CN107681929A - 电机控制***、变频空调器 - Google Patents

电机控制***、变频空调器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电机控制***及变频空调器，电机控制***包括整流器、滤波电路、运算控制部、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机，运算控制部包括一个AD采用单元，通过AD采用单元对每一个电机的相电流信号进行分时采样，且与对每一个电机相电流进行采样对应的每一个三角波上升半周期或者下降半周期在时间上错开，以此避免了通过运算控制部的一个AD采样单元对多个电机的线电流进行采样时的冲突，顺利实现了对上述若干个电机的相电流基于一个AD采样单元的分时采样，以此实现了基于只有一个AD采样单元的低成本MCU对若干个电机的控制。

Description

电机控制***、变频空调器
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及电机控制***、变频空调器。
背景技术
为了应对机电产品节能要求，效率更高的永磁同步电机得到了越来越广泛的应用，而在家电产品中，如空调器和冰箱这些家电设备中，采用变频驱动的压缩机或者直流电机一般采用无传感器类型的永磁同步电机，在实际应用中，在一个家电产品中会用到两个或者两个以上的永磁同步电机，如变频空调器通常有一个基于永磁同步电机的压缩机以及一个以上的永磁同步电机的风机，MCU(Microcontroller Unit)控制上述永磁同步电机运行时，每个永磁同步电机需要一个独立的AD采样单元实现电机相电流采样，并通过计算以得到电机转子位置，并根据更新后的转子位置进一步计算输出新的电压矢量，控制电机连续运转。因此为实现同时控制上述多个永磁同步电机运行，MCU必须内部包含对应的多个AD采用单元，而AD采样单元通常电路复杂、成本较高，低成本MCU为了节约成本，通常只设置一个独立的AD采样单元，因此在针对低成本MCU实现对上述两个或者两个以上的永磁同步电机进行相电流采样时出现困难从而无法准确的控制上述多个永磁同步电机运行。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电机控制***、变频空调器，目的在于解决现有电机控制***中针对低成本的只设置一个AD采用单元的MCU无法正常实现对多个永磁同步电机的相电流进行采样的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种电机控制***，所述电机控制***包括整流器、滤波电路、运算控制部、电压采样部、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机；
所述整流器用于对交流输入电压进行全波整流，所述整流器的两输出端连接直流母线；
所述滤波电路、逆变器依次与所述直流母线并联，所述交流输入电压通过所述整流器、滤波电路处理后转换为直流母线电压，以为所述若干个逆变器工作提供电源；
每一个所述逆变器输出端连接每一个对应的所述电机；
所述电压采样部用于采样所述直流母线电压值并输入到所述运算控制部；
每一个所述电流采样部用于采样每一个对应的所述电机的相电流信号并输入到所述运算控制部；
所述运算控制部用于对每一个所述逆变器进行控制以驱动与每一个所述逆变器连接的每一个对应的所述电机运行；
所述运算控制部包括一个AD采用单元，通过所述AD采用单元对每一个所述电机的相电流信号进行分时采样，所述运算控制部根据采样的所述电机相电流信号、所述直流母线电压值以及所述电机的目标转速值生成脉冲宽度信号，所述运算控制部还同步生成与每一个所述电机对应的三角载波信号，并根据所述三角载波信号和所述脉冲宽度信号生成PWM控制信号到所述逆变器，以驱动对应的每一个所述电机运行；
其中，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样，且与采样每一个所述电机的相电流对应的所有所述三角载波信号的半周期在时间上相互错开。
优选的，当所述电机为两个时，所述对两个电机的相电流进行采样对应的两个三角载波信号的频率比值为1：N，其中N≥1。
优选的，所述N取值范围为1≤N≤5。
优选的，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率相同，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在其中一个所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个所述电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期对应的另外一个所述三角载波信号的周期中的下降半周期内对另外一个所述电机的相电流信号进行采样。
优选的，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期内的下降半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的上升半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
