本發(fā)明涉及一種電機控制系統(tǒng)及方法，尤其是一種無刷電機的控制。

背景技術(shù)：

在電機剛啟動時希望知道轉(zhuǎn)子相對于所屬定子的精確角度位置或相位，以便能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生出適當?shù)霓D(zhuǎn)矩。在公知的方法或裝置中是通過絕對位置測量來取得該信息的。為此，例如將一個絕對測量系統(tǒng)安裝在裝有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸上，該絕對測量系統(tǒng)在每個時間點給出轉(zhuǎn)子相對于定子的精確角度位置。

作為絕對測量系統(tǒng)，通常使用霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魍ǔＪ侨齻€繞軸錯開120°安裝。這種絕對測量系統(tǒng)為此安裝在電機上，即在所有的運行狀態(tài)中，甚至在關(guān)斷電機控制裝置的情況下，這些絕對測量系統(tǒng)能不斷地給出轉(zhuǎn)子相對定子的絕對相位，但為了操縱及實施這些系統(tǒng)需要高成本的電子電路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，開發(fā)一種電機控制系統(tǒng)及方法，尤其是無刷電機的方法及裝置，該控制系統(tǒng)和方法能低成本地確定絕對相位。

符合本發(fā)明的一種電機控制系統(tǒng)，其包括：通過給電機加預(yù)定值的信號勵磁使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的勵磁裝置，由勵磁裝置所加的所述信號測定轉(zhuǎn)子相對于定子的相位變化的測定裝置，及求出絕對相位的求值裝置，所述測量裝置是一個增量型光學測量系統(tǒng)，激勵裝置包括一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置。

符合本發(fā)明的一種電機的控制方法，它包括下列步驟：a)通過給電機加上預(yù)定值的信號勵磁，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；b)根據(jù)步驟a)中加的所述信號測定轉(zhuǎn)子的相位變化；c)根據(jù)測定出的相位變化給電機加信號,直到測定出的相位變化超過給定閾值為止；和d)通過在各重復(fù)步驟中選擇根據(jù)從相位變化、得出的轉(zhuǎn)動方向加到電機的信號值從測定出的相位變化和所述加到電機的信號值求出絕對相位。

附圖說明

圖1為符合本發(fā)明的電機控制系統(tǒng)的電路示意圖；

圖2為符合本發(fā)明的電機控制系統(tǒng)的流程圖。

具體實施方式

圖1以概要形式示出了一個電路結(jié)構(gòu)2，該電路包括：一個無刷電機4，一個作為測量系統(tǒng)的增量編碼器6，一個位置及速度調(diào)節(jié)裝置8，一個三相正弦波發(fā)生器10，一個本發(fā)明的、用以確定無刷電機4中轉(zhuǎn)子的相對于定子的絕對相位的裝置12及一個電流控制裝置14。三相正弦波發(fā)生器10通過其三個輸出端用三根分開的連接線與各個乘法器16，18及20的輸入端相連接，這些乘法器又通過各自的一個輸出端用三根連接線與電流控制裝置14的三個輸入端形成電氣連接。同樣地，位置及速度調(diào)節(jié)裝置8通過一個輸出端與三個乘法器16、18及20中的每個的輸入端相連接，并且電流控制裝置14通過其三個輸出端用三根分開的連接線與無刷電機4的三個極對子電氣連接。三相正弦波發(fā)生器10將三個分別相位移120°的正弦波U,V,W分別輸出到相應(yīng)的三個乘法器16,18及20上。

在圖1中所描繪的實施形式中，電流控制裝置14對供給無刷電機4的各電流相i_U,i_V及i_W產(chǎn)生影響。內(nèi)環(huán)30是一個電流控制環(huán)，它通常體現(xiàn)在硬件中，在此情況下它控制電流相i_W。外環(huán)32是一個位置與速度調(diào)節(jié)環(huán)，它通常體現(xiàn)在一個軟件中，在此情況下它控制電流相i_U。增量編碼器6跟隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，并由此跟隨著無刷電機4中轉(zhuǎn)子相對定子的相位變化。增量編碼器將這樣得到的信息或是直接地或是經(jīng)過編碼--印經(jīng)過譯碼地--傳送給用于確定絕對相位的裝置12、位置及速度調(diào)節(jié)裝置8和三相正弦波發(fā)生器10。為此，增量編碼器6與用于確定絕對相位的裝置12、位置及速度調(diào)節(jié)器8相連接，并通過一個加法器28與三相正弦波發(fā)生器10相連接。該加法器28主要將由增量編碼器6提供的信息和由用于確定絕對相位的裝置12提供的信息相加，并將其和再傳送給三相正弦波發(fā)生器10。

