本發(fā)明涉及電動(dòng)工具控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制系統(tǒng)及控制方法，具體地，涉及一種基于直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)和控制方法，尤其地，涉及一種應(yīng)用于角磨機(jī)的控制系統(tǒng)和控制方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)工具界流行的傳統(tǒng)的角磨機(jī)通常采用交流串激電機(jī)作為角磨機(jī)的動(dòng)力輸出，存在壽命短(一般100小時(shí)～300小時(shí))、扭力小、效率低、體積大等主要缺點(diǎn)。但是，眾所周知的，若采用直流無刷電機(jī)控制換向，則需要實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)子所在的角度位置，一般使用霍爾位置傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測。而這也將提高角磨機(jī)的成本，增大了電極的體積，也即增大了角磨機(jī)的體積，進(jìn)一步的，降低了角磨機(jī)的穩(wěn)定性。因此，提供一種無位置傳感器的控制系統(tǒng)成了本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一個(gè)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種控制系統(tǒng)及控制方法，以避免位置傳感器的使用。

為此，本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：電源控制器、主控制器、功率驅(qū)動(dòng)模塊及位置檢測單元，其中，

所述電源控制器向所述主控制器及所述功率驅(qū)動(dòng)模塊提供電壓；

所述主控制器控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出；

所述功率驅(qū)動(dòng)模塊向一電機(jī)輸出功率；

所述位置檢測單元通過檢測所述電機(jī)的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)以獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，并將所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置及所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述位置檢測單元通過對所述三相相電壓的每一相進(jìn)行電阻分壓后與該三相電的中心點(diǎn)進(jìn)行比較后，得出三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述位置檢測單元通過對所述三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)延時(shí)一定電角度得到所述電機(jī)的換向時(shí)序，并將所述換向時(shí)序提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述主控制器根據(jù)接收的所述換向時(shí)序控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述位置檢測單元通過檢測具有凸極效應(yīng)的電機(jī)兩相間的電感量獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述控制系統(tǒng)還包括電流采樣單元，所述電流采樣單元獲取通過所述電機(jī)的電流，并將所述電機(jī)的電流提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述主控制器根據(jù)接收的所述電機(jī)的電流控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的扭矩和/或電流輸出。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述電流采樣單元為多個(gè)采樣電阻組成的采樣電路或者電流采樣集成芯片。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，當(dāng)所述電流采樣單元為多個(gè)采樣電阻組成的采樣電路時(shí)，其中，每個(gè)采樣電阻的阻值為10毫歐～100毫歐。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述控制系統(tǒng)還包括溫度采樣單元，所述溫度采樣單元獲取所述電機(jī)的溫度，并將所述電機(jī)的溫度提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述主控制器根據(jù)接收的所述電機(jī)的溫度控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括預(yù)驅(qū)模塊和三相全橋模塊，其中，所述預(yù)驅(qū)模塊利用電荷泵實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換以驅(qū)動(dòng)三相全橋模塊，所述三相全橋模塊向所述電機(jī)提供三相電。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述電源控制器將輸入電源轉(zhuǎn)換成第一電壓及第二電壓，其中，第一電壓提供給所述主控制器，第二電壓提供給所述功率驅(qū)動(dòng)模塊。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述第一電壓的電壓值為4.5V～5.5V，所述第二電壓的電壓值為12V～15V。

可選的，在所述的控制系統(tǒng)中，所述控制系統(tǒng)用于控制角磨機(jī)。

本發(fā)明還提供一種上述控制系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括：

電源控制器向主控制器及功率驅(qū)動(dòng)模塊提供電壓；

所述主控制器控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出；

所述功率驅(qū)動(dòng)模塊向一電機(jī)輸出功率；

所述位置檢測單元通過檢測所述電機(jī)的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，并將所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置及所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制方法中，所述位置檢測單元通過對所述三相相電壓的每一相進(jìn)行電阻分壓后與該三相電的中心點(diǎn)進(jìn)行比較后，得出三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)。

可選的，在所述的控制方法中，所述位置檢測單元通過對所述三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)延時(shí)一定電角度得到所述電機(jī)的換向時(shí)序，并將所述換向時(shí)序提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制方法中，所述主控制器根據(jù)接收的所述換向時(shí)序控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出。

可選的，在所述的控制方法中，所述位置檢測單元通過檢測具有凸極效應(yīng)的電機(jī)兩相間的電感量獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置。

可選的，在所述的控制方法中，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊向一電機(jī)輸出功率之后，所述控制方法還包括：電流采樣單元獲取通過所述電機(jī)的電流，并將所述電機(jī)的電流提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制方法中，所述主控制器根據(jù)接收的所述電機(jī)的電流控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的扭矩和/或電流輸出。

可選的，在所述的控制方法中，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊向一電機(jī)輸出功率之后，所述控制方法還包括：溫度采樣單元獲取所述電機(jī)的溫度，并將所述電機(jī)的溫度提供給所述主控制器。

