CN104716874A - 无刷直流电机控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无刷直流电机控制***，所述无刷直流电机控制***包括直流母线、三相六开关逆变器，所述三相六开关逆变器包括六个开关，且每个开关对应连接无刷直流电机的三相绕组，所述无刷直流电机控制***还包括设置在直流母线侧的采样电阻及控制装置，所述控制装置用于控制六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；而且，在无刷直流电机的运行过程中，按预置的采集规则，采集流经所述采样电阻的电流，并根据所采集的电流进行无刷直流电机的电流闭环控制。本发明能实现对无刷直流电机的良好控制并且硬件成本低。

Description

无刷直流电机控制***及控制方法

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种无刷直流电机控制***及控制方法。

背景技术

无刷直流电机具有体积小、效率高、控制简单等优点，但从控制性能相比较，无刷直流电机转矩波动较大，而换相转矩波动是引起转矩波动的主要原因。

现有技术中，采用两个电流传感器，在换相过程中对非换相绕组电流进行控制，虽然实现了换相转矩的抑制，但是增大了硬件成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无刷直流电机的控制方法及***，旨在降低硬件成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种无刷直流电机控制***，所述无刷直流电机控制***包括直流母线、三相六开关逆变器，所述三相六开关逆变器包括六个开关，且每个开关对应连接无刷直流电机的三相绕组，所述无刷直流电机控制***还包括设置在直流母线侧的采样电阻及控制装置，所述控制装置用于控制六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；而且，在无刷直流电机的运行过程中，按预置的采集规则，采集流经所述采样电阻的电流，并根据所采集的电流进行无刷直流电机的电流闭环控制。

优选地，所述控制装置包括第一控制模块及第一电流采集模块，所述第一控制模块用于：

确定无刷直流电机在正常运行过程的模式；在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关与电流流出的相绕组的下桥臂开关导通；

所述第一电流采集模块用于：在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

优选地，所述第一控制模块还用于：

当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

优选地，所述控制装置包括第二控制模块及第二电流采集模块，其中，

所述第二控制模块用于：确定无刷直流电机运行的换相运行过程的模式，并确定非换相绕组、换相前的相绕组、换相后的相绕组及各相绕组的电流方向；每个开关控制周期内，根据各相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通；

所述第二电流采集模块用于：在每个开关控制周期内，在换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

优选地，所述第二控制模块还用于：

在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和；

在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相后的绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种无刷直流电机的控制方法，包括以下步骤：

在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；

在无刷直流电机的运行过程中，按照预先设置的电流采样规则，采集采样电阻的电压；

根据所采集的电流进行无刷直流电机的电流闭环控制。

优选地，所述无刷直流电机的运行过程包括正常运行过程；所述在无刷直流电机的运行过程中，按照预先设置的电流采样规则，采集采样电阻的电压包括：

在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

优选地，所述在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行包括：

当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

优选地，所述无刷直流电机的运行过程包括换相运行过程；所述按照预先设置的电流采样规则，采集采样电阻的电压包括：

在每个开关控制周期内，在换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

优选地，所述在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行包括：

在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和；

在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和。

本发明实施例通过一个采样电阻就能够得到无刷直流电机的控制过程中所需的电流，从而保证对电机非换相运行过程中导通绕组的电流及换相运行过程中非换相绕组电流的有效控制。因此，本发明在有效抑制无刷直流电机转矩波动、保证电机控制***的控制性能的基础上，还减少了电流传感器的数量，降低了硬件成本。

