无刷直流电动机电压矢量控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动机电压控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电动机电压矢量控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]三相无刷直流电动机采用永磁体产生励磁磁场，通常采用霍尔元件作为位置传感器，采用6个功率开关器件(也简称为开关器件)构成的3相全桥电路以及特定的逻辑开关方式为电动机提供所需的电压能量。
[0003]目前，三相无刷直流电动机的一种简单控制方法称之为6步法。详细而言，一个电周期内，开关状态有6个，故称为6步法。也即，在同一时刻，只有两个开关器件导通。该方法同时开通的开关器件通常只有2相，由于开关器件少，在特定情况下开关损耗小，因此，6步法式在无刷直流电动机控制领域得到广泛应用。
[0004]但是，6步法在从一个导通状态向另一个导通状态切换时，需要同时开通一个开关器件并关闭一个开关器件，电流大时会产生较大的关断电流，带来较大的换向损失。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种无刷直流电动机电压矢量控制方法及装置，以解决现有技术存在的关断电流、换向损失较大的问题。
[0006]为了解决上述问题，本发明提供的无刷直流电动机电压矢量控制方法如下:
[0007]一种无刷直流电动机电压矢量控制方法，用于控制电动机6个开关器件的动作，6个开关器件分别构成电动机U相、V相和W相驱动电路的上桥、下桥，所述控制方法包括以下步骤:
[0008]标定，将U相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭，同时V相和W相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭时的状态作为矢量Vl ;
[0009]将W相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭，同时U相和V相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭时的状态作为矢量V2 ;
[0010]将V相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭，同时U相和W相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭时的状态作为矢量V3 ;
[0011]将U相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭，同时V相和W相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭时的状态作为矢量V4 ;
[0012]将W相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭，同时U相和V相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭时的状态作为矢量V5 ;
[0013]将V相下桥开关器件开通、上桥开关器件关闭，同时U相和W相上桥开关器件开通、下桥开关器件关闭时的状态作为矢量V6 ;
[0014]将U相上桥开关器件和W相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为Ml ；
[0015]将V相上桥开关器件和W相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为M2 ；
[0016]将V相上桥开关器件和U相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为M3 ；
[0017]将W相上桥开关器件和U相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为M4 ；
[0018]将W相上桥开关器件和V相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为M5 ；
[0019]将U相上桥开关器件和V相下桥开关器件开通，其余开关器件关断时的矢量作为M6 ；
[0020]以上述各个矢量为中心切分成12个扇区，根据电动机转子N极径向矢量所在扇区，选择相应的电压矢量进行控制:在电动机逆指针旋转时，以V1-M1-V2-M2-V3-M3-V4-M4-V5-M5-V6-M6-V1-M1-V2…的顺序进行矢量切换，实现控制；在电动机顺时针旋转时，采用相反的顺序进行控制。
[0021]优选地，在上述控制方法中，所述扇区区间切换在旋转方向上提前或滞后一定角度。
[0022]优选地，在上述控制方法中，将构成矢量的上桥开关或下桥开关进行脉宽调制，实现变频变压控制。
[0023]优选地，在上述控制方法中，各个扇区的切分方式为非均等和非对称方式。
[0024]优选地，在上述控制方法中，各个扇区的切分方式为均等和中心对称方式。
[0025]优选地，在上述控制方法中，每个扇区为30度，以各矢量为中心对称。
[0026]优选地，在上述控制方法中，电动机转子位置来自霍尔传感器、光学编码器、旋转变压器或基于电动机模型进行的位置估计。
[0027]优选地，在上述控制方法中，电动机转子位置来自6个霍尔传感器。
[0028]为了解决上述问题，本发明提供的无刷直流电动机电压矢量控制装置如下:
[0029]一种无刷直流电动机电压矢量控制装置，用于实施上述任一控制方法，其包括:第一开关器件至第六开关器件，用于分别构成电动机U相、V相和W相驱动电路的上桥或下桥；位置检测装置，用于检测电动机转子的位置；开关逻辑电路，与所述位置检测装置连接，用于根据转子的位置检测结果，对于第一开关器件至第六开关器件进行相应的开关逻辑控制。
[0030]优选地，在上述控制装置中，所述位置检测装置为光学编码器、旋转变压器或6个均布于电动机转子周围的霍尔传感器。
[0031]分析可知，本发明将6个开关器件按照开通时的状态形成空间矢量中的12个电压矢量。在对无刷直流电动机进行控制时，将上述12个电压矢量依次进行导通。借此，本发明可以实现矢量切换时，只有一个开关进行开通或关断，从而避免6步法中出现的“同时开通一个开关器件并关闭一个开关器件”的问题，减少关断电流和换向损失。
【附图说明】
[0032]图1为本发明的装置实施例的电动机驱动原理结构示意图；
[0033]图2为图1所示实施例应用时的矢量的开关扇区角度均等并对称时的示意图；
[0034]图3为图1所示实施例应用时的矢量的开关扇区角度不等、每个矢量在该扇区非对称时的示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0036]如图1所示，在本发明的装置实施例中，开关器件SI (也可以称之为功率器件、功率开关器件)是由一个正向开关导通的功率管和反向二极管构成，其形成了 U相驱动电路的上桥。开关器件S2 — S6均为与开关器件SI相同的开关器件，并分别构成了 U相、V相和W相驱动电路的上桥或下桥，具体参见图1，SI为U相驱动电路的上桥，S4为U相驱动电路的下桥，S3为V相驱动电路的上桥，S6为V相驱动电路的下桥，S5为W相驱动电路的上桥，S2为W相驱动电路的下桥。直流电源7可以由电池或电容等元件构成，为电动机提供电能。绕组8、9、10分别表示电动机的U相、V相和W相三相绕组。每相绕组的一端与各相桥型电路的中点连接，另一端相互连接，形成绕组的中性点。转子11是与定子同心构成，其中N和S表示转子磁场的磁极。转子11的位置检测装置12可以为开关型霍尔传感器、线性霍尔传感器、光学编码器、旋转变压器等旋转位置检测器件，优选地，位置检测装置12为6个均布于转子11周围的霍尔传感器。位置检测装置12将位置检测结果提供给开关逻辑电路13进行相应的开关逻辑控制。开关逻辑电路13—般依据上位系统(图中未明示)发出的电压指令和转子11的位置实现开关控制。
[0037]图2示出了图1所示实施例在应用时的电压空间矢量(V1/M1……)图。其中，Vl表示开关器件S6、S1和S2开通，对应的同相开关器件S3、S4和S5关断；V2表示S1、S2、S3开通，S6、S4、S5关断；V3表示S2、S3、S4开通，S5、S6、SI关断；V4表示S3、S4、S5开通，S6、S1、S2、关断；V5 表示 S4、S5、S6 开通，S3、S1、S2 关断；V6 表示 S5、S6、SI 开通，S2、S3、S4关断。矢量Ml表示S1、S2导通，其余关断；M2表示S2、S3导通，其余关断；M3表示S3、S4导通，其余关断；M4表示S4、S5导通，其余关断；M5表示S5、S6导通，其余关断；M6表示S6、S1导通，其余关断。
[0038]如上所示，假设按照V1-V