优选的，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期内的下降半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的下降半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
优选的，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的下降半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述下降半周期所在的周期内的上升半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的上升半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
优选的，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的下降半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述下降半周期所在的周期内的上升半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的下降半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
优选的，当所述电机为三个时，所述对三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：M1：M2，其中M1≥2，M2≥2。
优选的，所述M1取值范围优选为1≤M1≤5，所述M2取值范围为1≤M2≤5。
优选的，所述运算控制部包括：
位置/速度估计模块，用于对电机的转子位置进行估计以获得电机的转子角度估计值和电机速度估计值；
Q轴给定电流值计算模块，用于根据电机目标转速值、电机速度估计值计算Q轴给定电流值；
D轴给定电流值计算模块，用于根据逆变器的最大输出电压和逆变器的输出电压幅值计算D轴给定电流值；
电流控制模块，用于根据所述Q轴给定电流值、所述D轴给定电流值、所述电机速度估计值、所述直流母线电压值以及对电机采样的相电流值进行计算生成所述脉冲宽度信号，并根据所述三角载波信号和所述脉冲宽度信号生成所述PWM控制信号到所述逆变器，以驱动所述电机运行。
优选的，所述电机控制***还包括PFC电路，所述PFC电路与所述直流母线并联，所述PFC电路的输入端连接所述整流器，输出端连接所述滤波电路，以对所述整流器输出脉动直流电进行功率因素校正。
为实现上述目的，本发明还提供一种变频空调器，包括所述的电机控制***。
本发明提供的压缩机控制***，由包括整流器、滤波电路、运算控制部、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机组成，运算控制部用于对上述每一个逆变器进行控制以驱动与上述每一个逆变器对应连接的电机运行，运算控制部包括一个AD采用单元，通过AD采用单元对每一个电机的相电流信号进行分时采样，运算控制部根据采样的电机相电流信号、直流母线电压值以及对应的电机的目标转速值生成脉冲宽度信号，运算控制部还同步生成与每一个电机对应的三角载波信号，并根据三角载波信号和脉冲宽度信号生成PWM控制信号到逆变器，以驱动对应的每一个电机运行，其中运算控制部在三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内通过AD采样单元分时对每一个电机的相电流信号进行采样，且与对每一个电机相电流进行采样对应的所有三角波信号的半周期即上升半周期或者下降半周期在时间上相互错开，以此避免了通过运算控制部的一个AD采样单元对多个电机的线电流进行采样时的冲突，顺利实现了对上述若干个电机的相电流基于一个AD采样单元的分时采样，以此实现了基于只有一个AD采样单元的低成本MCU对若干个电机的控制。
附图说明
图1为本发明电机控制***第一实施例的电路结构示意图；
图2为本发明电机控制***第一实施例的PWM信号的正弦波调制波形示意图；
图3为本发明电机控制***第一实施例的PWM信号与等腰三角形载波信号的对应关系示意图；
图4为本发明电机控制***第一实施例中对两个电机相电流进行采样时频率比值为1：1的两个三角载波信号波形示意图；
图5为本发明电机控制***第二实施例中对两个电机相电流进行采样时频率比值为1：2的两个三角载波信号波形示意图；
图6为本发明电机控制***第三实施例中对三个电机相电流进行采样时频率比值为1：2：2的三个三角载波信号波形示意图；
图7为本发明电机控制***第三实施例中对三个电机相电流进行采样时频率比值为1：2：3的三个三角载波信号波形示意图；
图8为本发明电机控制***第三实施例的运算控制部功能模块示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1，图1为本发明第一实施例提供的电机控制***电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