附图说明

图1为本发明无刷直流电机控制***的等效电路结构示意图；

图2为本发明无刷直流电机控制***中换相转矩波动产生机理的示意图；

图3为本发明无刷直流电机的控制方法第一实施例的流程示意图；

图4为本发明无刷直流电机在正常运行过程中时，电流采样的细化流程示意图；

图5为本发明无刷直流电机在正常运行过程中时，开关控制的细化流程示意图；

图6为本发明无刷直流电机在正常运行过程中时，单极调制方式进行开关控制时各开关控制信号的波形示意图；

图7为图6中的一开关控制周期内的电流采样示意图；

图8为本发明无刷直流电机在正常运行过程中时，双极调制方式进行开关控制时各开关控制信号的波形示意图；

图9为图8中的一开关控制周期内的电流采样示意图；

图10为本发明无刷直流电机在换相运行过程中时，电流采样的细化流程示意图；

图11为本发明无刷直流电机在换相运行过程中时，开关控制的细化流程示意图；

图12为本发明无刷直流电机在低速换相运行过程中时，进行开关控制时各开关控制信号的波形示意图；

图13为图12中的一开关控制周期内的电流采样示意图；

图14为本发明无刷直流电机在高速换相运行过程中时，进行开关控制时各开关控制信号的波形示意图；

图15为图8中的一开关控制周期内的电流采样示意图；

图16为本发明无刷直流电机控制***中控制装置一实施例的功能模块示意图；

图17为本发明无刷直流电机控制***中控制装置另一实施例的功能模块示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的核心思想为，在无刷直流电机在运行过程中，按照本发明提供的控制策略，通过直流母线侧设置的采样电阻，既可以采集电机正常运行过程中导通相绕组的电流，也可以采集电机换相过程中非换相绕组的电流。

如图1所示，提出了本发明无刷直流电机控制***的等效电路结构。该无刷直流电机***可包括：三相六开关逆变器10、无刷直流电机20、控制装置30、转子位置检测装置40。其中，三相六开关逆变器10包括六个开关管，且每个开关管的发射极和集电极之间还连接有二极管，每个开关管的基极分别与控制装置连接。其中，三相六开关逆变器10的第一开关管S₁与第四开关管S₄串联连接的连接节点与a相绕组连接，因此，该第一开关管S₁可称为a相绕组的上桥臂开关，该第四开关管S₄可称为a相绕组的下桥臂开关。同理，三相六开关逆变器10的第三开关管S₃与第六开关管S₆串联连接的连接节点与b相绕组连接，因此，该第三开关管S₃可称为b相绕组的上桥臂开关，该第六开关管S₆可称为b相绕组的下桥臂开关。三相六开关逆变器10的第五开关管S₅与第二开关管S₂串联连接的连接节点与c相绕组连接，因此，该第五开关管S₅可称为c相绕组的上桥臂开关，该第二开关管S₂可称为c相绕组的下桥臂开关。

直流母线侧还连接有一采样电阻Rs，用于采集无刷直流电机的三相绕组电流。控制装置30用于在无刷直流电机的运行过程中，控制三相六开关逆变器10中各开关管的导通和截止，以控制无刷直流电机的运行；而且在无刷直流电机的运行过程中，按照预设的采集规则，采集流经采样电阻Rs的电流，就可以实现抑制换相转矩波动控制时所需要的电流以及两相绕组电流闭环控制时所需要的电流的采集。然后控制装置还用于根据所采集的电流实现抑制换相转矩波动控制和两相绕组电流闭环控制。转子位置检测装置40用于检测无刷直流电机的转子的转动位置，以供控制装置根据该转子位置，对三相六开关逆变器10中各开关管的导通和截止进行控制。

下面将介绍一下无刷直流电机的运行过程，以及运行过程中各开关管的导通状态。

由于无刷直流电机的控制采用两相绕组导通的控制模式，理想条件下根据无刷直流电机的三相绕组中只有两相绕组中有电流流过。但实际上受无刷直流电机的电感影响，在两相绕组换相过程中，换相的两相绕组电流的增大和减小需要一定的时间，此时三相绕组中将同时有电流流过。因此，可将无刷直流电机的运行过程分为正常运行过程及换相运行过程，正常运行过程是指三相绕组中只有两组绕组中有电流流过时的过程，换相运行过程为两相绕组换相持续的过程。

