CN107565869A - 基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法 - Google Patents
基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，包括：根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速；根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置；当电机的实际转速低于第一预定值时，通过速度选择单元选定第一位置和第一转速作为电机转子的位置和转速，否则选定第二位置和第二转速作为电机转子的位置和转速，以闭环方式控制电机的运行。本发明特别采用霍尔位置传感器和无位置传感器方案相结合，通过速度选择单元与位置选择单元，选择低频率时采用霍尔位置传感器方案，高频时采用无位置传感器进行控制，提高了电机的控制稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及永磁无刷电机控制技术，特别涉及基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法。
背景技术
目前，家用料理机或者家用果汁机，一般采用有刷直流电机进行控制，由于有刷电机电刷具有使用寿命短，噪音大和有火花，而且效率低，运行频率固定不变等不足，有刷电机迟早会被无刷电机所取代的。而永磁无刷直流电机具有能效高，无电刷以及运行频率可变从而节能等多种优点，广泛使用于家电、纺织、医疗、汽车、新能源等多种领域。
在对电机进行控制时，现有技术中通常采用霍尔传感器或无位置传感器进行控制，但是，在低频率运行时采用无位置传感器控制由于反电动势信号微弱造成的转子位置检测不准确，导致电机运行失步问题；而高频率运行时，采用霍尔位置传感器检测的电机转子位置作为电机的实际位置，控制电机运行，由于在60度电角度区间，电机转子实际位置依靠推算估计，与实际位置差距较大，造成电机转子位置估计不准确，造成电机控制失败的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，以解决在低频率运行时采用无位置传感器控制由于反电动势信号微弱造成的转子位置检测不准确，导致电机运行失步问题；而高频率运行时，采用霍尔位置传感器检测的电机转子位置作为电机的实际位置，控制电机运行，由于在60度电角度区间，电机转子实际位置依靠推算估计，与实际位置差距较大，造成电机转子位置估计不准确，造成电机控制失败的技术问题。
为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，包括：根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速；根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置；当电机的实际转速低于第一预定值时，通过速度选择单元选定第一位置和第一转速作为电机转子的位置和转速，否则选定第二位置和第二转速作为电机转子的位置和转速，以闭环方式控制电机的运行。
优选地，根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速包括：通过霍尔传感组件单元检测电机转子的第一位置，记录两次霍尔传感信号变化经历的时间间隔，从而得到第一转速。
优选地，根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置包括：通过无位置传感器单元获得电机转子的第二转速，根据所述第二转速由位置推定单元获得第二位置。
优选地，以闭环方式控制电机的运行包括：将给定转速及速度选择单元选定的速度的差作为第一PI调节器的输入；将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的q轴电流与所述第一PI调节器的输出的q轴电流之差作为第二PI调节器的输入；将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的d轴电流与d轴电流命令值之差作为第三PI调节器的输入；将第二PI调节器的输出作为q轴电压命令值、第三PI调节器的输出作为d轴电压命令值通过坐标变换后得到α轴电压命令值和β轴电压命令值；将α轴电压命令值和β轴电压命令值通过SVPWM控制单元获得IPM的六路互补的占空比可变的PWM波；通过所述PWM波控制IPM内部六只IGBT上下桥臂的导通时间，以控制电机的运行。
优选地，所述d轴电流命令值通过Id*＝0指点，或者通过弱磁控制以及最大力矩控制等方式获得。
优选地，将α轴电压命令值、β轴电压命令值、反坐标变换后的q轴电流和反坐标变换后的d轴电流输入所述无位置传感器单元，以得到所述的第二转速。
优选地，所述PWM可替换为正弦波或方波。
