專利名稱：直流無刷電機(jī)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)的控制方法，具體地說，是一種直流無刷電 機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
直流無刷電機(jī)是一種取消了電刷、換向器等機(jī)械接觸部件的直流 電機(jī)，其采用微控制器替代了電刷以及換向器，因此，直流無刷電機(jī) 的轉(zhuǎn)速可以設(shè)計得較高，并能有效避免由電刷及換向器產(chǎn)生的噪音。
現(xiàn)有的直流無刷電機(jī)有采用180°的控制方式，其控制電路包括 微控制器以及逆變器，微控制器向逆變器輸出控制信號，逆變器在控 制信號的控制下向直流無刷電機(jī)的每一相提供正弦波電壓，以驅(qū)動直 流無刷電才幾工作。
由于直流無刷電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生反電動勢，逆變器向直流無刷電機(jī) 提供的電壓波形與該相反電動勢電壓波形不一致時，例如逆變器提供 的電壓波形與反電動勢電壓波形存在較大的相位差，或者波形周期不 一致，又或者幅值有較大差異，將使直流無刷電機(jī)內(nèi)部分通電電流產(chǎn) 生的轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)動方向相反，從而引起直流無刷電機(jī)振動，并產(chǎn)生 噪音。然而，現(xiàn)有對直流無刷電機(jī)的控制并不考慮逆變器向直流無刷 電機(jī)提供的電壓波形是否與反電動勢的電壓波形匹配，往往不能有效 避免直流無刷電機(jī)振動，同時，無法提高直流無刷電機(jī)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種有效提高直流無刷電機(jī)工作效率的 直流無刷電才幾控制方法。
為實現(xiàn)上述的主要目的，本發(fā)明提供的直流無刷電機(jī)控制方法 中，包括有與直流無刷電機(jī)連接的電壓波形采樣電路，向直流無刷電 機(jī)輸出電壓的逆變器以及向逆變器輸出控制信號的微控制器；
該控制方法包括「;險測直流無刷電^/L在一i殳定轉(zhuǎn)速下反電動勢電壓波形信號，并將 該反電動勢的電壓波形數(shù)據(jù)存儲至微控制器中，建立轉(zhuǎn)速與反電動勢 的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，并將該比例關(guān)系數(shù)據(jù)存儲至微控制器中；
逆變器向無刷直流電枳4命出電壓，直流無刷電才幾在該電壓下工
作；
電壓波形采樣電路采集直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及逆變器輸出的電
壓的波形數(shù)據(jù)，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳送至凝:控制器；
微控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，計算直流無刷電 機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢電壓波形數(shù)據(jù)以及誤差閾值范圍，并判 斷逆變器輸入的電壓波形數(shù)據(jù)是否超出誤差閾值范圍，如是，微控制 器向逆變器發(fā)出控制信號，調(diào)節(jié)逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓。
由上述方案可見，本方法中，直流無刷電機(jī)通電運(yùn)行前檢測直流 無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及反電動勢的電壓波形，并形成比例關(guān)系數(shù)據(jù)。直 流無刷電機(jī)運(yùn)行后，微控制器根據(jù)該比例關(guān)系數(shù)據(jù)控制逆變器，從而 調(diào)節(jié)逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓，使輸出的電壓波形大致與反 電動勢的波形一致。這樣，可確保逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓 波形與直流無刷電機(jī)的反電動勢電壓波形大致相同，直流無刷電機(jī)運(yùn) 行時振動較少，產(chǎn)生的噪聲也較少，并且提高直流無刷電機(jī)的工作效 率。
一個優(yōu)選的方案是，逆變器設(shè)有多個功率管，通過功率管的輪流 導(dǎo)通與截止來向直流無刷電機(jī)提供正弦波，并且微控制器發(fā)出的控制 信號為調(diào)節(jié)功率管的P西值的信號，也就是微控制器通過控制每一功 率管的占空比來控制逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓。