上述该无刷直流电机的正常运行过程包括六种模式，即依次为a⁺b^-模式、a⁺c^-模式、b⁺c^-模式、b⁺a^-模式、c⁺a^-模式、c⁺b^-模式。当无刷直流电机运行在某个模式下时，则控制装置30将控制三相六开关逆变器10中的开关管进行导通和截止。以a⁺b^-模式为例，该模式下，无刷直流电机的a相绕组和b相绕组导通，电流由a相绕组流入由b相绕组流出，流过c相绕组的电流为零。因此，如图1所示的电路结构，控制装置30将控制a相绕组的上桥臂开关S₁和b相绕组的下桥臂开关S₆导通。以a⁺c^-模式为例，该模式下，无刷直流电机的a相绕组和c相绕组导通，电流由a相绕组流入由c相绕组流出，流过b相绕组的电流为零。因此，如图1所示的电路结构，控制装置30将控制a相绕组的上桥臂开关S₁和c相绕组的下桥臂开关S₂导通。其他模式下各开关管的导通状态可依次类推，在此就不再赘述。

无刷直流电机的换相运行过程则为上述相邻的两模式之间切换时，对绕组进行换相的过程。例如a⁺b^-模式向a⁺c^-模式的过渡过程中，a相绕组为非换相绕组，由b相绕组切换至c相绕组。在无刷直流电机的控制过程中，具体而言，根据换相的两相绕组的电流变化率大小关系，可将换相过程分为三种情形。如图2所示，以电流由a⁺c^-模式向b⁺c^-模式过渡为例，分析换相过程可能存在的三种情形及换相转矩波动产生的机理，在过渡过程中a相绕组电流下降为零，b相电流电流上升至参考电流，c相绕组为非换相绕组。由图2可以看出，当换相的两相绕组的电流变化率不相等时，非换相绕组的电流会出现波动现象，进而产生换相转矩波动。因此，为了抑制换相转矩波动，则需要采集换相过程中非换相绕组的电流，并控制该非换相绕组电流跟踪参考电流。

如图3所示，提出了本发明无刷直流电机的控制方法一实施例。该实施例的无刷直流电机的控制方法可包括以下步骤：

步骤S110、在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；

步骤S120、在无刷直流电机的运行过程中，按照预先设置的电流采样规则，采集流经所述采样电阻的电流；

步骤S130、根据所采集的电流进行无刷直流电机的控制。

本发明通过一个采样电阻就能够得到无刷直流电机的控制过程中所需的电流，从而保证对电机非换相运行过程中导通绕组的电流及换相运行过程中非换相绕组电流的有效控制。因此，本发明在有效抑制无刷直流电机转矩波动、保证电机***的控制性能的基础上，还减少了电流传感器的数量，降低了硬件成本。

由于无刷直流电机的运行过程包括正常运行过程和换相运行过程。下面先介绍无刷直流电机在正常运行过程时的电流采集过程及开关控制过程。为了实现电机电流控制，在无刷直流电机的正常运行过程中，需要采集每个运行模式时导通绕组的电流。如图4所示，步骤S120中该电流采集过程可包括以下步骤：

步骤S121、确定无刷直流电机运行的正常运行过程的模式；

步骤S122、在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

确定无刷直流电机运行的正常运行过程中的运行模式，然后再控制该运行模式下电流流过的相绕组对应的上桥臂开关或下桥臂开关导通，以形成电流回路。例如，控制无刷直流电机运行在a⁺b^-模式时，则控制a相绕组的上桥臂开关和b相绕组的下桥臂开关导通。同时，在运行模式的每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

由于无刷直流电机在正常运行过程中，对逆变器的控制方式可包括单极调制方式和双极调制方式，而且单极调制方式和双极调制方式中，对逆变器各开关的控制方法也不同，具体如图5所示，该开关控制过程可包括：

步骤S111、判断对逆变器的控制方式为单极调制方式还是双极调制方式；

步骤S112、当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

步骤S113、当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

如图6所示，示出了无刷直流电机在单极调制方式下三相六开关逆变器的各开关管的控制波形。单极调制方式时，每个模式下，电流流入的相绕组的上桥臂开关的控制信号包括多个方波信号，且每个方波信号的周期为T_s，其中高电平信号的时间为T₁，低电平信号的时间为T_s-T₁。另外，每个模式下，电流流出的相绕组的上桥臂开关的控制信号为高电平信号。