电机控制***包括整流器2、滤波电路6、运算控制部5、电压采样部10、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机，本实施例中的逆变器个数为两个并对应分别驱动两个电机，分别为逆变器4和逆变器8，以及电机7和电机9。
整流器2对交流电源1的交流输入电压进行全波整流，整流器2的两输出端连接直流母线，这里整流器2可以由整流桥堆构成，其内部为D1-D4四个整流二极管构成全桥整流电路。
滤波电路6、逆变器4和逆变器8依次与直流母线并联，交流输入电压通过整流器2、滤波电路6处理后转换为直流母线电压，以为逆变器4和逆变器8提供电源，滤波电路主要由第一电容C3构成，对整流器输出的脉动直流电进行滤波。
电压采样部10用于采样直流母线电压值并输入到运算控制部5，这里电压采样部10可基于分压电阻构成的简单电压采样电路；
电流采样部11和电流采样部12用于采样每一个对应的电机7和电机9的相电流信号并输入到运算控制部5；
逆变器4输出端连接电机7，逆变器8输出端连接电机9，运算控制部5对逆变器4和逆变器8同时进行控制以驱动电机7和电机9运行，其中逆变器4和逆变器8都分别由驱动电路以及六个自带续流二极管的开关管S1-S6和S7-S12构成，运算控制部5输出两路的三相PWM控制信号到逆变器4和逆变器12的驱动电路，驱动电路根据三相PWM控制信号驱动六个开关管S1-S6和S7-S12工作，输出三相电流驱动电机7和电机9运行，这里逆变器4和逆变器8可由IPM模块(智能功率模块)构成。
运算控制部5用于对上述每一个逆变器进行控制以驱动与上述每一个逆变器对应连接的电机运行，运算控制部5包括一个AD采用单元，通过AD采用单元对每一个电机的相电流信号进行分时采样，运算控制部5根据采样的电机相电流信号、直流母线电压值以及对应的电机的目标转速值生成脉冲宽度信号，运算控制部5还同步生成与每一个电机对应的三角载波信号，这里的三角载波信号由运算控制部5内部的定时器产生，即生成每个三角载波的定时器同步计时，因此三角载波信号的起始时刻一致，并根据三角载波信号和脉冲宽度信号生成PWM控制信号到逆变器，以驱动对应的每一个电机运行，如图1中运算控制部5分别对电机7的相电流Iu1、Iv1、Iw1信号和电机9的相电流Iu2、Iv2、Iw2信号进行分时采样，最后根据采样到的上述相电流信号、直流母线电压值以及上述两个电机的目标转速值ωref(这里的ωref包括两个电机的目标转速值)生成脉冲宽度信号Du1Dv1Dw1和Du2Dv2Dw2，最后基于每个电机对应的三角载波信号与上述脉冲宽度信号生成分别包含上述脉冲宽度信号的两个PWM控制信号去通过逆变器4和逆变器8分别控制上述两个电机运行。
其中运算控制部5在每一个三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过AD采样单元分时对对应的每一个电机的相电流信号进行采样，且与采样每一个电机的相电流对应的所有三角载波信号的半周期在时间上相互错开。
这里的电机可以是永磁同步电机，如变频空调器、变频冰箱用的压缩机或者直流电机一般为永磁同步电机，
具体的，运算控制部5对其中的一个电机7进行控制时，是根据采集的电机7的相电流信号，同时通过进一步获取整流器2输出的直流母线电压值以及电机7的目标转速指令，经过计算，最后输出六路PWM控制信号到逆变器4，其PWM控制信号在宏观上基于正弦波调制原理，如图2所示，通过等腰三角载波S2利用正弦波电压信号S3进行调制最后得到其中一路的PWM控制信号波形如S1所示，其PWM的周期T一般设置为100us-250us，最后通过逆变器4驱动电机7，由于电机绕组的电感特性，最后在电机7的三个绕组上形成正弦波形如图2中的虚线部分波形S4所示。
由于PWM的频率很高，在运算控制部5实际进行脉宽计算并最后生成PWM控制信号时，其实际基于电压空间矢量脉宽调整原理(SVPWM)实现，即通过计算生成的脉冲宽度信号，并通过运算控制部5内部的定时器产生连续的三角载波信号，并将上述脉冲宽度信号与三角载波信号进行比较的方式最终输出PWM控制信号，其PWM控制信号共有六路，分别控制逆变器4的S1-S6六个开关管工作，最后逆变器4输出三相驱动信号到电机7实现对电机7的驱动运行。
运算控制部5对另一个的一个电机9的控制与电机7相同，在此不再赘述。
如图3所示，运算控制部5针对其中一个电机7进行控制时，其运算控制部5内部的定时器产生的三角载波信号波形示意图如S6所示，其脉冲宽度信号如图中的Du1、Du2、Du3所示，其实际软件生成PWM控制信号波形是将此脉冲宽度信号值送入比较寄存器，最后通过比较寄存器基于三角载波S6即可生成其中一路PWM控制信号如S5所示，其中每一个三角载波周期对应其中一个PWM控制信号周期。其中S6为的三角载波信号中每个三角形为等腰三角形，其每一个等腰三角形的波峰与在此等腰三角形载波周期内的PWM控制信号的有效脉冲宽度的中间时刻相同，如图中第一个等腰三角形的波峰对应第一个PWM脉冲波形的有效脉冲宽度即图中的a-c时刻的中点b时刻位置。通过不同的脉冲宽度信号最终生成不同的有效脉冲宽度不同的PWM控制信号。其中六路此PWM控制信号加入到逆变器4的六个开关管并控制电机7时最终构成三个空间相互差120°角的向量，最终合成随时间变化的电压矢量信号，且此电压矢量信号幅值恒定，按照正弦波相同的频率旋转，使得电机7在此电压矢量信号控制下实现运转。
