CN108134559A - 开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动*** - Google Patents

开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种伺服驱动***开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动***。其中伺服驱动***开关频率调节方法包括：检测伺服驱动***的功率模块的温度；若温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，控制开关频率在温度升高时减小，在温度降低时增大；若温度高于第二工作温度阈值，则控制开关频率保持在第一工作频率阈值运行；若温度低于第一工作温度阈值，则控制开关频率保持在第二工作频率阈值运行。本发明提供的技术方案能够降低功率模块的发热量，使伺服驱动器适应电机负荷大小及使用不同场合的变化，更加安全可靠地运行。

Description

开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动***
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种伺服驱动***开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动***。
背景技术
随着自动化生产技术的发展，伺服驱动器、变频器在自动化生产设备中的应用越来越广泛。伺服驱动器大多是采用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调制的形式进行控制的，它输出的电压是一系列的脉冲，脉冲的宽度大小取决于调制波和载波的交点，载波频率也就是开关频率。开关频率越高，一个正弦波周期内脉冲的个数就越多，电流波形的正弦性越好，平滑性也越好，谐波越小，但是对其他设备的干扰也就越大，另外随着开关频率的提高，功率模块的功率损耗增大，功率模块发热增加，过高的温度会降低电子器件的寿命，甚至会损坏器件。开关频率越低，一个正弦波周期内脉冲的个数就越少，电流波形的正弦性越差，平滑性也越差，谐波越大，使得伺服驱动器的各项性能也变差。如果开关频率设置的不好，电机就会发出难听的噪音。当伺服驱动器在使用时载波频率要求较高，而且环境温度亦要求较高的情况下，对功率模块是非常不利的。
在现有技术中，大部分伺服驱动***的开关频率在出厂时已经固定，是不可调节的，不同厂家不同功率等级选用的开关频率的具体值也是不同的，但随着伺服驱动器所带电机的负荷大小以及使用场合的变化，开关频率固定的伺服驱动器随着使用场合的变化，运行特性也会出现一定的变化，例如伺服驱动器内部功率模块的温度会出现变化，如果功率模块的温度过高，会降低其使用寿命，甚至会损坏器件，导致***安全性差。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种伺服驱动***开关频率调节方法、装置、存储介质及伺服驱动***，以解决开关频率无法适应温度变化而导致***安全性差的问题。
本发明一方面提供了一种伺服驱动***开关频率调节方法，包括：检测伺服驱动***的功率模块的温度；若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；若所述检测到的功率模块的温度高于所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
可选地，还包括通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小；所述驱动电路用于驱动所述功率模块。
可选地，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。
可选地，还包括：在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***开关频率调节装置，包括：温度检测单元，用于检测伺服驱动***的功率模块的温度；控制单元，用于：若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；若所述检测到的功率模块的温度高于预所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
可选地，还包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述功率模块；所述控制单元通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小。
可选地，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。
可选地，所述控制单元还用于：在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***，具有上述任一项所述的装置。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明的再一方面又提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明提供的技术方案通过检测功率模块的温度，来调节伺服驱动器逆变模块的开关频率，降低功率模块的发热量，使得伺服驱动器更能适应所带电机负荷大小以及使用不同场合的变化，能够更加安全、可靠、稳定、长期地运行。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的整体框架图；
图2是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的伺服驱动***的结构示意图；