如图7所示，示出了无刷电流电机在单极调制方式下，a⁺b^-模式下的一个开关周期中，采样电阻的电流采样时间。以a⁺b^-模式为例，该模式下，无刷直流电机的a相绕组和b相绕组导通，电流由a相绕组流入由b相绕组流出，流过c相绕组的电流为零。单位开关周期Ts内，a相绕组的上桥臂开关S₁的作用时间为T₁，b相绕组的下桥臂开关S₆保持导通状态，通过控制时间T₁就可以实现a相绕组、b两相绕组的电流闭环控制。在t₁时刻控制a相绕组的上桥臂开关S₁导通时，由于从施加驱动信号到开关可靠导通需要一定的时间，因此从t₁时刻开始经过一定延时到t₂时刻，在t₂时刻再触发AD采样对采样电阻Rs的电压进行采样。该t₁时刻和t₂时刻之间的持续时长为T_d，其称为开关开通的死区时间。t₃时刻AD采样结束，t₂到t₃时刻之间持续的时间为采样时间记为Tsam。t₂时刻由于a相绕组的上桥臂S₁可靠导通，开关S₆仍然保持导通状态，流过采样电阻Rs的电流与a相绕组的电流相等，通过测量采样电阻Rs上压降就能够得到a相绕组的电流，从而实现a相绕组、b相绕组的电流闭环控制。其它五种模式下的采样原理与a⁺b^-模式相似，具体不再赘述。每个模式下，单位时间内，均将控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通，且在电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采样电阻Rs的电流，且持续时间为T_sam，从而根据该采样电流，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间，实现该模式下两相绕组的电流闭环控制。

如图8所示，示出了无刷直流电机在双极调制方式下三相六开关逆变器的各开关管的控制波形。双极调制方式时，每个模式下，电流流入的相绕组的上桥臂开关的控制信号和电流流出的相绕组的下桥臂开关的控制信号均包括多个方波信号，且每个方波信号的周期为T_s，其中高电平信号的时间为T₁，低电平信号的时间为T_s-T₁。

如图9所示，示出了无刷电流电机运行在双极调制方式下，a⁺b^-模式下一个开关周期中，采样电阻的电流采样时间。以a⁺b^-模式为例，该模式下，无刷直流电机的a相绕组和b相绕组导通，电流由a相绕组流入由b相绕组流出，流过c相绕组的电流为零。a⁺b^-模式下，单位开关周期T_s内，a相绕组的上桥臂开关S₁和b相绕组的下桥臂S₆的作用时间均为T₁，通过控制T₁就可以实现a相绕组、b两相绕组的电流闭环控制。在t₁时刻控制a相绕组的上桥臂开关S₁和b相绕组的下桥臂开关S₆导通。在t₁时刻控制a相绕组的上桥臂开关S₁导通时，由于从施加驱动信号到开关可靠导通需要一定的时间，因此从t₁时刻开始经过一定延时到t₂时刻，在t₂时刻再触发AD采样对采样电阻Rs的电压进行采样。该t₁时刻和t₂时刻之间的持续时长为T_d，其称为开关开通的死区时间。t₃时刻AD采样过程结束，t₂到t₃时刻之间持续的时间为采样时间记为T_sam。t₂时刻由于a相绕组的上桥臂S₁和b相绕组的下桥臂S₆可靠导通，流过采样电阻Rs的电流与a相绕组的电流相等，通过测量采样电阻Rs上的压降就能够得到a相绕组的电流，从而实现a相绕组、b相绕组的电流闭环控制。其它五种模式下的采样原理与a⁺b^-模式相似，具体不再赘述。每个模式下，单位时间内，均将控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁，且在电流流入的相绕组的上桥臂开关和电流流出的相绕组的下桥臂开关均可靠导通时，获取流经采样电阻的电流，且持续时间为T_sam，从而根据该采样电流，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间，实现该模式下两相绕组的电流闭环控制。

下面将介绍无刷直流电机在换相运行过程时的电流采集过程。在无刷直流电机的换相运行过程中，为了有效控制非换相绕组的电流抑制换相转矩波动，则需要分别对每个换相模式下对应的非换相绕组的电流进行采样。如图10所示，该上述步骤S120可包括以下步骤：