当运算控制部5需要控制若干个即两个或者两个以上的逆变器以驱动若干个电机时，由于运算控制部5内部只有一个AD采用单元，因此在同一个时刻只能实现对一个电机的相电流信号进行采样，因而在宏观上实现对上述若干个电机的控制，在微观上采用分时采样的原则，即分时采样上述若干电机的相电流，而由于运算控制部5是根据其内部生产的三角载波信号和脉冲宽度信号生成PWM控制信号到逆变器以驱动对应的电机运行，当电机为若干个时，运算控制部5内部也需通过定时器生成若干个三角载波信号，并根据每个电机对应的脉宽信号最后生成PWM控制信号到对应的逆变器，最终实现驱动上述若干个电机的运行，而在具体对电机的相电流进行采样时，是在三角载波周期内的上升或者下降部分对应的PWM有效脉宽的上升沿或者下降沿进行采样，进而在其三角载波的波峰时刻或者波谷时刻对应的时刻进行计算以最终得到脉冲宽度信号，并根据此脉冲宽度信号与三角载波信号生成PWM控制信号在下一个PWM控制周期进行更新，由于对电机的相电流采样是在三角载波周期内的上升或者下降部分对应的PWM有效脉宽的上升沿或者下降沿进行采样的，而PWM的有效脉宽根据脉冲宽度信号的不同而不同，因此其上升沿或者下降沿的位置时刻是不固定的，当电机数量为若干个时，这里的若干个电机的对应的PWM有效脉宽的上述沿或者下降沿在时间上完全可能存在相同的时候，因此在采样时刻上会存在冲突，因此，如何保证各个电机对应的相电流采样时刻不相冲突是本发明实施例需要解决的问题。
为解决上述问题，本发明实施例的电机控制***中，其运算控制部5在对每一个电机相电流进行采样对应的每一个三角波上升半周期或者下降半周期保证在时间上错开，以实现对每一个电机的先线电流通过AD采样单元进行采样时互不干涉。
具体的，以运算控制部5控制两个电机为例，对两个电机的相电流进行采样对应的两个三角载波信号的频率比值为1：N，且两个三角载波信号对应的定时器同步计时，其中N≥1，优选的，N取值范围优选为1≤N≤5，当N＝1时，即对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率相同，如图4所示，设此时对其中一个电机7相电流进行采样对应的三角载波信号为S7，对另一个电机9相电流进行采样对应的三角载波信号为S8，二者同步计时即计时的起始0时刻相同，此时在三角载波信号S7的上升半周期内即0-a时刻内对其中电机7的相电流进行采样，而在与上述S7中上述半周期所在的周期中对应三角载波信号S8的下降半周期内，即a-b时刻内对电机9的相电流进行采样，具体针对图3所示的三角载波与PWM控制信号波形对应示意图中，如果是在三角载波S7的上升半周期内则是在PWM控制信号有效脉宽的上升沿采样电机7的相电流信号，而在三角载波S8的下降半周期内则是在另一PWM控制信号有效脉宽的下降沿采样电机9的相电流信号，而其中PWM有效脉宽的上升沿或者下降沿的具体时刻取决于PWM控制信号对应的脉冲宽度，因此通过设置对上述两个电机的相电流采样分别对应两个三角载波信号的上升半周期和者下降半周期能完全避免这两个电机进行采样时刻由于相同而引起的冲突，最终实现分时采样的目的，达到通过一个AD采样单元实现对上述两个电机的相电流进行准确的分时采样的目的，以此最终生成PWM控制信号实现对这两个电机运行实现准确的同时控制。例如如果二者都是在三角载波的上升半周内采样，当二者的有效脉宽相同时则两个采样时刻是相同的，由于运算控制部5只有一个AD采样单元，因此出现采样时刻的冲突无法实现分时采样。当然在对上述电机7和电机9的相电流进行采样时，也可以是在三角载波信号S7的下降半周期内即a-b时刻内对电机7的相电流进行采样，而在三角载波信号S8的下降半周期内即0-a时刻内对电机9的相电流进行采样，只要二者是处于三角载波信号不同的半周期即可。
本发明实施例的电机控制***，由包括整流器2、滤波电路6、运算控制部5、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机组成，运算控制部5用于对上述每一个逆变器进行控制以驱动与上述每一个逆变器对应连接的电机运行，运算控制部5包括一个AD采用单元，通过AD采用单元对每一个电机的相电流信号进行分时采样，运算控制部5根据采样的电机相电流信号、直流母线电压值以及对应的电机的目标转速值生成脉冲宽度信号，运算控制部5还同步生成与每一个电机对应的三角载波信号，并根据三角载波信号和脉冲宽度信号生成PWM控制信号到逆变器，以驱动对应的每一个电机运行，其中运算控制部5在三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内通过AD采样单元分时对每一个电机的相电流信号进行采样，且与对每一个电机相电流进行采样对应的所有三角载波信号的半周期即上升半周期或者下降半周期在时间上相互错开，以此避免了通过运算控制部5的一个AD采样单元对多个电机的线电流进行采样时的冲突，顺利实现了对上述若干个电机的相电流基于一个AD采样单元的分时采样，以此实现了基于只有一个AD采样单元的低成本MCU对若干个电机的控制。
进一步的，做为本发明提供的电机控制***的第二实施例，基于本发明的电机控制***的第一实施例，在本实施例的电机控制***中，对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，此时运算控制部在每一个三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过AD采样单元分时对对应的每一个电机的相电流信号进行采样包括：