由此可見，微控制器需要調(diào)節(jié)逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓 時，只需要改變功率管的P麗值，即改變功率管的導(dǎo)通時間，便可實 現(xiàn)對逆變器輸出電壓的調(diào)整。這樣，微控制器對逆變器的控制可僅由 軟件程序?qū)崿F(xiàn)，不需要增加硬件設(shè)備，控制成本較低。


圖1是本發(fā)明實施例中直流無刷電機(jī)與反電動勢采樣電路、微控
制器連接示意框圖2是本發(fā)明實施例中直流無刷電機(jī)與逆變器、微控制器、電壓 波形采樣電路連接的示意框圖3是本發(fā)明實施例中直流無刷電機(jī)與逆變器、電壓波形采樣電 ^各連接的電原理圖4是本發(fā)明實施例中直流無刷電機(jī)通電運(yùn)行后的工作流程圖5是本發(fā)明實施例中反電動勢電壓波形圖以及逆變器輸出的電 壓信號波形圖。
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的控制方法中，首先需要建立直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速與反 電動勢電壓波形數(shù)據(jù)的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，因此，直流無刷電機(jī)通電運(yùn)行 前，需要檢測直流無刷電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的反電動勢電壓波形。
參見圖1,是本發(fā)明實施例中直流無刷電機(jī)與反電動勢采樣電 路、微控制器連接示意框圖。由圖l可見，直流無刷電機(jī)M與反電動 勢波形采樣電路11連接，反電動勢波形采樣電路11采集直流無刷電 機(jī)M的反電動勢電壓波形，包括反電動勢電壓波形的周期、相位、幅 值等數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至微控制器12中。其中，反電動 勢波形釆樣電路11可以由帶有存儲功能的示波器等儀器實現(xiàn)。
檢測直流無刷電機(jī)的反電動勢波形數(shù)據(jù)時，首先讓直流無刷電機(jī) M在外力帶動下以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，該轉(zhuǎn)速可由檢測人員自由設(shè)定， 優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)速應(yīng)該接近直流無刷電機(jī)M正常運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速。
然后，反電動勢波形采樣電路11采集直流無刷電機(jī)M在該轉(zhuǎn)速 下的反電動勢電壓波形，采集到的反電動勢電壓波形如圖5中的El 所示。直流無刷電機(jī)M的反電動勢El電壓波形大致為正弦波信號， 反電動勢波形采樣電路11檢測反電動勢El的周期、幅值、相位等數(shù) 據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至微控制器12。同時，微控制器12也存 儲有直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。本實施例中，^鼓控制器12內(nèi)有一計算程序，孩i控制器12接收到 反電動勢波形采樣電路11傳送的數(shù)據(jù)后，通過該計算程序計算轉(zhuǎn)速 與反電動勢之間的比例關(guān)系。由于直流無刷電才幾M的反電動勢與轉(zhuǎn)速 成正比關(guān)系，因此只需要檢測直流無刷電機(jī)M在某一轉(zhuǎn)速下反電動勢 的電壓波形數(shù)據(jù)，即可計算并建立該直流無刷電機(jī)M轉(zhuǎn)速與反電動勢 的比例關(guān)系數(shù)據(jù)。計算程序以表格的形式建立轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例 關(guān)系數(shù)據(jù)，也就是建立不同轉(zhuǎn)速對應(yīng)反電動勢的關(guān)系表格，并將建立 的比例關(guān)系數(shù)據(jù)存儲在微控制器12中。建立直流無刷電機(jī)M轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)后，可對直 流無刷電機(jī)M通電運(yùn)行。參見圖2與圖4,圖2是直流無刷電機(jī)與逆 變器、微控制器、電壓波形采樣電路連接的示意框圖，圖4是直流無 刷電機(jī)通電運(yùn)行后的工作流程圖。