步骤S123、确定无刷直流电机运行的换相运行过程的模式；

步骤S124、在每个开关控制周期内，在非换相相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

确定无刷直流电机运行的换相运行过程中的运行模式，并确定非换相绕组、换相前的相绕组、换相后的相绕组以及各相绕组的电流方向。例如a⁺b^-模式切换至a⁺c^-模式时，该非换相绕组为a相绕组，且该a相绕组的电流方向为电流流入方向；换相前的相绕组为b相绕组，且该b相绕组的电流方向为电流流出方向；换相后的相绕组为c相绕组，且该c相绕组的电流方向为电流流出方向。为了保证顺利的换相，该换相过程中，要根据电流方向控制控制该运行模式下电流流过的相绕组对应的上桥臂开关或下桥臂开关导通，以形成电流回路。例如，控制无刷直流电机运行在a⁺b^-模式切换至a⁺c^-模式时，则控制a相绕组的上桥臂开关、b相绕组的下桥臂开关、c相绕组的下桥臂开关导通。同时，在运行模式的每个开关控制周期内，控制非换相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

上述换相运行过程，根据直流母线电压与反电动势大小关系，将换相运行过程分为低速换相运行过程和高速换相运行过程，具体为：当Vdc>4E时，将换相过程称为低速换相运行过程；当Vdc<4E时，将换相过程称为高速换相运行过程，其中Vdc为直流母线电压，E为相反电动势幅值。针对不同的换相运行过程，对逆变器各开关的控制方法也不同，具体如图11所示，该开关控制过程具体可包括：

步骤S114、判断直流母线电压是否大于预设电压阈值；是则转入步骤S115，否则转入步骤S116；

通过判断直流母线电压是否大于预设电压阈值，以区分该换相运行过程是低速换相运行过程，还是高速换相运行过程。

步骤S115、在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间T₃为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和，即T₃＝T_d+T_sam，可参见图13；

步骤S116、在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相后的绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间T₄大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和,即T₄>T_d+T_sam，可参见图15。

如图12所示，示出了无刷直流电机在低速换相运行过程中三相六开关逆变器的各开关管的控制波形。低速换相运行过程中，每个换相模式下，非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号和换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号包括多个方波信号，且每个方波信号的周期为T_s，其中非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的方波信号的开关导通时间为T₂，换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的方波信号的开关导通时间T₃为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和，即T₃＝T_d+T_sam。换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号为高电平信号。

如图13所示，示出了无刷电流电机运行低速换相运行过程中，由a⁺b^-模式向a⁺c^-模式过渡过程中采样电阻的电流采样时间。a⁺b^-模式向a⁺c^-模式过渡过程中，确定非换相绕组为a相绕组，且该a相绕组的电流方向为电流流入；换相前的相绕组为b绕组，且该b相绕组的电流方向为电流流出；换相后的相绕组为c绕组，且该c相绕组的电流方向为电流流出。在该过渡过程中，需要对a相绕组的电流进行采样并实现该相电流的闭环控制，以抑制换相转矩波动。控制a相绕组所对应的上桥臂开关S₁的导通时间为T₂，通过控制该导通时间就能够有效地控制非换相绕组a相的电流，从而抑制换相转矩波动。c相绕组对应的下桥臂开关S₂一直保持导通，在该过程中，为了能够对a相电流进行采样，将控制b相绕组的下桥臂开关S₆导通时间T₃＝T_d+T_sam。具体过程如下：在t₂时刻控制b相绕组的下桥臂开关S₆导通，经过死区延时T_d，t₃时刻再触发AD采样，t₄时刻采样结束并关断b相绕组的下桥臂开关S₆。在t₃时刻与t₄时刻之间的时间段内，流过a相绕组的电流与流过采样电阻Rs的电阻相等，因此通过对采样电阻Rs的电压进行采样就能够得到a相绕组的电流。其它五种换相模式下具有相似的原理，具体不再赘述。每个模式下，单位时间内，将根据非换相绕组的电流方向，控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的导通时间为T₂；根据换相后的相绕组的电流方向，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通；根据换相前的相绕组的电流方向，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的导通时间T₃＝T_d+T_sam。另外，在非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采样电阻的电流，且持续时间为T_sam，就可以获得低速换相过程中各模式下非换相绕组的电流，从而实现低速换相过程中各模式下非换相绕组的电流闭环控制，抑制换相转矩波动。