图3是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的温度频率关系滞回特性曲线；
图4是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的一种优选实施例的工作流程图；
图5是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节装置的整体框架图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明一方面提供了一种伺服驱动***开关频率调节方法。图1是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的整体框架图。如图1所示，本发明伺服驱动***开关频率调节方法包括：步骤S110，检测伺服驱动***的功率模块的温度；步骤S120，若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；步骤S130，所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；若所述检测到的功率模块的温度高于所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
本发明提供的技术方案直接检测功率模块的温度，并根据检测的温度进行控制，这种直接检测的方式使控制数据的来源真实可靠；可通过贴在功率模块上的温度检测装置检测功率模块的温度，来在线调节伺服驱动器逆变模块的开关频率，从而降低功率模块的发热量，使得伺服驱动器更能适应所带电机负荷大小以及使用不同场合的变化，从而使得伺服驱动器能够更加安全、可靠、稳定、长期的运行；再有，当温度低于第一工作温度阈值或高于第二工作温度阈值时，要兼顾到控制***的性能，所以要稳定在某一频率，使***更加安全可靠。
图2是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的伺服驱动***的结构示意图。如图2所示，在伺服驱动器中，主控MCU芯片(如DSP芯片)通过控制6路PWM信号的频率来控制模块的驱动电路，从而来控制IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)内部6个IGBT模块的开通和关断，来实现直流电到交流电的转换，使得能精确地控制电机M的运行。通过贴在功率模块上的温度检测装置检测功率模块的温度，来在线调节伺服驱动器逆变模块的开关频率。
根据本发明伺服驱动***开关频率调节方法的一种实施方式，还包括通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小；所述驱动电路用于驱动所述功率模块。参见图2，主控MCU芯片(DSP芯片)通过降低6路PWM信号的频率，来降低伺服驱动器的开关频率，伺服驱动器内部功率模块的发热量降低；同理，主控MCU芯片(DSP芯片)通过提高6路PWM信号的频率，来提高伺服驱动器的开关频率，使得伺服驱动器电流波形的正弦性越好，平滑性越好，谐波越小。
图3是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的温度频率关系滞回特性曲线。在图3中，T1为伺服驱动器的第一工作温度阈值，T2为伺服驱动器的第二工作温度阈值，且T1小于T2；f1为伺服驱动器的第一工作频率阈值，f2为伺服驱动器的第二工作频率阈值，且f1小于f2；曲线1表示当功率模块的温度升高时开关频率随温度的变化关系，曲线2表示当功率模块的温度降低时开关频率随温度的变化关系。
一种情况是当功率模块的温度升高时，参见图3的曲线1，当贴在功率模块上的温度检测装置检测到模块上的温度t，高于设定的模块工作温度的下限值(第一工作温度阈值T1)时，主控MCU芯片(DSP芯片)通过降低6路PWM信号的频率，来降低伺服驱动器的的开关频率，使得开关频率f在大于f1小于f2的范围内向下调节，伺服驱动器内部功率模块的发热量降低，使得伺服驱动器能够稳定、可靠地运行；当温度t超过上限值(第二工作温度阈值T2)时，由于开关频率越低，一个正弦波周期内脉冲的个数就越少，电流波形的正弦性越差，平滑性也越差，谐波越大，使得伺服驱动器的各项性能也变差，所以当温度t超过上限值T2时，使开关频率f的值维持在伺服驱动器工作频率的下限值(第一工作频率阈值f1)稳定运行。
另一种情况是当功率模块的温度降低时，参见图3的曲线2，当贴在功率模块上的温度检测装置检测到模块上的温度t，低于设定的模块工作温度下限值T2时，主控MCU芯片(DSP芯片)通过提高6路PWM信号的频率，来提高伺服驱动器的的开关频率，使得开关频率f在大于f1小于f2的范围内向上调节运行，使得伺服驱动器电流波形的正弦性越好，平滑性越好，谐波越小；由于开关频率越高，一个正弦波周期内脉冲的个数就越多，电流波形的正弦性越好，平滑性也越好，谐波越小，但是对其他设备的干扰也就越大，另外随着开关频率的提高，功率模块的功率损耗增大，功率模块发热增加，过高的温度会降低电子器件的寿命，甚至会损坏器件，所以当温度t低于下限值T1时，使开关频率f的值维持在伺服驱动器工作频率的上限值(第二工作频率阈值f2)稳定运行。
如图3所示，根据本发明伺服驱动***开关频率调节方法的一种实施方式，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值的取值范围根据功率模块的具体工作温度和承受能力而定。可以根据厂家提供的或者实际测试的功率模块温度与其逆变单元开关频率的具体数据特性，构造温度频率关系滞回特性曲线，根据这个曲线来调节开关频率，以实现开关频率平滑的改变。