首先，微控制器12向逆變器13發(fā)出控制信號，逆變器13即向 直流無刷電機(jī)M輸出電壓，直流無刷電機(jī)M在該電壓的作用下運(yùn)行， 也就是執(zhí)行步驟S1。逆變器13與直流無刷電機(jī)M的連接電路圖如圖3所示。本實施 例中，逆變器13由作為本實施例功率管的場效應(yīng)管Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6以及各個場效應(yīng)管本身自帶的二極管Dl、 D2、 D3、 D4、 D5、 D6、直流電源Vcc組成，其中場效應(yīng)管Ql、 Q4以及二極管Dl、 D4與直流無刷電4幾M的U相連接，場效應(yīng)管Q2、 Q5以及二才及管D2、 D5與直流無刷電4幾M的V相連接，場效應(yīng)管Q3、 Q6以及二極管D3、 D6與直流無刷電才幾M的W相連接，并且場效應(yīng)管Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6在微控制器12的控制下輪流導(dǎo)通與截止，使得直流無刷電機(jī) M的U、 V、 W三相輪流與正電源連接、與負(fù)電源連接或處于懸空狀 態(tài)。同時，微控制器12控制每一場效應(yīng)管的占空比，即控制每一場 效應(yīng)管的P麗(脈沖寬度調(diào)制)值，來控制逆變器13向直流無刷電 機(jī)M輸出的電壓。直流無刷電4幾M通電運(yùn)行前，設(shè)定其運(yùn)行的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)速的誤差 范圍，并將該轉(zhuǎn)速以及誤差范圍存儲至孩i控制器12中。直流無刷電機(jī)M通電運(yùn)行后，微控制器12向逆變器13每一場效應(yīng)管發(fā)出控制信 號，該控制信號為場效應(yīng)管的P西值的信號，逆變器即向直流無刷電 機(jī)M輸出電壓，直流無刷電機(jī)M便在該電壓下運(yùn)行。同時微控制器 12執(zhí)行步驟S2，通過電壓波形采樣電路檢測直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn) 速，微控制器判斷轉(zhuǎn)速是否與設(shè)定的轉(zhuǎn)速相等或者在誤差范圍內(nèi)。如果直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn)速正常，即與設(shè)定的轉(zhuǎn)速相等或者在誤 差范圍內(nèi)，微控制器12執(zhí)行步驟S3，如果直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn)速不 正常，微控制器12執(zhí)行步驟S9,調(diào)整場效應(yīng)管的P麗值，并返回執(zhí) 行步驟S2,繼續(xù);險測并判斷直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn)速是否正常，直至 其轉(zhuǎn)速正常為止。步驟S3中，微控制器12根據(jù)轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)， 計算直流無刷電機(jī)M當(dāng)前轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢數(shù)據(jù)，并計算對應(yīng)反 電動勢的誤差閾值范圍。誤差閾值范圍可以是相對值，如百分比數(shù) 據(jù)，也可以是絕對值，如實際電壓值等。同時，微控制器12存儲計 算出來的反電動勢以及誤差閾值范圍，然后執(zhí)行步驟S4。步驟S4中，電壓波形采樣電路14采集逆變器12向直流無刷電 機(jī)M輸出的電壓的波形數(shù)據(jù)。參見圖3,電壓波形采樣電路包括電阻 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5以及R6，其中電阻R1與R4串聯(lián)，其電阻R1的 一端連接至直流無刷電機(jī)M的U相。直流無刷電機(jī)M的U相上的電壓 信號經(jīng)過電阻Rl與R4分壓后，在電阻Rl與R4連"l妄點(diǎn)A處形成電壓 值較低的電壓，且該電壓的波形與U相的電壓波形的周期相同，相位 一致，僅僅幅值降低。相同的，電阻R2與R5串聯(lián)，且電阻R2的一端連接至直流無刷 電才幾M的V相，采集V相的電壓波形；電阻R3與R6串if關(guān)，且電阻 R3的一端連接至直流無刷電機(jī)M的W相，采集W相的電壓波形。電 壓波形采樣電路采集電壓的波形數(shù)據(jù)后，將采集到的數(shù)據(jù)傳送至微控 制器12。當(dāng)然，電壓波形采樣電路采集到的各相電壓的波形均應(yīng)該 如圖5中E2所示，^f又各相電壓波形存在120。的相位差。