变电路的状态编码值。
[0053]
具体的，上述步骤s5包括以下子步骤：
[0054]
s51：将uq，ud进行反park变换得到u
α
，u
β
。
[0055]
s52：用u
α
，u
β
合成电压空间矢量，进一步将电压空间矢量输入svpwm模块进行调制，以输出该时刻三相逆变电路的状态编码值。其中，上述电压空间矢量表征希望电机转子旋转到的方向，也即所需生成的磁场方向，电压空间矢量包括有6个。svpwm(space vector pulse width modulation，空间矢量脉宽调制)是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm波，svpwm模块使用上述6个电压空间矢量作为基向量来合成任意矢量，输出三相逆变电路的状态编码值。
[0056]
其中，三相逆变电路由三个半桥电路组成；一个半桥电路由两个mos管组成的上桥和下桥，中间引出一条输出线，每个半桥电路引出的一根输出线和电机的一根相线相连。即s52为输出三个半桥电路的状态编码值。其中，将上桥开通且下桥关断定义为状态1，将上桥关断且下桥开通定义为状态0，则三个半桥电路的状态编码值一共有以下8种组合方式：000、001、010、011、100、101、110、111。
[0057]
优选的，mos管为mosfet晶体管，通过使用高效的mosfet晶体管能够进一步降低能量损耗。
[0058]
s6：根据上述步骤s5得到的状态编码值控制mos管的开关，以驱动电机。通过控制三个半桥电路中mos管的不同开关状态，即可控制电流在电机中的不同流向。
[0059]
优选的，重复上述步骤s1-s6，以持续地对电机的上述误差进行动态调节，实现更好地控制电机。
[0060]
与现有技术相比，本发明提供了一种大电流驱动的超静音闭环电机的控制方法，具备以下有益效果：本发明的控制方法通过对三相电流的反馈量与其目标设定值之间的误
差进行动态调节，能够精确地控制电机磁场大小与方向，从而提高电机工作效率和输出功率、增大了电机扭矩、运行噪音小、且使得电机平滑运行，提高了电机的运行质量。
[0061]
此外优选的，如图2-3所示，电机1的底部四周设有隔离柱3，隔离柱3设有螺孔4，通过螺丝5与上述螺孔4配合以将驱动器2固定于隔离柱3上；驱动器2的外形尺寸优选为与电机1的底部尺寸相适配，从而方便安装且节省空间。其中，电机1的底部设有磁铁6，驱动器2设有与上述磁铁6对应的磁编码器芯片，通过设置磁编码器芯片感应磁铁6，从而反馈获得电机转子的位置信息等电机数据，进而控制电机1。
[0062]
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0063]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。