本发明特别采用霍尔位置传感器和无位置传感器方案相结合，通过速度选择单元与位置选择单元，选择低频率时采用霍尔位置传感器方案，高频时采用无位置传感器进行控制，提高了电机的控制稳定性。
附图说明
图1示意性地示出了本发明控制结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明特别采用霍尔位置传感器和无位置传感器方案相结合，通过速度选择单元与位置选择单元，选择低频率时采用霍尔位置传感器方案，高频时采用无位置传感器进行控制，提高了电机的控制稳定性。
请参考图1，本发明提供了一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，采用永磁无刷直流电机作为家用理料机的转动部件，采用变频技术控制电机的高速运转。该方法包括：
根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速；
根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置；
当电机的实际转速低于第一预定值时，通过速度选择单元选定第一位置和第一转速作为电机转子的位置和转速，否则选定第二位置和第二转速作为电机转子的位置和转速，以闭环方式控制电机的运行。
在上述技术方案中，本发明通过霍尔组件单元检测电机转子的实际位置，低频率时采用霍尔检测到电机转子的位置，作为电机的实际位置，用于闭环控制电机的运行，高频率时，通过无位置传感器单元获得电机转子的实际位置，闭环控制电机高速运行，成功的解决了低频率运行时采用无位置传感器控制由于反电动势信号微弱造成的转子位置检测不准确，导致电机运行失步问题，同时解决了高频率运行时，如果继续采用霍尔位置传感器检测的电机转子位置作为电机的实际位置，控制电机运行，由于在60度电角度区间，电机转子实际位置依靠推算估计，与实际位置差距较大，造成电机转子位置估计不准确，造成电机控制失败的技术问题。
霍尔组件单元检测电机转子位置的原理是，三路霍尔信号随着电机转子位置变化，每间隔60度电角度霍尔信号发生变化，在60度电角度之间，采用电机转子位置的推定值作为检测的电机转子实际位置角度，其采用的公式是：θ1(n)＝θ1(n-1)+ω(n-1)△T，其中θ1(n-1)是60度整数倍时对应的电机转子位置，ω(n-1)是60度整数倍时对应的电机转子转动角速度，△T为从上次霍尔信号变化时刻起经历的时间，可见，在加速、减速等过程中，以及由于△T的检测准确性，会影响电机转子位置推定结果的准确性。高频时，由于电机转子位置在极短的时间内变化很大，在高频时，如果仅仅依赖于霍尔位置传感器检测电机的位置作为控制，会造成电机控制失败问题的发生。
优选地，根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速包括：通过霍尔传感组件单元检测电机转子的第一位置，记录两次霍尔传感信号变化经历的时间间隔，从而得到第一转速。
优选地，根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置包括：通过无位置传感器单元获得电机转子的第二转速，根据所述第二转速由位置推定单元获得第二位置。
优选地，以闭环方式控制电机的运行包括：将给定转速及速度选择单元选定的速度的差作为第一PI调节器的输入；将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的q轴电流与所述第一PI调节器的输出的q轴电流之差作为第二PI调节器的输入；将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的d轴电流与d轴电流命令值之差作为第三PI调节器的输入；将第二PI调节器的输出作为q轴电压命令值、第三PI调节器的输出作为d轴电压命令值通过坐标变换后得到α轴电压命令值和β轴电压命令值；将α轴电压命令值和β轴电压命令值通过SVPWM控制单元获得IPM的六路互补的占空比可变的PWM波；通过所述PWM波控制IPM内部六只IGBT上下桥臂的导通时间，以控制电机的运行。所述PWM可替换为正弦波或方波。
优选地，所述d轴电流命令值通过Id *＝0指点，或者通过弱磁控制以及最大力矩控制等方式获得。
优选地，将α轴电压命令值、β轴电压命令值、反坐标变换后的q轴电流和反坐标变换后的d轴电流输入所述无位置传感器单元，以得到所述的第二转速。
下面，对本发明的方法进行示例性说明。
请参考图1，本发明一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，包括如下步骤：
1.通过霍尔组件单元检测电机转子的位置θ1，记录两次霍尔信号变化经历的时间间隔，计算电机转子转动速度ω1；
2.通过无位置传感器单元获得电机的转子转速估计值ω2，ω2通过位置推定单元获得电机转子位置估计值θ2
3.当电机转子转动速度ω1低于第一频率值时，通过速度选择单元选择霍尔检测的速度信号ω1作为反馈值ω，同时通过位置选择单元选择霍尔检测的位置信号θ1作为坐标变换和反坐标变换的角度信号。