运算控制部5在频率小的三角载波信号的上升半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在上述上升半周期所在的周期内的下降半周期内对应的频率大的三角载波信号的周期中的上升半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
具体的，如图5所示，设此时对其中一个电机7相电流进行采样对应的三角载波信号为S9，对另一个电机9相电流进行采样对应的三角载波信号为S10，二者同步计时即计时的起始0时刻相同，其中S10的频率是S9的两倍，此时可在频率小的三角载波信号S9的上升半周期内即0-b时刻对电机7的相电流信号进行采样，而在此频率小的三角载波信号S9的下降半周期内即b-d时刻内对应的频率大的三角载波信号S10的上升半周期内即b-c时刻内对另外一个电机9的相电流信号进行采样，由于对频率大的三角载波信号S10的采样处于对应的频率小的三角载波信号S9的下降半周期内，因此二者采样时间相互错开，且采样的时刻不会冲突。
或者，除了上述采样方式，也可以为在频率小的三角载波信号S9的上升半周期内即0-b时刻对电机7的相电流信号进行采样，而在此频率小的三角载波信号S9的下降半周期内即b-d时刻内对应的频率大的三角载波信号S10的下降半周期内即c-d时刻内对另外一个电机9的相电流信号进行采样，同样二者的采样时间相互错开，且采样的时刻不会冲突。
或者，除了上述采样方式，也可以为在频率小的三角载波信号S9的下降半周期内即b-d时刻对电机7的相电流信号进行采样，而在此频率小的三角载波信号S9的上升半周期内即0-b时刻内对应的频率大的三角载波信号S10的上升半周期内即0-a时刻内对另外一个电机9的相电流信号进行采样，同样二者的采样时间相互错开，且采样的时刻不会冲突。
或者，除了上述采样方式，也可以为在频率小的三角载波信号S9的下降半周期内即b-d时刻对电机7的相电流信号进行采样，而在此频率小的三角载波信号S9的上升半周期内即0-b时刻内对应的频率大的三角载波信号S10的下降半周期内即a-b时刻内对另外一个电机9的相电流信号进行采样，同样二者的采样时间相互错开，且采样的时刻不会冲突。
通过上述对两个三角载波信号频率比值为1:2的采样时刻的设置，实现了二者对两个电机相电流采样时刻上的错开，而且采样的时刻不会冲突，以此实现了基于一个AD采样单元的MCU能同时对两个电机进行控制。
上述是针对两个三角载波信号频率比值为1:2的情况，当N为大于2的其他值如当着两个三角载波信号频率比值为1:3时，由于其一个频率小的三角载波信号周期为频率高的另外一个的三倍，因此，二者在采样时更加容易相互错开，例如可以是在频率小的三角载波的上升半周期内对其中一个电机相电流进行采样，而在此频率小的三角载波的下降半周期内对对应的另外一个三角载波的上升或者下降半周期内对另一个电机相电流进行采样，即可实现二者采样的错开并避免采样的冲突。
进一步的，做为本发明提供的电机控制***的第三实施例，基于本发明的电机控制***的第一实施例，在本实施例的电机控制***中，当控制的电机为3个时，对三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：M1：M2，且三个三角载波信号对应的定时器同步计时，其中M1≥2，M2≥2，这里M1取值范围优选为2≤M1≤5，M2取值范围优选为2≤M2≤5。
这里针对三个电机控制***，其控制电路针对图1的两个电机的电机控制***基础上再增加一个逆变器和电机即可，即再增加一个即第三个逆变器与直流母线并联，并逆变器输出的连接增加的第三个电机即可实现，运算控制部再多增加一路PWM控制信号到上述的第三个逆变器，并再增加一个电流采用部对第三个电机的相电流进行采样输入到运算控制部。
具体的，当M1和M2都为2即对三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：2：2时，如图6所示设其中对第一个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S11，对第二个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S12，对第三个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S13，S11、S12和S13所对应的三角载波信号的频率比值为1：2：2，在对这三个电机的相电流进行采样时，具体可以是在频率最小的三角载波信号S11的上升半周期内即0-b时刻对第一个电机相电流进行采样，而在此S11的下降半周期内即b-d时刻内对应的频率大的三角载波信号S12的上升半周期内即b-c时刻对第二个电机相电流进行采样，最后在此S11的下降半周期内即b-d时刻内对应的频率大的三角载波信号S13的下降半周期内即c-d时刻对第三个电机相电流进行采样即可实现三者采样时间上完全错开，采样时刻不会冲突。
