無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法、裝置和控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法、裝置和控制系統(tǒng)，所述方法包括：檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)；獲取第一控制參數(shù)；根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù)載的表征因子；所述表征因子用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度；根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位超前角上限；所述第二控制參數(shù)為常數(shù)。本發(fā)明提供的方法，能夠根據(jù)電機(jī)負(fù)載的輕重程度動態(tài)設(shè)定與之相關(guān)的相位超前角上限，從而有效控制調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位，以避免電機(jī)輕載尤其是空載時出現(xiàn)飛車等異常現(xiàn)象。
【專利說明】無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法、裝置和控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的 方法、裝置和控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷電動機(jī)利用電子換向替代了機(jī)械換向，克服了傳統(tǒng)直流電機(jī)由于電刷摩擦而 產(chǎn)生的一系列問題，并且具有調(diào)速性能好、體積小、效率高等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于國民經(jīng) 濟(jì)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活中。
[0003] 無刷電機(jī)的繞組呈電感特性，因此繞組電流滯后于所施加的電壓。所以通常設(shè)置 一定的相位超前角以使得相電流與相應(yīng)的反電動勢同相，以達(dá)到提高電機(jī)輸出扭矩和效率 的目的。相位超前角的設(shè)置可以通過相電流檢測實現(xiàn)，不過需要消耗較多的計算資源，硬件 成本也高。因此經(jīng)常采用間接估算的方法來進(jìn)行相位超前角的計算，比如通過檢測母線電 流并將其與電機(jī)的控制參數(shù)運(yùn)算后得到相位超前角。以基于電機(jī)平均電流的自動超前角算 法為例，相位超前角與電機(jī)平均電流成正比。
[0004] 然而，這種自動超前角算法會導(dǎo)致一個較為突出的問題，就是電機(jī)輕載尤其是空 載時容易飛車。電機(jī)飛車具體表現(xiàn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率突然劇烈增加。這與自動超前角算法 的正反饋有關(guān)，即：一方面，在電機(jī)輕載尤其是空載時，電機(jī)容易受到外界干擾而進(jìn)入弱磁； 另一方面，一旦進(jìn)入弱磁，電機(jī)效率下降、母線電流上升，超前角會由此增大，使得電機(jī)進(jìn)入 弱磁的程度更高，這進(jìn)一步導(dǎo)致電機(jī)的速度和電流上升。這種正反饋最終導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)速 和功率突然迅速增加而失控。采用固定超前角，雖然可以切斷所述正反饋，但是當(dāng)所采用超 前角較大時，電機(jī)也容易飛車。電機(jī)飛車會造成電機(jī)過熱而受損，甚至威脅人員安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的 附圖。
[0006] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法流程圖；
[0007] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種相位超前角上限的函數(shù)關(guān)系示意圖；
[0008] 圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種相位超前角上限的函數(shù)關(guān)系示意圖；
[0009] 圖4為本發(fā)明實施例提供的基于平均電流的相位超前角及其上限設(shè)定示意圖；
[0010] 圖5為本發(fā)明實施例提供的一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0011] 圖6為本發(fā)明實施例提供的無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 本發(fā)明實施例提供了一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法、裝置和控制系 統(tǒng)，能夠根據(jù)電機(jī)負(fù)載的輕重程度動態(tài)設(shè)定與之相關(guān)的相位超前角上限，從而有效控制調(diào) 整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位，以避免電機(jī)輕載尤其是空載時出現(xiàn)飛車等異?，F(xiàn) 象。
[0014] 第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法，包 括：
[0015] 檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)；
[0016] 獲取第一控制參數(shù)；
[0017] 根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù)載的表征因子；所述表征 因子用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度；
[0018] 根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位超前角上限；所述第二控制 參數(shù)為常數(shù)。
[0019] 優(yōu)選的，所述第一控制參數(shù)包括電機(jī)的線電壓；所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速； 所述表征因子具體為所述電機(jī)的線電壓與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速的比值的增函數(shù)。
[0020] 優(yōu)選的，所述方法還包括：
[0021] 獲取所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角；
[0022] 確定所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角是否超過所述相位超前角上限；
[0023] 當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角超過所述相位超前角上限時，根據(jù)所述相位超前角 上限，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
[0024] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述方法還包括：當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角不超過所述相位 超前角上限時，根據(jù)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
[0025] 第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的裝置，包 括：
[0026] 檢測單元，用于檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)；
[0027] 獲取單元，用于獲取第一控制參數(shù)；
[0028] 表征因子計算單元，用于根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù) 載的表征因子；所述表征因子用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度；
[0029] 超前角上限計算單元，用于根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位 超前角上限；所述第二控制參數(shù)為常數(shù)。
[0030] 優(yōu)選的，所述第一控制參數(shù)包括電機(jī)的線電壓；所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速； 所述表征因子具體為所述電機(jī)的線電壓與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速的比值的增函數(shù)。
[0031] 優(yōu)選的，所述裝置還包括：
[0032] 超前角計算單元，用于獲取所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角；
[0033] 判定單元，用于確定所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角是否超過所述相位超前角上限；
[0034] 控制和驅(qū)動單元，用于當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角超過所述相位超前角上限 時，根據(jù)所述相位超前角上限，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
