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

背景技術(shù)：

在電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)希望知道轉(zhuǎn)子相對(duì)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(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。在公知的方法或裝置中是通過絕對(duì)位置測量來取得該信息的。為此，例如將一個(gè)絕對(duì)測量系統(tǒng)安裝在裝有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸上，該絕對(duì)測量系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)給出轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的精確角度位置。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

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

符合本發(fā)明的一種電機(jī)的控制方法，它包括下列步驟：a)通過給電機(jī)加上預(yù)定值的信號(hào)勵(lì)磁，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；b)根據(jù)步驟a)中加的所述信號(hào)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(jī)加信號(hào),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(dòng)方向加到電機(jī)的信號(hào)值從測定出的相位變化和所述加到電機(jī)的信號(hào)值求出絕對(duì)相位。

附圖說明

圖1為符合本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的電路示意圖；

圖2為符合本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖。

具體實(shí)施方式

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

在圖1中所描繪的實(shí)施形式中，電流控制裝置14對(duì)供給無刷電機(jī)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(gè)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(gè)位置與速度調(diào)節(jié)環(huán)，它通常體現(xiàn)在一個(gè)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(dòng)，并由此跟隨著無刷電機(jī)4中轉(zhuǎn)子相對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(duì)相位的裝置12主要包括兩個(gè)裝置，它們是為了操作下列兩個(gè)程序設(shè)計(jì)的：一個(gè)細(xì)的確定程序22及一個(gè)粗的確定程序24。對(duì)這兩個(gè)程序被供以增量編碼器6的信息。根據(jù)以下要詳細(xì)說明的確定的條件，這兩個(gè)程序22及24的運(yùn)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(shí)--啟動(dòng)階段期間--在確定絕對(duì)相位時(shí)這兩個(gè)程序22及24彼此以所謂并聯(lián)方式或相互有關(guān)地運(yùn)行，而在啟動(dòng)階段后，僅是細(xì)確定程序22來確定絕對(duì)相位，而粗確定程序24只是對(duì)不希望的無刷電機(jī)4的相位偏離失控進(jìn)行監(jiān)視，并在必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)整個(gè)電路2接通電源，并由此使無刷電機(jī)4也接通電源時(shí)，轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子處于任意的相位上。如式(12)所指出的，電機(jī)4通常不能單獨(dú)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?yàn)樵诮油娫吹臅r(shí)間點(diǎn)上值Φ_I是未知的。如果隨機(jī)地選擇值Φ_I，則有可能出現(xiàn)：電機(jī)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(jī)沿與所需轉(zhuǎn)向相反的方向偏 離。因此單獨(dú)地采用公知的位置及速度調(diào)節(jié)裝置8只能提供一個(gè)相對(duì)值Φ(t)，該相對(duì)值Φ(t)沒有涉及到真實(shí)出現(xiàn)的起始值Φ_I，并且該相對(duì)值Φ(t)在接通電源時(shí)從零值開始有時(shí)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(shí)間的變化值Φ(t)相加，并將作為結(jié)果值的轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的近似絕對(duì)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(jī)4輸出適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩。一旦對(duì)Φ_I估算出一個(gè)適當(dāng)?shù)慕浦?，該近似值將保持不變，直到用于?xì)確定程序22的裝置運(yùn)行結(jié)束并輸出相位值Φ_I為止，該值再與相位隨時(shí)間的變化值Φ(t)相加，并給出轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的瞬時(shí)絕對(duì)相位值。據(jù)此，用于確定絕對(duì)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(xì)確定程序22及粗確定程序24的上級(jí)控制程序1的流程圖，該程序12體現(xiàn)在用于確定絕對(duì)相位的裝置12之中。該上級(jí)程序12例如在對(duì)整個(gè)電路結(jié)構(gòu)2接通電源時(shí)就被啟動(dòng)。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(gè)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(gè)值L,R置成一定的值，它們相當(dāng)于一個(gè)待附加加載的相位--沿轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的具體轉(zhuǎn)向、順時(shí)針或逆時(shí)針方向。在該實(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)行到程序步驟P3。在程序步驟P3中，控制程序12調(diào)用細(xì)確定程序22的一個(gè)程序循環(huán)。該細(xì)程序22使得無刷電機(jī)以一定的電流被加載，直到發(fā)生一個(gè)(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(jì)算中加以考慮。如果細(xì)確定程序22已經(jīng)結(jié)束，即已經(jīng)找到絕對(duì)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(yùn)行。如果該細(xì)確定程序22還未結(jié)束，則控制程序12進(jìn)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(shí)間T_N，它例如是由電路2的一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器給出的。然后，控制程序12進(jìn)入到程序步驟P6，在該步驟中控制程序12檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子相對(duì)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(dāng)相位隨時(shí)間的變化值Φ(t)為零時(shí)。但是因?yàn)榭刂瞥绦?2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(duì)應(yīng)于相應(yīng)的采樣時(shí)間T_N--因此要將離散的、相位隨時(shí)間的變化值ΔΦ_N與初始值ΔΦ_O相比較。如果電機(jī)又處于它的相當(dāng)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(jìn)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(shí)間為一個(gè)程序循環(huán)。

在程序步驟P7中控制程序12保證：將瞬時(shí)由位置及速度調(diào)節(jié)器加載的電機(jī)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(shí)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(jìn)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(shí)間為一個(gè)程序循環(huán)。接著它返回到程序步驟P4。