如图14所示，示出了无刷直流电机在高速换相运行过程中三相六开关逆变器的各开关管的控制波形。高速换相运行过程中，每个换相模式下，非换相的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号和换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号均为高电平信号。换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的控制信号包括多个方波信号，且每个方波信号的周期为T_s，其中换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的方波信号的开关导通时间T₄大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和，即T₄>T_d+T_sam。

如图15所示，示出了无刷电流电机运行高速换相运行过程中，由a⁺b^-模式向a⁺c^-模式过渡过程中采样电阻的电流采样时间。a⁺b^-模式向a⁺c^-模式过渡过程中，确定非换相绕组为a相绕组，且该a相绕组的电流方向为电流流入；换相前的绕组为b绕组，且该b相绕组的电流方向为电流流出；换相后的绕组为c绕组，且该c相绕组的电流方向为电流流出。在高速换相运行下，如果AD采样结束时就关断b相绕组对应的下桥臂开关使其自由续流，因受母线电压大小限制，c相电流上升速率小于b相电流的下降速率，从而导致换相转矩波动。因此，为了控制换相两相绕组电流变化率相等，需要继续控制b相绕组对应的下桥臂开关S₆，减小b相电流的下降率使其等于c相电流的上升率。具体过程如下：控制b相绕组的下桥臂开关S₆的导通时间T₄，a相绕组的上桥臂开关S₁和c相绕组的下桥臂开关S₂则一直保持导通，通过控制b相绕组的下桥臂开关S₆的导通时间就能够有效地控制非换相绕组a相电流跟踪电流指令，抑制换相转矩波动。如图15所示，在t₁时刻控制b相绕组的下桥臂开关S₆导通，经过死区延时T_d，t₂时刻再触发AD采样，t₃时刻采样结束，该过程需要保证开关S₆的导通时间T₄>T_d+T_sam。在t₂时刻与t₃时刻之间的时间段内，由于b相绕组的下桥臂开关S₆、a相绕组的上桥臂开关S₁及c相绕组的下桥臂开关S₂导通，此时流过a相绕组的电流与流过采样电阻Rs的电阻的电流相等，因此通过对采样电阻Rs上的电压进行采样就能够得到a相绕组的电流。其它五种换相模式下具有相似的原理，具体不再赘述。每个模式下，单位时间内，根据非换相绕组的电流方向，控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通；根据换相后的相绕组的电流方向，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通；根据换相前的相绕组的电流方向，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的导通时间T₄>T_d+T_sam。另外，在非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采样电阻的电流，且持续时间为T_sam，就可以获得高速换相过程中各模式下非换相绕组的电流，从而实现高速换相过程中各模式下非换相绕组的电流闭环控制，抑制换相转矩波动。

对应地，如图16所示，上述无刷直流电机的控制***中，控制装置可包括第一控制模块31及第一电流采集模块32，所述第一控制模块31用于：

确定无刷直流电机在正常运行过程的模式；在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关与电流流出的相绕组的下桥臂开关导通；

所述第一电流采集模块32用于：在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

进一步地，上述第一控制模块31还用于：

当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

进一步地，如图17所示，上述无刷直流电机控制***中，控制装置可包括第二控制模块33及第二电流采集模块34，其中，

所述第二控制模块33用于：确定无刷直流电机运行的换相运行过程的模式，并确定非换相绕组、换相前的相绕组、换相后的相绕组及各相绕组的电流方向；每个开关控制周期内，根据各相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通；

所述第二电流采集模块34用于：在每个开关控制周期内，在换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

进一步地，上述第二控制模块33还用于：

在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间T₃为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和，即T₃＝T_d+T_sam；