微控制器12接收到電壓波形采樣電路傳送的數(shù)據(jù)后，便判斷逆 變器13輸出的電壓波形E2是否與該轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢波形El一致。此時，微控制器12將逆變器輸出的電壓的一個周期內(nèi)設(shè)置多 個采樣時刻，判斷每一采樣時刻下逆變器13輸出的電壓是否超出反 電動勢的誤差閾值范圍。回看圖4,步驟S5中，微控制器接收到電壓波形采樣電路傳送 的數(shù)據(jù)后，判斷在第一采樣時刻下，逆變器輸出的電壓波形數(shù)據(jù)是否 超出反電動勢的誤差閾值范圍，也就是判斷電壓波形采樣電路采集到 的U相上的電壓波形數(shù)據(jù)是否超出反電動勢的誤差閾值范圍。微控制器判斷U相上的電壓的波形數(shù)據(jù)與直流無刷電機(jī)M該轉(zhuǎn)速 下對應(yīng)的反電動勢波形信號相比，相位是否一致，周期是否相同，并 判斷幅值是否吻合。如逆變器輸出的電壓波形數(shù)據(jù)超出反電動勢電壓 波形的誤差閾值范圍，也就是相位、周期、幅值任一項不符合要求， 微控制器均執(zhí)行步驟S6，向逆變器發(fā)出控制信號，該控制信號是調(diào) 整逆變器中場效應(yīng)管P麗值的控制信號，通過調(diào)整場效應(yīng)的P麗值來 調(diào)整逆變器向直流無刷電機(jī)M輸出的電壓。然后，電壓波形采樣電路采集第二采樣時刻下逆變器向直流無刷 電機(jī)M輸出的電壓信號的波形數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至微控制 器。微控制器執(zhí)行步驟S7,判斷第二采樣時刻下，逆變器向直流無 刷電機(jī)M輸出的電壓波形數(shù)據(jù)是否超出該轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢的誤 差閾值范圍，若超出誤差閾值范圍，則執(zhí)行步驟S8,再次調(diào)整場效 應(yīng)管的P麗值，如果沒有超出誤差閾值范圍，則返回執(zhí)行步驟S2, 再次判斷直流無刷電機(jī)M的轉(zhuǎn)速是否正常。當(dāng)然，本實施例中，僅對逆變器向直流無刷電機(jī)M輸出的電壓波 形采樣二次，實際應(yīng)用時，可根據(jù)需要，在電壓波形的一個周期內(nèi)， 設(shè)置更多的采樣時刻，并采集更多的數(shù)據(jù)，以確保逆變器向直流無刷 電機(jī)M輸入的電壓波形更加接近反電動勢的電壓波形，使直流無刷電 機(jī)M振動更小，產(chǎn)生的噪聲更小，并提高直流無刷電機(jī)M的工作效率。由上述方案可見，本控制方法中，在直流無刷電4幾運(yùn)行前，先建 立直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，并在直流無刷電 機(jī)運(yùn)行后，根據(jù)實際轉(zhuǎn)速與預(yù)先存儲的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，由微控制器調(diào)節(jié)逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓信號，使逆變器向直流無刷電機(jī) 輸出的電壓信號波形接近與直流無刷電機(jī)的反電動勢電壓波形，減少 電才幾的纟展動。由圖5可見，經(jīng)過微控制器調(diào)節(jié)后，逆變器向直流無刷電機(jī)M輸 出的電壓波形E2與直流無刷電機(jī)M的反電動勢電壓波形El大致相 同，其周期、相位一致，幅值大致相等，這樣，直流無刷電機(jī)M運(yùn)行 時振動較小，工作效率大大提高。當(dāng)然，本發(fā)明實際應(yīng)用過程中還可以有更多的改變，如使用晶閘 管或者絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)替代場效應(yīng)管作為本發(fā)明的功率 管，或者使用分立元件組成逆變電路替代逆變器等，這些改變并不影 響本發(fā)明的實施。最后需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不限于上述實施方式，如電壓波形采 樣電路的改變、電壓波形釆樣電路在逆變器輸出電壓波形的一個周期 