[0035] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述控制和驅(qū)動單元還用于：當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角不超 過所述相位超前角上限時，根據(jù)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵 信號的相位。
[0036] 第三方面，本發(fā)明實施例還提供了一種控制電路，包括上述第二方面所述的無刷 電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的裝置。
[0037] 第四方面，本發(fā)明實施例還提供了一種無刷電機(jī)控制系統(tǒng)，包括：檢測電路、如上 述第三方面所述的控制電路和功率開關(guān)電路。
[0038] 本發(fā)明實施例的無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法，根據(jù)電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和第一 控制參數(shù)得到表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度的表征因子，并根據(jù)表征因子和第二控制參數(shù) 計算得到相位超前角上限，從而根據(jù)電機(jī)負(fù)載的輕重程度動態(tài)設(shè)定與之相關(guān)的相位超前角 上限，有效控制調(diào)整施加于電機(jī)的激勵信號的相位，以避免電機(jī)輕載尤其是空載時出現(xiàn)飛 車等異常現(xiàn)象。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實施例僅僅是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0040] 本發(fā)明實施例一提供了一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法，如圖1所示， 所述包括如下步驟：
[0041] 步驟110,檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)；
[0042] 具體的，電機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0043] 與無刷電機(jī)相連接的控制模塊對無刷電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，從而獲取電機(jī)當(dāng) 前的轉(zhuǎn)速FG。
[0044] 步驟120,獲取第一控制參數(shù)；
[0045] 具體的，第一控制參數(shù)包括電機(jī)線電壓Vs。
[0046] 當(dāng)使用脈沖寬度調(diào)制（PWM)技術(shù)控制電機(jī)時，電機(jī)線電壓與所施加的PWM信號的 占空比成比例。
[0047] 步驟130,根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù)載的表征因子； 所述表征因子用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度；
[0048] 具體的，電機(jī)轉(zhuǎn)速FG與電機(jī)線電壓Vs、電機(jī)負(fù)載密切相關(guān)，因此可以用電機(jī)轉(zhuǎn)速 FG和電機(jī)線電壓Vs的函數(shù)作為電機(jī)負(fù)載的表征因子L來表示電機(jī)負(fù)載的輕重程度。
[0049] 電機(jī)負(fù)載表征因子可以具體用f (FG，Vs)來表示，具體為Vs/FG的函數(shù)。Vs與FG 的比值越大，電機(jī)負(fù)載的表征因子L越大，表示電機(jī)負(fù)載越重；反之，Vs與FG的比值越小， 電機(jī)負(fù)載的表征因子L越小，表示電機(jī)負(fù)載越輕。
[0050] 進(jìn)一步的，f(FG，Vs)可以為Vs/FG的連續(xù)函數(shù)，或者可以由查表得到。
[0051] 步驟140,根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位超前角上限；所 述第二控制參數(shù)為常數(shù)。
[0052] 具體的，相位超前角上限隊與表征因子f(FG，Vs)和第二控制參數(shù)的乘積為函數(shù) 關(guān)系。
[0053] 第二控制參數(shù)可以為一個常數(shù)，用來表示，該常數(shù)的具體數(shù)值可以通過與無刷 電機(jī)相連接的控制模塊或芯片來確定，或者進(jìn)行設(shè)定和變更。
[0054] 在一個具體的例子中，相位超前角上限U,可以由如下公式表示：
[0055]
【權(quán)利要求】
1. 一種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的方法，其特征在于，所述方法包括： 檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)； 獲取第一控制參數(shù)； 根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù)載的表征因子；所述表征因子 用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度； 根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位超前角上限；所述第二控制參數(shù) 為常數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一控制參數(shù)包括電機(jī)的線電壓；所 述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速；所述表征因子具體為所述電機(jī)的線電壓與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速的 比值的增函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 獲取所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角； 確定所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角是否超過所述相位超前角上限； 當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角超過所述相位超前角上限時，根據(jù)所述相位超前角上 限，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角不超過所述相位超前角上限時，根據(jù)所述電機(jī)當(dāng)前的相 位超前角，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
5. -種無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的裝置，其特征在于，所述裝置包括： 檢測單元，用于檢測電機(jī)狀態(tài)參數(shù)； 獲取單元，用于獲取第一控制參數(shù)； 表征因子計算單元，用于根據(jù)所述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)和所述第一控制參數(shù)得到電機(jī)負(fù)載的 表征因子；所述表征因子用于表征所述電機(jī)負(fù)載的輕重程度； 超前角上限計算單元，用于根據(jù)所述表征因子和所述第二控制參數(shù)計算得到相位超前 角上限；所述第二控制參數(shù)為常數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述第一控制參數(shù)包括電機(jī)的線電壓；所 述電機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速；所述表征因子具體為所述電機(jī)的線電壓與所述電機(jī)轉(zhuǎn)速的 比值的增函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 超前角計算單元，用于獲取所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角； 判定單元，用于確定所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角是否超過所述相位超前角上限； 控制和驅(qū)動單元，用于當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角超過所述相位超前角上限時，根 據(jù)所述相位超前角上限，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述控制和驅(qū)動單元還用于： 當(dāng)所述電機(jī)當(dāng)前的相位超前角不超過所述相位超前角上限時，根據(jù)所述電機(jī)當(dāng)前的相 位超前角，調(diào)整施加于所述電機(jī)的激勵信號的相位。
9. 一種控制電路，其特征在于，所述控制電路包括如上述權(quán)利要求5-8任一權(quán)項所述 的無刷電機(jī)相位超前角上限設(shè)定的裝置。
10. -種無刷電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：檢測電路、如上述權(quán)利要求9
【文檔編號】H02P6/00GK104092412SQ201410308676
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】高峰, 林建輝 申請人:英特格靈芯片(天津)有限公司