用于確定絕對相位的裝置12主要包括兩個裝置，它們是為了操作下列兩個程序設(shè)計的：一個細的確定程序22及一個粗的確定程序24。對這兩個程序被供以增量編碼器6的信息。根據(jù)以下要詳細說明的確定的條件，這兩個程序22及24的運行視作為輔助結(jié)構(gòu)繪入的所謂開關(guān)位置而定，開始時--啟動階段期間--在確定絕對相位時這兩個程序22及24彼此以所謂并聯(lián)方式或相互有關(guān)地運行，而在啟動階段后，僅是細確定程序22來確定絕對相位，而粗確定程序24只是對不希望的無刷電機4的相位偏離失控進行監(jiān)視，并在必要時進行補償。當整個電路2接通電源，并由此使無刷電機4也接通電源時，轉(zhuǎn)子相對于定子處于任意的相位上。如式(12)所指出的，電機4通常不能單獨保持在傳統(tǒng)的位置及速度調(diào)節(jié)裝置8的控制之下，因為在接通電源的時間點上值Φ_I是未知的。如果隨機地選擇值Φ_I，則有可能出現(xiàn)：電機4僅產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩或根本不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，或在最壞的情況下使電機沿與所需轉(zhuǎn)向相反的方向偏 離。因此單獨地采用公知的位置及速度調(diào)節(jié)裝置8只能提供一個相對值Φ(t)，該相對值Φ(t)沒有涉及到真實出現(xiàn)的起始值Φ_I，并且該相對值Φ(t)在接通電源時從零值開始有時間性地受到增量編碼器6的繼續(xù)跟蹤。

根據(jù)本發(fā)明，用于粗確定程序24的裝置確定出恒定相位值Φ_I的近似值，該恒定相位值Φ_I借助于加法器28與增量編碼器6的相位隨時間的變化值Φ(t)相加，并將作為結(jié)果值的轉(zhuǎn)子相對于定子的近似絕對相位輸出。該信息將接著輸往三相正弦波發(fā)生器10，三相正弦波發(fā)生器10由此產(chǎn)生出三相正弦波U,V,W。利用這些各相波再產(chǎn)生出電流相i_U,i_V及i_W，由這些電流相可使無刷電機4輸出適當?shù)霓D(zhuǎn)矩。一旦對Φ_I估算出一個適當?shù)慕浦?，該近似值將保持不變，直到用于細確定程序22的裝置運行結(jié)束并輸出相位值Φ_I為止，該值再與相位隨時間的變化值Φ(t)相加，并給出轉(zhuǎn)子相對于定子的瞬時絕對相位值。據(jù)此，用于確定絕對相位的裝置12便完成了它的任務(wù)，并且所有的其它控制同樣由位置及速度控制裝置8來接管。

圖2以概要方式表示出細確定程序22及粗確定程序24的上級控制程序1的流程圖，該程序12體現(xiàn)在用于確定絕對相位的裝置12之中。該上級程序12例如在對整個電路結(jié)構(gòu)2接通電源時就被啟動。該控制程序12在其第一程序步驟P1中將待確定的相位值Φ_I及出現(xiàn)的最大相位變化量ΔΦmax置為零。此外，它設(shè)置了一個決定參數(shù)，該決定參數(shù)不管粗確定程序24結(jié)束與否均指定為“未結(jié)束”。最后它再將兩個值L,R置成一定的值，它們相當于一個待附加加載的相位--沿轉(zhuǎn)子相對于定子的具體轉(zhuǎn)向、順時針或逆時針方向。在該實施例中，控制程序12將L置成零及將R置成值S11。接著，該控制程序12進行到程序步驟P2。

在程序步驟P2中，控制程序12讀入由增量編碼器6輸出的值ΔΦ。該值ΔΦ表示涉及起始值的轉(zhuǎn)子的相位隨時間的變化--即涉及緊接著電路結(jié)構(gòu)2接通電源后的轉(zhuǎn)子位置值。然后，控制程序12再進行到程序步驟P3。在程序步驟P3中，控制程序12調(diào)用細確定程序22的一個程序循環(huán)。該細程序22使得無刷電機以一定的電流被加載，直到發(fā)生一個(由增量測量系統(tǒng)的分辨率確定的最小的)相位變化為止。該被測得的相位變化將在以下的計算中加以考慮。如果細確定程序22已經(jīng)結(jié)束，即已經(jīng)找到絕對相位，則控制程序12轉(zhuǎn)移到程序步驟P4并在那里結(jié)束它的運行。如果該細確定程序22還未結(jié)束，則控制程序12進入程序步驟P5。在程序步驟P5中控制程序12等待下一采樣時間T_N，它例如是由電路2的一個內(nèi)部定時器給出的。然后，控制程序12進入到程序步驟P6，在該步驟中控制程序12檢驗轉(zhuǎn)子相對于定子的位置是否又回到這樣的值上，即例如在緊接著接通電源后的數(shù)值上--原則上是當相位隨時間的變化值Φ(t)為零時。但是因為控制程序12不是連續(xù)地量測的，而僅能得到Φ(t)的離散值--這些值分別對應(yīng)于相應(yīng)的采樣時間T_N--因此要將離散的、相位隨時間的變化值ΔΦ_N與初始值ΔΦ_O相比較。如果電機又處于它的相當于ΔΦ_O的起始位置，則控制程序12返回 到程序步驟P3。否則，繼續(xù)進行到程序步驟P7，在該步驟中，控制程序12調(diào)用位置及速度調(diào)節(jié)裝置8，調(diào)用時間為一個程序循環(huán)。

在程序步驟P7中控制程序12保證：將瞬時由位置及速度調(diào)節(jié)器加載的電機電流i一直維持到該程序步驟P7的下一次重復(fù)為止。此外，控制程序12使離散的、相位隨時間的變化值ΔΦ_N處于最新狀態(tài)。然后，控制程序12繼續(xù)進行到程序步驟P8，在此步驟中，控制程序12調(diào)用粗確定程序24，調(diào)用時間為一個程序循環(huán)。接著它返回到程序步驟P4。