一种ECM电机的恒力矩控制方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310518422.3

申请日:

2013.10.28

公开号:

CN104579044A

公开日:

2015.04.29

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02P 6/16申请日:20131028|||公开

IPC分类号:

H02P6/16; H02P6/08

主分类号:

H02P6/16

申请人:

中山大洋电机股份有限公司

发明人:

赵勇

地址:

528400广东省中山市西区沙朗第三工业区

优先权:

专利代理机构:

中山市汉通知识产权代理事务所(普通合伙)44255

代理人:

古冠开

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内容摘要

本发明公开了一种ECM电机的恒力矩控制方法,它包括如下步骤:步骤A)获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得开始的PWM信号斩波输出电压P值,若处于电机运转状态,微处理器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值;步骤B)微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus;步骤C)微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进行闭环控制。该恒力矩控制方法数学模型简单,算法简洁,对CPU运算要求不高,成本较低,控制精度较高。

权利要求书

权利要求书1.  一种ECM电机的恒力矩控制方法,所述的ECM电机具有定子组件、转子组件、机壳组件以及电机控制器,所述的电机控制器包括电源电路、微处理器、逆变电路和转子位置测量电路,电源电路为各部分电路供电,转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器,微处理器控制逆变电路,逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电,其特征在于:它包括如下步骤:步骤A)利用实验手段建立电机输出的力矩值与直流母线电流的函数关系式Itad=F(T,P)并存入微处理器,其中Itad是母线电流,T是电机输出的力矩值,P是微处理器输入到逆变电路PWM信号斩波输出电压;步骤B)获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得初始的PWM信号斩波输出电压P值,若电机处于运转状态,微处理器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值;步骤C)微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus;步骤D)微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进行闭环控制,若目标母线电流值Itad大于实时母线电流Ibus,增加PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad小于实时母线电流Ibus,减少PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等,停止调节PWM信号斩波输出电压P值,“ECM电机进入工况状态”,然后回到步骤C)继续进行恒力矩控制状态。2.  根据权利要求1所述的一种ECM电机的恒力矩控制方法,其特征在于:目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等是指实时母线电流Ibus偏离目标母线电流值Itad的误差在1%范围内。3.  根据权利要求1或2所述的一种ECM电机的恒力矩控制方法,其特征在于:步骤A)的函数关系式Itad=F(T,P)是Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,其中K1、K2、 K3、K4是系数,T是力矩,P是PWM信号斩波输出电压。