在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相后的绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间T₄大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间T_d与第二预置时间T_sam的和,即T₄>T_d+T_sam。

本发明通过一个采样电阻就能够得到无刷直流电机的控制过程中所需的电流，从而保证对电机非换相运行过程中导通绕组的电流及换相运行过程中非换相绕组电流的有效控制。因此，本发明在有效抑制无刷直流电机转矩波动、保证电机***的控制性能的基础上，还减少了电流传感器的数量，降低了无刷直流电机的控制成本。

可以理解得是，上述无刷直流电机控制***可同时包括第一控制模块、第一电流采集模块、第二控制模块和第二电流采集模块。或者，上述无刷直流电机控制***中，第一控制模块和第二控制模块采用同一模块，第一电流采集模块和第二电流采集模块采用同一模块。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机控制***，所述无刷直流电机控制***包括直流母线、三相六开关逆变器，所述三相六开关逆变器包括六个开关，且每个开关对应连接无刷直流电机的三相绕组，其特征在于，所述无刷直流电机控制***还包括设置在直流母线侧的采样电阻及控制装置，所述控制装置用于控制六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；而且，在无刷直流电机的运行过程中，按预置的采集规则，采集流经所述采样电阻的电流，并根据所采集的电流进行无刷直流电机的电流闭环控制。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机控制***，其特征在于，所述控制装置包括第一控制模块及第一电流采集模块，所述第一控制模块用于：

确定无刷直流电机在正常运行过程的模式；在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关与电流流出的相绕组的下桥臂开关导通；

所述第一电流采集模块用于：在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

3.如权利要求2所述的无刷直流电机控制***，其特征在于，所述第一控制模块还用于：

当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

4.如权利要求1-3任一项所述的无刷直流电机控制***，其特征在于，所述控制装置包括第二控制模块及第二电流采集模块，其中，

所述第二控制模块用于：确定无刷直流电机运行的换相运行过程的模式，并确定非换相绕组、换相前的相绕组、换相后的相绕组及各相绕组的电流方向；每个开关控制周期内，根据各相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通；

所述第二电流采集模块用于：在每个开关控制周期内，在换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

5.如权利要求4所述的无刷直流电机控制***，其特征在于，所述第二控制模块还用于：

在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和；

在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相后的绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和。

6.一种无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机的控制方法包括以下步骤：

在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行；

在无刷直流电机的运行过程中，按照预先设置的电流采样规则，采集流经所述采样电阻的电流；

根据所采集的电流进行无刷直流电机的控制。

7.如权利要求6所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机的运行过程包括正常运行过程；所述在无刷直流电机的运行过程中，按照预先设置的电流采样规则，采集采样电阻的电压包括：

在每个开关控制周期内，当电流流入的相绕组的上桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第一预置时间。

8.如权利要求7所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行包括：

当对逆变器的控制方式为单极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间为T₁，控制电流流出的相绕组的下桥臂开关一直导通；

当对逆变器的控制方式为双极调制方式时，在每个开关控制周期内，控制电流流入的相绕组的上桥臂开关的导通时间和电流流出的相绕组的下桥臂开关的导通时间均为T₁。

9.如权利要求6所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述无刷直流电机的运行过程包括换相运行过程；所述按照预先设置的电流采样规则，采集采样电阻的电压包括：

在每个开关控制周期内，在换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关可靠导通时，获取流经采集电阻的电流，且采集持续时间为第二预置时间。

10.如权利要求9所述的无刷直流电机的控制方法，其特征在于，所述在每个开关控制周期内，按照预设的开关控制规则，控制三相六开关逆变器中六个开关的导通或截止，以控制无刷直流电机运行包括：

在低速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为T₂，根据换相后的相绕组的电流方向控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，根据换相前的相绕组的电流方向控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间为换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和；

在高速换相运行过程中，每个开关控制周期内，根据非换相绕组的电流方向控制非换相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，控制换相后的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关一直导通，控制换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关导通的导通时间大于换相前的相绕组的上桥臂开关或下桥臂开关的可靠导通时间与第二预置时间的和。