在三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：2：2时除了上述提到的采样时间的设置方式，还可以有其他的设置方式，如在频率最小的三角载波信号S11的下降半周期内即b-d时刻对第一个电机相电流进行采样，而在此S11的上升半周期内即0-b时刻内对应的频率大的三角载波信号S12的上升半周期内即0-a时刻对第二个电机相电流进行采样，最后在此S11的上升半周期内即0-b时刻内对应的频率大的三角载波信号S13的下降半周期内即a-b时刻对第三个电机相电流进行采样即可实现三者采样时间上完全错开，采样时刻不会冲突。
而当M1为2和M2为3即对三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：2：3时，如图7所示设其中对第一个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S14，对第二个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S15，对第三个电机相电流进行采样对应的三角载波信号为S16，S14、S15和S16所对应的三角载波信号的频率比值为1：2：3，在对这三个电机的相电流进行采样时，具体可以是在频率最小的三角载波信号S14的上升半周期内即0-b1时刻对第一个电机相电流进行采样，而在此S14的下降半周期内即b1-d1时刻内对应的频率偏大的三角载波信号S15的上升半周期内即b1-c1时刻对第二个电机相电流进行采样，最后在S15的下降半周期内即c1-d1时刻内对应的频率最大的三角载波信号S16的下降半周期内即d2-d1时刻对第三个电机相电流进行采样即可实现三者采样时间上完全错开，采样时刻不会冲突。相对上述三个三角载波信号的频率比值为1：2：2的情形，第三个三角载波的频率高因此其周期更小，在采样时间设置上更加容易错开，以实现采样时刻不冲突。当然还可以有其他的采用时间设置方式，从图7中易得出。
进一步的，做为本发明提供的电机控制***的第四实施例，基于本发明的电机控制***的第一实施例，如图8所示，本实施例的电机控制***的运算控制部5还包括：
位置/速度估计模块51，用于对电机的转子位置进行估计以获得电机7的转子角度估计值θest和电机速度估计值ωest；
Q轴给定电流值Iqref计算模块52，用于根据电机目标转速值ωref、电机速度估计值ωest计算Q轴给定电流值Iqref；
D轴给定电流值Idref计算模块53，用于根据逆变器4的最大输出电压Vmax和逆变器4的输出电压幅值V1计算D轴给定电流值Idref；
电流控制模块54，用于根据Q轴给定电流值Iqref、D轴给定电流值Idref、电机速度估计值ωest、直流母线电压值Vdc以及对电机7采样的相电流值Iu、Iv、Iw进行计算得到脉冲宽度信号，并根据上述三角载波信号和脉冲宽度信号生成PWM控制信号到逆变器4，以驱动所述电机7运行。
值得说明的是，上述的各个模块只针对其中运算控制部5控制的其中一个电机以图1中的电机7为例进行说明，针对其他电机如电机9的各个模块与之功能相同，在此不再重复说明。
具体的，本发明实施例中的电机7可为无位置传感器的电机，位置/速度估计模块51确定电机7的转子角度估计值θest和电机速度估计值ωest时，可通过磁链观测法实现上述功能，具体而言，首先可根据两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ和电流Iα、Iβ计算压缩机电机在两相静止坐标系α和β轴方向上有效磁通的估计值，具体根据以下公式(1)计算如下：
其中，和分别为电机在α和β轴方向上有效磁通的估计值，Vα和Vβ分别为α和β轴方向上的电压，Iα和Iβ分别为α和β轴方向上的电流，R为定子电阻，Lq为电机的q轴磁链。
然后，根据下述公式(2)计算压缩机电机的转子角度估计值θest和电机实际转速值值ωest：
其中，Kp_pll和Ki_pll分别为比例积分参数，θerr为偏差角度估计值，ωf为速度低通滤波器的带宽。
具体的，Q轴给定电流值计算模块52包括叠加单元和PI调节器。其中，叠加单元用于电机目标转速值ωref与电机速度估计值ωest之差进行计算，PI调节器用于根据上述叠加单元输出的电机目标转速值ωref与电机速度估计值ωest之差进行PI调节以输出Q轴给定电流值Iqref。
具体的，D轴给定电流值计算模块53包括弱磁控制器和限幅单元，其中，弱磁控制器用于对逆变器的最大输出电压Vmax与逆变器的输出电压幅值V1进行计算以获得D轴给定电流值初始值Id0，限幅单元用于对D轴给定电流值初始值Id0进行限幅处理以获得D轴给定电流值Idref。
在本发明的实施例中，弱磁控制器可根据以下公式(3)计算D轴给定电流值初始值Id0：
其中，Id0为D轴给定电流值初始值，Ki为积分控制系数， V1为逆变器的输出电压幅值，vd为D轴电压，vq为Q轴电压，Vmax为逆变器4的最大输出电压，Vdc为整流器2输出的直流母线电压。
在本发明的实施例中，限幅单元根据以下公式(4)获得D轴给定电流值：
其中，Idref为D轴给定电流值，Idemag为电机退磁电流限制值。
具体的，电流控制模块54的具体计算如下：
根据对电机7采样获得U、V、W三相电流值Iu、Iv、Iw，并通过三相静止-两相静止坐标转换单元进行Clark变换，基于下述公式(5)，得到电机在两相静止坐标系α和β轴方向上的电流Iα和Iβ
Iα＝Iu