说明书

说明书一种ECM电机的恒力矩控制方法
技术领域:
本发明涉及一种ECM电机的恒力矩控制方法。 
背景技术:
ECM电机,简称电子换相电机,也可以称作直流无刷永磁同步电机,因ECM电机使用环境不同,ECM电机的控制模式一般有:恒转速控制、恒力矩控制和恒风量控制等,恒力矩控制是较为常用的模式,目前常用的矢量控制方式,矢量控制数学模型复杂,计算繁琐,需要运算能力较强的CPU,制造成本较高。恒力矩控制也有通过标量控制母线电流的方式进行,如见1993年公开的美国专利US5220259(A),该专利说明书及权利要求披露利用母线电流进行恒力矩控制,但该种控制方式仍然复杂,控制的变量较多,控制精度较差。 
发明内容:
本发明的目的是提供一种ECM电机的恒力矩控制方法,它数学模型简单,算法简洁,对CPU运算要求不高,成本较低,控制精度较高。 
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。 
一种ECM电机的恒力矩控制方法,所述的ECM电机具有定子组件、转子组件、机壳组件以及电机控制器,所述的电机控制器包括电源电路、微处理器、逆变电路和转子位置测量电路,电源电路为各部分电路供电,转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器,微处理器控制逆变电路,逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电,其特征在于:它包括如下步骤: 
步骤A)利用实验手段建立电机输出的力矩值与直流母线电流的函数关系式Itad=F(T,P)并存入微处理器,其中Itad是母线电流,T是电机输出的力矩值,P是微处理器输入到逆变电路PWM信号斩波输出电压; 
步骤B)获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得初始的PWM信号斩波输出电压P值,若电机处于运转状态,微处理 器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值; 
步骤C)微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus; 
步骤D)微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进行闭环控制,若目标母线电流值Itad大于实时母线电流Ibus,增加PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad小于实时母线电流Ibus,减少PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等,停止调节PWM信号斩波输出电压P值,ECM电机进入工况状态”,然后回到步骤C)继续进行恒力矩控制状态。 
目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等是指实时母线电流Ibus偏离目标母线电流值Itad的误差在1%范围内。 
上述步骤A)的函数关系式Itad=F(T,P)是Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,其中K1、K2、K3、K4是系数,T是力矩,P是PWM信号斩波输出电压。 
本发明与现有技术相比,具有如下效果:1)利用实验手段得到电机输出的力矩值与直流母线电流的函数关系式Itad=F(T,P),微处理器根据目标力矩值T0利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad;微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进行闭环控制,若目标母线电流值Itad大于实时母线电流Ibus,提高微处理器输入到逆变电路的PWM信号的占空比P值,若目标母线电流值Itad小于实时母线电流Ibus,降微处理器输入到逆变电路的PWM信号的占空比P值,当目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus之间相等,停止调节微处理器输入到逆变电路的PWM信号的占空比P值,它控制变量数目少,数学模型简单,可以采用运算能力不高的CPU或者MCU等微处理器,从而大大降低产品成本,同时,闭环控制以及实验手段的充分测量,有效保障控制的精度。 
附图说明:
图1是本发明的ECM电机的立体图。 
图2是本发明的ECM电机的电机控制器的立体图。 
图3是本发明的ECM电机的剖视图; 
图4是本发明的ECM电机的电机控制器的电路方框图。 
图5是图4对应的电路图。 
图6是本发明的恒力矩控制方法的控制流程图。 
图7是本发明ECM电机与测工机的连接示意图。 
具体实施方式:
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。 
如图1、图2、图3所示,ECM电机通常由电机控制器2和电机单体1,所述的电机单体1包括定子组件12、转子组件13和机壳组件11,定子组件13安装在机壳组件11上,电机单体1安装有检测转子位置的霍尔传感器14,转子组件13套装在定子组件12的内侧或者外侧组成,电机控制器2包括控制盒22和安装在控制盒22里面的控制线路板21,控制线路板21一般包括电源电路、微处理器、母线电流检测电路、逆变电路和转子位置测量电路14(即霍尔传感器),电源电路为各部分电路供电,转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器,母线电流检测电路将检测的母线电路输入到微处理器,微处理器控制逆变电路,逆变电路控制定子组件12的各相线圈绕组的通断电。 
如图4、图5所示,假设ECM电机是3相无刷直流永磁同步电机,转子位置测量电路14一般采用3个霍尔传感器,3个霍尔传感器分别检测一个360度电角度周期的转子位置,每转过120度电角度改变一次定子组件12的各相线圈绕组的通电,形成3相6步控制模式。交流输入(AC INPUT)经过由二级管D7、D8、D9、D10组成的全波整流电路后,在电容C1的一端输出直流母线电压Vbus,直流母线电压Vbus与输入交流电压有关,交流输入(AC INPUT)的电压确定后,母线电压Vbus是恒定的,3相绕组的线电压P是PWM斩波输出电压,P=Vbus*w,w是微处理器输入到逆变电路的PWM信号的占空比,改变线电压P可以改变直流母 线电流Ibus,逆变电路由电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成,电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的控制端分别由微处理器输出的6路PWM信号(P1、P2、P3、P4、P5、P6)控制,逆变电路还连接电阻R1用于检测母线电流Ibus,母线电流检测电路将电阻R1的检测母线电流Ibus转换后传送到微处理器。 
如图6所示,本发明的一种ECM电机的恒力矩控制方法,所述的ECM电机具有定子组件、转子组件、机壳组件以及电机控制器,所述的电机控制器包括电源电路、微处理器、逆变电路和转子位置测量电路,电源电路为各部分电路供电,转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器,微处理器控制逆变电路,逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电,其特征在于:它包括如下步骤: 
步骤A)利用实验手段建立电机输出的力矩值与直流母线电流的函数关系式Itad=F(T,P)并存入微处理器,其中Itad是母线电流,T是电机输出的力矩值,P是微处理器输入到逆变电路PWM信号斩波输出电压; 
步骤B)获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得初始的PWM信号斩波输出电压P值,若电机处于运转状态,微处理器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值; 
步骤C)微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus; 
步骤D)微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进行闭环控制,若目标母线电流值Itad大于实时母线电流Ibus,增加PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad小于实时母线电流Ibus,减少PWM信号斩波输出电压P值,若目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等,停止调节PWM信号斩波输出电压P值,ECM电机进入工况状态”,然后回到步骤C)继续进行恒力矩控制状态。 
目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus相等是指实时母线电流Ibus偏 离目标母线电流值Itad的误差在1%范围内。 
上述步骤A)的函数关系式Itad=F(T,P)是Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,其中K1、K2、K3、K4是系数,T是力矩,P是PWM信号斩波输出电压。 
如图7所示,选择本公司开发的某一型号的ECM电机一台,在开环方式下,通过测功机测试ECM电机在不同PWM信号斩波输出电压和不同力矩所对应的直流母线电流,如下表所示的例子。 


表1 
由于直流母线电流只与PWM信号斩波输出电压P值和电机输出力矩T有关,建立一个有两个变量的二元一次方程Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,将上述表中任意选择的4个测试点,将直流母线电流Itad、测功机加载输出转矩T和PWM信号斩波电压P值分别代入函数Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,得到4组方程求解出一组K1、K2、K3、K4是系数,然后再选择不同的4个测试点,将直流母线电流Itad、测功机加载输出转矩T和PWM信号斩波电压P值分别代入函数Itad=K1+K2*T+K3*P+K4*T*P,得到4组方程求解出另一组K1、K2、K3、K4的系数,可以利用该方式得到多组K1、K2、K3、K4的系数,然后择优选择,便得到函数Itad=F(T,P)。 
然后通过在微处理器编写程序可以进行恒力矩控制,获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得初始的PWM信号斩波输出电压P值,若电机处于运转状态,微处理器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值;微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus;微处理器根据检测到的实时母线电流Ibus,比较目标母线电流值Itad与实时母线电流Ibus进,然后调节PWM信号斩波输出电压P值进行闭环控制就可以。 
在开环方式下,通过测功机测试ECM电机在不同PWM信号的占空比P和不 同力矩所对应的直流母线电流,形成N组测试数据,测试的数据越多,即测试点越多,得到的函数Itad=F(T,P)精度越高,需要根据控制精度来抉择测试点的数量和范围。 

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本发明公开了一种ECM电机的恒力矩控制方法,它包括如下步骤:步骤A)获取外部输入目标力矩值T0,若电机处于停机状态,运行电机,微处理器取得开始的PWM信号斩波输出电压P值,若处于电机运转状态,微处理器获取当前的PWM信号斩波输出电压P值;步骤B)微处理器根据目标力矩值T0和PWM信号斩波输出电压P值利用函数Itad=F(T,P)换算成对应的目标母线电流值Itad,检测实时母线电流Ibus;步骤C)。

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