可選的，在所述的控制方法中，所述主控制器根據(jù)接收的所述電機(jī)的溫度控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊的功率輸出。

可選的，在所述的控制方法中，電源控制器向主控制器及功率驅(qū)動(dòng)模塊提供電壓包括：所述電源控制器將輸入電源轉(zhuǎn)換成第一電壓及第二電壓，其中，第一電壓提供給所述主控制器，第二電壓提供給所述功率驅(qū)動(dòng)模塊。

可選的，在所述的控制方法中，所述第一電壓的電壓值為4.5V～5.5V，所述第二電壓的電壓值為12V～15V。

在本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)及控制方法中，位置檢測單元通過檢測電機(jī)的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)以獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，從而可以無需使用霍爾位置傳感器，即避免了對于位置傳感器的使用，由此也可以提高相應(yīng)電動(dòng)工具的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)的框結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)的檢測電路示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的通過三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)得到的換向時(shí)序與通過霍爾位置傳感器得到的換向時(shí)序的對比圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的功率驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的一種控制系統(tǒng)及控制方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。特別的，各附圖需要展示的側(cè)重點(diǎn)不同，往往都采用了不同的比例。

本申請實(shí)施例提供了一種控制系統(tǒng)，其可用于控制角磨機(jī)等電動(dòng)工具。具體的，請參考圖1，其為本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)的框結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述控制系統(tǒng)1包括：電源控制器10、主控制器11、功率驅(qū)動(dòng)模塊12及位置檢測單元13，其中，所述電源控制器10向所述主控制器11及所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12提供電壓；所述主控制器11控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12向一電機(jī)2輸出功率；所述位置檢測單元13通過檢測所述電機(jī)2的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)以獲取所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，并將所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置及所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子的初始位置提供給所述主控制器11。

相對傳統(tǒng)交流串激電機(jī)控制的角磨機(jī)而言，本申請實(shí)施例使用上述控制系統(tǒng)1，即直流無刷電機(jī)作為角磨機(jī)的動(dòng)力輸出核心，無刷電機(jī)具有壽命高、轉(zhuǎn)速高、效率高、同等功率體積小等特點(diǎn)。進(jìn)一步的，使用直流無刷電機(jī)控制的角磨機(jī)的壽命普遍在1000小時(shí)以上，是傳統(tǒng)交流串激電機(jī)控制的角磨機(jī)的3～5倍。其次，無刷電機(jī)的高轉(zhuǎn)速再通過一定的減速齒輪傳動(dòng)比即可獲得相對于交流串激電機(jī)更高的扭力。最后同等功率情況下，無刷電機(jī)的整體體積要比交流串激電機(jī)小1/3～1/2左右，可使使得角磨機(jī)更小巧，更方便人員操作。

相對使用霍爾位置傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測的直流無刷電機(jī)控制的角磨機(jī)而言，霍爾位置傳感器是磁敏感元件，會(huì)受高溫、雷擊、靜電、機(jī)械安裝等多方面的影響而損壞；此外，通常需要三個(gè)霍爾位置傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測，一旦其中一個(gè)霍爾位置傳感器受損，角磨機(jī)將無法正常運(yùn)行。因此，基于直流無刷電機(jī)控制的角磨機(jī)中，通過位置檢測單元檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及初始位置，從而可以無需使用霍爾位置傳感器，不僅省去了霍爾位置傳感器及相應(yīng)線路板的物料成本，又最大程度保障了角磨機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性。

在本申請實(shí)施例中，所述位置檢測單元13通過對所述三相相電壓的每一相進(jìn)行電阻分壓后與該三相電的中心點(diǎn)進(jìn)行比較后，得出三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)，具體可參考圖2。如圖2所示，三相電U、V、W經(jīng)過分壓電阻后輸出為BEMFA、BEMFB、BEMFC，經(jīng)過分壓后的三相電BEMFA、BEMFB、BEMFC分別與三相電的中心點(diǎn)UVW_COM進(jìn)行比較，從而得到三個(gè)反電勢過零點(diǎn)。在此，所述三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)延時(shí)30電角度左右即為通過霍爾位置傳感器所得到的換向時(shí)序，即三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)延時(shí)一定電角度，優(yōu)選為30電角度，得到的換向時(shí)序與通過霍爾位置傳感器所得到的換向時(shí)序相同，具體可參考圖3。如圖3所示，其中S1表示通過三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)得到的換向時(shí)序，S2表示通過霍爾位置傳感器所得到的換向時(shí)序。

在本申請實(shí)施例中，所述位置檢測單元13將所述換向時(shí)序提供給所述主控制器11，所述主控制器11可根據(jù)接收的所述換向時(shí)序控制/調(diào)節(jié)所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出。

進(jìn)一步的，所述位置檢測單元13通過檢測具有凸極效應(yīng)的電機(jī)2兩相間的電感量獲取所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子的初始位置。從而保證了所獲得的初始位置的準(zhǔn)確性。