图4是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节方法的一种优选实施例的工作流程图。如图4所示，根据本发明伺服驱动***开关频率调节方法的一种实施方式，还包括：步骤S121，在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；步骤S122，根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；步骤S123，根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
可以根据厂家提供的或者以往实际测试的功率模块温度与其逆变单元开关频率的具体数据特性，制成数据对应的表格或者具体的函数对应关系，按照具体数据对应的表格或者具体的函数对应关系，根据功率模块的温度变化来调节其逆变单元的开关频率特性，使得伺服驱动器能够更加安全、可靠、长期、稳定的运行。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***开关频率调节装置。图5是本发明提供的伺服驱动***开关频率调节装置的整体框架图。如图5所示，本发明伺服驱动***开关频率调节装置包括：温度检测单元100，用于检测伺服驱动***的功率模块的温度；控制单元200，用于：若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；若所述检测到的功率模块的温度高于预所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
根据本发明伺服驱动***开关频率调节装置的一种实施方式，还包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述功率模块；所述控制单元通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小。
根据本发明伺服驱动***开关频率调节装置的一种实施方式，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。
根据本发明伺服驱动***开关频率调节装置的一种实施方式，所述控制单元200还用于：在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***，具有上述任一项所述的装置。
本发明的又一方面又提供了一种伺服驱动***，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明的再一方面又提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一所述方法的步骤。
本发明提供的技术方案通过检测功率模块的温度，来调节伺服驱动器逆变模块的开关频率，降低功率模块的发热量，使得伺服驱动器更能适应所带电机负荷大小以及使用不同场合的变化，能够更加安全、可靠、稳定、长期地运行。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种伺服驱动***开关频率调节方法，其特征在于，包括：
检测伺服驱动***的功率模块的温度；
若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；
若所述检测到的功率模块的温度高于所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小；所述驱动电路用于驱动所述功率模块。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；
根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；
根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
5.一种伺服驱动***开关频率调节装置，其特征在于，包括：
温度检测单元，用于检测伺服驱动***的功率模块的温度；
控制单元，用于：
若所述检测到的功率模块的温度高于预定的第一工作温度阈值且低于预定的第二工作温度阈值，则在预定的第一工作频率阈值和预定的第二工作频率阈值之间调节伺服驱动***的开关频率，且控制所述开关频率在所述温度升高时减小，在所述温度降低时增大；所述第一工作温度阈值小于所述第二工作温度阈值；所述第一工作频率阈值小于所述第二工作频率阈值；
若所述检测到的功率模块的温度高于预所述第二工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第一工作频率阈值运行；和/或，若所述检测到的功率模块的温度低于所述第一工作温度阈值，则控制所述开关频率保持在所述第二工作频率阈值运行。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述功率模块；所述控制单元通过调整发送给驱动电路的脉冲宽度调制信号的频率控制所述开关频率增加和/或减小。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括：所述第一工作频率阈值的取值范围为4kHz-6kHz；所述第二工作频率阈值的取值范围为15kHz-25kHz。
8.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制单元还用于：
在所述第一工作温度阈值和所述第二工作温度阈值之间预先选取一个以上温度设定值；
根据所述功率模块的温度和在该温度下控制的开关频率的对应关系预先制作控制数据表格，所述控制数据表格包括与所述第一工作温度阈值、所述第二工作温度阈值和所述一个以上温度设定值对应的开关频率；
根据所述制作的表格控制所述开关频率增加和/或减小。
9.一种伺服驱动***，其特征在于，具有如权利要求5-8中任一项所述的装置。
10.一种伺服驱动***，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
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