再根据转子角度估计值θest通过了通过两相静止-两相旋转坐标转换单元进行Park变换，通过下述公式(6)计算得到两相旋转坐标系下的d轴和q轴的实际电流值Iq、Id。
Id＝Iαcosθest+Iβsinθest
Iq＝-Iαsinθest+Iβcosθest (6)
进一步的，电流控制模块54可根据以下公式(7)计算Q轴给定电压值和D轴给定电压值：
Vd＝Vd0－ωLqIq
Vq＝Vq0+ωLdId+ωKe (7)
其中，Vq为Q轴给定电压值，Vd为D轴给定电压值，Iqref为Q轴给定电流值、Idref为D轴给定电流值，Iq为Q轴实际电流，Id为D轴实际电流，Kpd和Kid分别为D轴电流控制比例增益与积分增益，Kpq和Kiq分别为Q轴电流控制比例增益与积分增益，ω为电机转速，Ke为电机反电势系数，Ld和Lq分别为D轴和Q轴电感，表示x(τ)在时间上的积分。
在获取到Q轴给定电压值Vq和D轴给定电压值Vd后，可根据电机转子角度估计值θest对Vq和Vd通过两相旋转-两相静止坐标转换单元进行Park逆变换，得到固定坐标系上的电压值Vα和Vβ，具体变换公式(8)如下：
其中，θ为电机转子角度，在此可取上述的转子角度估计值θest。
进一步地，可根据固定坐标系上的电压值Vα和Vβ通过两相静止-三相静止坐标转换单元进行Clark逆变换，得到三相电压Vu、Vv和Vw，具体变换公式(9)如下：
Vu＝Vα
然后占空比计算单元可根据直流母线电压Vdc和三相电压Vu、Vv和Vw进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比Du、Dv和Dw，具体计算公式(10)如下：
Du＝(Vu+0.5Vdc)/Vdc
Dv＝(Vv+0.5Vdc)/Vdc
Dw＝(Vw+0.5Vdc)/Vdc (10)
其中，Vdc为直流母线电压。
这里的三相占空比信号即包含了三路脉冲宽度信号，如图3中其中一相占空比Du在不同时刻对应的Du1、Du2、Du3占空比信号，最后再通过运算控制部内部的定时器产生的三角载波信号生成对应的三路PWM控制信号到逆变器的上桥臂三路开关管，而下桥臂的三路控制信号与与之对应互补的三路PWM控制信号，因此这里的三相占空比信号实际包含了六路PWM控制信号，最后根据三相占空比Du、Dv、Dw对应的六路PWM控制信号对逆变器4的六路开关管进行控制，以实现对电机7的驱动运行。
本实施例的电机控制***的运算控制部5通过上述位置/速度估计模块51、Q轴给定电流值Iqref计算模块52、D轴给定电流值Idref计算模块53和电流控制模块54实现了在对电机7的相电流信号Iu、Iv、Iw采样后的计算，最后输出基于三相占空比信号Du、Dv、Dw的六路PWM信号到逆变器4，实现了对电机7的驱动正常运行。
进一步的，做为本发明提供的电机控制***的第五实施例，基于本发明的电机控制***的第四实施例，如图1所示，还包括PFC电路3，与整流器2输出的直流母线并联，输入端连接整流器2，输出端连接滤波电路6，以对整流器2输出脉动直流电进行功率因素校正。PFC电路3包括与整流器输2出端串联的电抗器L，还可以包括第二电容C1、二极管D5和开关管S7，电抗器L的第一端连接整流器的正极输出端，电抗器L第二端连接二极管D5阳极，第二电容C1并联于电抗器L第一端和二极管阴极端，开关管S7的集电极连接二极管D5的阳极，开关管S7的发射极接直流母线地线端，开关管S7的控制部5连接，控制部5输出控制信号控制开关管S7的开关状态，以控制PFC电路3工作，实现对整流器2输出脉动直流电进行功率因素校正。
本发明还提供一种变频空调器，变频空调器包括室内机部分和室外机部分，其中室外机控制器和/或者室内机控制器可包括本发明第一实施例所述的电机控制***，针对室内机风机为两个室内机控制器，电机控制***的电机7和电机9分别为室内的两个直流风机，而针对是室外机控制器，电机控制***的电机7为室外直流风机，电机9为基于永磁同步电机的压缩机，基于本发明实施例的电机控制***实现了只包含一个AD采样单元的低成本的MCU对变频空调器上述电机负载的控制运行，
在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上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等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种电机控制***，其特征在于，所述电机控制***包括整流器、滤波电路、运算控制部、电压采样部、若干个逆变器、以及与所述若干个逆变器对应连接的电流采样部和电机；
所述整流器用于对交流输入电压进行全波整流，所述整流器的两输出端连接直流母线；
所述滤波电路、逆变器依次与所述直流母线并联，所述交流输入电压通过所述整流器、滤波电路处理后转换为直流母线电压，以为所述若干个逆变器工作提供电源；
每一个所述逆变器输出端连接每一个对应的所述电机；
所述电压采样部用于采样所述直流母线电压值并输入到所述运算控制部；
每一个所述电流采样部用于采样每一个对应的所述电机的相电流信号并输入到所述运算控制部；
所述运算控制部用于对每一个所述逆变器进行控制以驱动与每一个所述逆变器连接的每一个对应的所述电机运行；