相應(yīng)的，本申請實(shí)施例還提供一種上述控制系統(tǒng)1的控制方法，所述控制方法包括：

電源控制器10向主控制器11及功率驅(qū)動(dòng)模塊12提供電壓；

所述主控制器11控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出；

所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12向一電機(jī)2輸出功率；

所述位置檢測單元13通過檢測所述電機(jī)2的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)獲取所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，并將所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置及所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子的初始位置提供給所述主控制器11。

具體的，所述電源控制器10向所述主控制器11及所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12提供電壓，以使得所述主控制器11及所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12能夠工作；所述位置檢測單元13將通過檢測所述電機(jī)2的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)以獲取的所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置，通過檢測具有凸極效應(yīng)的電機(jī)2兩相間的電感量獲取所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子的初始位置，并將所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置及所述電機(jī)2轉(zhuǎn)子的初始位置提供給所述主控制器11；所述主控制器11據(jù)此控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出，具體為控制PWM(脈沖寬度調(diào)制)輸出換向時(shí)序；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12根據(jù)所述主控制器11的控制向所述電機(jī)2輸出相應(yīng)的功率；所述電機(jī)2在所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的驅(qū)動(dòng)下工作。

請繼續(xù)參考圖1，在本申請實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)1還包括電流采樣單元14，所述電流采樣單元14獲取通過所述電機(jī)2的電流，并將所述電機(jī)2的電流提供給所述主控制器11。由此，當(dāng)流經(jīng)所述電機(jī)2的電流過大時(shí)，所述主控制器11可控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的扭矩和/或電流輸出以降低流經(jīng)所述電機(jī)2的電流，從而避免所述電流過大導(dǎo)致所述電機(jī)2損壞等。進(jìn)一步的，在角磨機(jī)等電動(dòng)工具遇堵的情況下，也可以通過對所述電機(jī)2的電流的監(jiān)控，提高所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)角磨機(jī)1等電動(dòng)工具的重新啟動(dòng)。

優(yōu)選的，所述電流采樣單元14為多個(gè)采樣電阻組成的采樣電路或者電流采樣集成芯片。當(dāng)所述電流采樣單元14為多個(gè)采樣電阻組成的采樣電路時(shí)，其中，每個(gè)采樣電阻的阻值為10毫歐～100毫歐，從而可以獲取較高的采樣精度，同時(shí)避免較大的損耗。其中，通過多個(gè)采樣電阻實(shí)現(xiàn)電流的采樣，由此，可以在方便、低成本下實(shí)現(xiàn)對于流經(jīng)電機(jī)2的電流的采樣；更進(jìn)一步的，還可以實(shí)現(xiàn)所述控制系統(tǒng)1的多處電流的采樣。

進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)1的動(dòng)力控制系統(tǒng)還包括溫度采樣單元15，所述溫度采樣單元15獲取所述電機(jī)2的溫度，并將所述電機(jī)2的溫度提供給所述主控制器。所述主控制器11根據(jù)接收的所述電機(jī)2的溫度控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出。特別的，當(dāng)所述電機(jī)2的溫度過高時(shí)，所述主控制器11可以控制所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的功率輸出為零(即所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12不做功率輸出)，從而避免所述電機(jī)2繼續(xù)工作導(dǎo)致?lián)p壞或者其他事故，由此提高了角磨機(jī)等電動(dòng)工具工作時(shí)的穩(wěn)定性與可靠性。

在本申請實(shí)施例中，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12可包括兩部分結(jié)構(gòu)，預(yù)驅(qū)模塊和三相全橋模塊，所述預(yù)驅(qū)模塊利用電荷泵實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換以驅(qū)動(dòng)三相全橋模塊，所述三相全橋模塊向所述電機(jī)2提供三相電。其中，所述預(yù)驅(qū)模塊可以通過柵極驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，所述三相全橋模塊可以通過晶體管實(shí)現(xiàn)。請參考圖4，其為本發(fā)明實(shí)施例的功率驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

通常的，所述主控制器11和所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12采用不同的輸入電壓。因此，在本申請實(shí)施例中，所述電源控制器10將輸入電源轉(zhuǎn)換成第一電壓及第二電壓，其中，第一電壓提供給所述主控制器11，第二電壓提供給所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12。較佳的，所述主控制器11的輸入電壓為4.5V～5.5V，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊12的輸入電壓為12V～15V，因此，在本申請實(shí)施例中，所述第一電壓的電壓值為4.5V～5.5V，所述第二電壓的電壓值為12V～15V。

綜上可見，在本發(fā)明實(shí)施例提供的控制系統(tǒng)及控制方法中，位置檢測單元通過檢測電機(jī)的三相相電壓的反電勢過零點(diǎn)以獲取所述電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的位置以及獲取初始位置，從而可以無需使用霍爾位置傳感器，即避免了對于位置傳感器的使用，由此也可以提高相應(yīng)電動(dòng)工具的穩(wěn)定性。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。