采樣次數(shù)的改變等微小的變化也應(yīng)該包括在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、直流無刷電機(jī)的控制方法，包括與直流無刷電機(jī)連接的電壓波形采樣電路；向直流無刷電機(jī)輸出電壓的逆變器；向逆變器輸出控制信號的微控制器；該方法包括檢測所述直流無刷電機(jī)在一設(shè)定轉(zhuǎn)速下反電動勢電壓波形，并將該反電動勢的電壓波形數(shù)據(jù)存儲至微控制器中；建立轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，并將該比例關(guān)系數(shù)據(jù)存儲在微控制器中；逆變器向無刷直流電機(jī)輸出電壓，直流無刷電機(jī)在該電壓下工作；電壓波形采樣電路采集直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及逆變器輸出的電壓波形數(shù)據(jù)，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳送至微控制器；微控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)，計算直流無刷電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢電壓波形數(shù)據(jù)以及誤差閾值范圍，并判斷逆變器輸入的電壓波形數(shù)據(jù)是否超出所述誤差閾值范圍，如是，微控制器向逆變器發(fā)出控制信號，調(diào)節(jié)逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述直流無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于所述逆變器"^殳有多個功率管；所述微控制器發(fā)出的控制信號為調(diào)節(jié)功率管的P麗值的信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述直流無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于所述逆變器向直流無刷電^L輸出的電壓波形為正弦波。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述直流無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于在所述正弦波一個周期內(nèi)設(shè)置多個采樣時刻；每一采樣時刻，微控制器檢測逆變器向直流無刷電機(jī)輸出的電壓 波形數(shù)據(jù)是否超出直流無刷電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速對應(yīng)的反電動勢電壓波形數(shù) 據(jù)的誤差閾值范圍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述直流無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于所述功率管為晶閘管或場效應(yīng)管或絕緣柵雙極型晶體管中的一種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述直流無刷電機(jī)的控制方法， 其特征在于所述微控制器內(nèi)設(shè)有一計算程序，所述計算程序根據(jù)直流無刷電 機(jī)的轉(zhuǎn)速以及反電動勢電壓波形數(shù)據(jù)建立轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述直流無刷電機(jī)的控制方法，其特征在于所述計算程序建立的轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)以表格形式 存儲在微控制器中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直流無刷電機(jī)的控制方法，包括電壓波形采樣電路、逆變器以及微控制器，該方法包括檢測直流無刷電機(jī)在一設(shè)定轉(zhuǎn)速下反電動勢電壓波形，將電壓波形數(shù)據(jù)存儲至微控制器中，微控制器建立并存儲轉(zhuǎn)速與反電動勢的比例關(guān)系數(shù)據(jù)；逆變器向無刷直流電機(jī)輸出電壓后，電壓波形采樣電路采集直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及逆變器輸出的電壓波形數(shù)據(jù)，并傳送至微控制器；微控制器計算直流無刷電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的反電動勢電壓波形數(shù)據(jù)以及誤差閾值范圍，并判斷逆變器輸入的電壓波形數(shù)據(jù)是否超出誤差閾值范圍，如是，微控制器向逆變器發(fā)出控制信號。本發(fā)明能使直流無刷電機(jī)運(yùn)行時振動較少，并提高其效率。
文檔編號H02P6/08GK101325390SQ20081002978
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者王周葉 申請人:珠海格力電器股份有限公司;珠海凱邦電機(jī)制造有限公司