所述运算控制部包括一个AD采用单元，通过所述AD采用单元对每一个所述电机的相电流信号进行分时采样，所述运算控制部根据采样的所述电机相电流信号、所述直流母线电压值以及所述电机的目标转速值生成脉冲宽度信号，所述运算控制部还同步生成与每一个所述电机对应的三角载波信号，并根据所述三角载波信号和所述脉冲宽度信号生成PWM控制信号到所述逆变器，以驱动对应的每一个所述电机运行；
其中，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样，且与采样每一个所述电机的相电流对应的所有所述三角载波信号的半周期在时间上相互错开。
2.如权利要求1所述的电机控制***，其特征在于，当所述电机为两个时，所述对两个电机的相电流进行采样对应的两个三角载波信号的频率比值为1：N，其中N≥1。
3.如权利要求2所述的电机控制***，其特征在于，所述N取值范围为1≤N≤5。
4.如权利要求3所述的电机控制***，其特征在于，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率相同，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在其中一个所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个所述电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期对应的另外一个所述三角载波信号的周期中的下降半周期内对另外一个所述电机的相电流信号进行采样。
5.如权利要求3所述的电机控制***，其特征在于，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期内的下降半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的上升半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
6.如权利要求3所述的电机控制***，其特征在于，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的上升半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述上升半周期所在的周期内的下降半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的下降半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
7.如权利要求3所述的电机控制***，其特征在于，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的下降半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述下降半周期所在的周期内的上升半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的上升半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
8.如权利要求3所述的电机控制***，其特征在于，所述对两个电机的相电流进行采样对应的三角载波信号的频率比值为1：2，所述运算控制部在每一个所述三角载波信号的上升半周期内或者下降半周期内，通过所述AD采样单元分时对对应的每一个所述电机的相电流信号进行采样包括：
所述运算控制部在频率小的所述三角载波信号的下降半周期内对其中一个电机的相电流信号进行采样，在所述下降半周期所在的周期内的上升半周期内对应的频率大的所述三角载波信号的周期内的下降半周期内对另外一个电机的相电流信号进行采样。
9.如权利要求1所述的电机控制***，其特征在于，当所述电机为三个时，所述对三个电机的相电流进行采样对应的三个三角载波信号的频率比值为1：M1：M2，其中M1≥2，M2≥2。
10.如权利要求9所述的电机控制***，其特征在于，所述M1取值范围为2≤M1≤5，所述M2取值范围为2≤M2≤5。
11.如权利要求1所述的电机控制***，其特征在于，所述运算控制部包括：
位置/速度估计模块，用于对电机的转子位置进行估计以获得电机的转子角度估计值和电机速度估计值；
Q轴给定电流值计算模块，用于根据电机目标转速值、电机速度估计值计算Q轴给定电流值；
D轴给定电流值计算模块，用于根据逆变器的最大输出电压和逆变器的输出电压幅值计算D轴给定电流值；
电流控制模块，用于根据所述Q轴给定电流值、所述D轴给定电流值、所述电机速度估计值、所述直流母线电压值以及对电机采样的相电流值进行计算生成所述脉冲宽度信号，并根据所述三角载波信号和所述脉冲宽度信号生成所述PWM控制信号到所述逆变器，以驱动所述电机运行。
12.如权利要求11所述的电机控制***，其特征在于，所述电机控制***还包括PFC电路，所述PFC电路与所述直流母线并联，所述PFC电路的输入端连接所述整流器，输出端连接所述滤波电路，以对所述整流器输出脉动直流电进行功率因素校正。
13.一种变频空调器，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的电机控制***。
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