4.当电机转子转动速度ω1不低于第一频率值时，通过速度选择单元选择无位置传感器单元输出的速度估计值ω2作为反馈值ω，同时通过位置选择单元选择ω2经过位置推定单元后输出的位置估计信号θ2作为坐标变换和反坐标变换的角度信号。
5.将给定转速ω*和反馈转速ω之差通过PI调节器1，获得电机q轴电流命令值Iq *；
6.通过电流检测单元获得电机三相电流检测值Iu、Iv、Iw,Iu、Iv、Iw通过反坐标变换单元获得d/q轴电流Id与Iq；
7.将Iq *与反馈的实际检测q轴电流Iq之差输入PI调节器2，PI调节器2的输出作为q轴电压命令值Vq,d轴电流命令值Id *通过Id *＝0指点，或者通过弱磁控制以及最大力矩控制等方式获得，Id *与反馈的实际检测d轴电流Id之差输入到PI调节器3，PI调节器3之输出作为d轴电压命令值Vd；
8.Vd与Vq通过坐标变换单元获得α轴电压命令值Vα和β轴电压命令值Vβ，Vα与Vβ再通过SVPWM控制单元获得IPM之6路互补的占空比可变之PWM波，用于控制IPM内部6只IGBT上下桥臂的导通时间，控制电机的运行。
在一个具体的实施例中，本发明通过霍尔组件单元检测电机转子的实际位置，低频率时采用霍尔检测到电机转子的位置，作为电机的实际位置，用于闭环控制电机的运行，高频率时，通过无位置传感器单元获得电机转子的实际位置，闭环控制电机高速运行，成功的解决了低频率运行时采用无位置传感器单元控制由于反电动势信号微弱造成的转子位置检测不准确，导致电机运行失步问题，同时解决了高频率运行时，如果继续采用霍尔位置传感器检测的电机转子位置作为电机的实际位置，控制电机运行，由于在60度电角度区间，电机转子实际位置依靠推算估计，与实际位置差距较大，造成电机转子位置估计不准确，造成电机控制失败的技术问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，包括：
根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速；
根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置；
当电机的实际转速低于第一预定值时，通过速度选择单元选定第一位置和第一转速作为电机转子的位置和转速，否则选定第二位置和第二转速作为电机转子的位置和转速，以闭环方式控制电机的运行。
2.根据权利要求1所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，根据霍尔传感器单元获得的电机转子的第一位置，并根据所述第一位置的变化计算电机转子的第一转速包括：
通过霍尔传感组件单元检测电机转子的第一位置，记录两次霍尔传感信号变化经历的时间间隔，从而得到第一转速。
3.根据权利要求1和2所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，根据无位置传感器单元获得的电机转子的第二转速，并根据所述第二转速得到电机转子的第二位置包括：
通过无位置传感器单元获得电机转子的第二转速，根据所述第二转速由位置推定单元获得第二位置。
4.根据权利要求1所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，以闭环方式控制电机的运行包括：
将给定转速及速度选择单元选定的速度的差作为第一PI调节器的输入；
将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的q轴电流与所述第一PI调节器的输出的q轴电流之差作为第二PI调节器的输入；
将通过电流检测单元检测流过IPM的三相电流进行反坐标变换后的d轴电流与d轴电流命令值之差作为第三PI调节器的输入；
将第二PI调节器的输出作为q轴电压命令值、第三PI调节器的输出作为d轴电压命令值通过坐标变换后得到α轴电压命令值和β轴电压命令值；
将α轴电压命令值和β轴电压命令值通过SVPWM控制单元获得IPM的六路互补的占空比可变的PWM波；
通过所述PWM波控制IPM内部六只IGBT上下桥臂的导通时间，以控制电机的运行。
5.根据权利要求4所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，所述d轴电流命令值通过Id *＝0指点，或者通过弱磁控制以及最大力矩控制等方式获得。
6.根据权利要求4所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，将α轴电压命令值、β轴电压命令值、反坐标变换后的q轴电流和反坐标变换后的d轴电流输入所述无位置传感器单元，以得到所述的第二转速。
7.根据权利要求4所述的基于永磁无刷直流电机的家用料理机控制方法，其特征在于，所述PWM可替换为正弦波或方波。
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