CN110247588B - 一种霍尔电机的单脉冲控制方法及*** - Google Patents

一种霍尔电机的单脉冲控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及无刷直流电机技术领域，尤其涉及一种霍尔电机的单脉冲控制方法及***，所述方法包括步骤：S1.检测电机的霍尔电平信号并确定电机转子的位置；S2.给予电机激励信号启动电机；S3.根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相而驱动电机。所述***设置微控制器检测霍尔传感器的电平信号变化确定换相周期，在一个换相周期内只产生一个用于驱动电机的脉冲激励信号，不会产生过多的电磁扰干，使得产品能够过EMC验证，可以让产品在对电磁干扰要求较高的环境中使用；微控制器通过调节单脉冲激励信号的占空比可以实现保持电机的实际转速与设定转速相一致；且根据电机的不同，微控制器还能够做提前或者延后换相处理，提高电机的工作效率。

Description

一种霍尔电机的单脉冲控制方法及***
技术领域
本发明涉及无刷直流电机技术领域，尤其涉及一种霍尔电机的单脉冲控制方法及***。
背景技术
直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。而直流电机又包括无刷直流电机和有刷直流电机，有刷直流电机采用机械的电刷和换向器对绕组中的电流进行换向。
如图1所示，无刷直流电机采用电子方式对绕组电流换向，主要是通过霍尔位置传感器探测转子旋转磁场的位置，通过逻辑与驱动电路，给相应的绕组激励。现有控制电机运转多采用多脉冲的方法即在一个电周期内给多个脉冲进行驱动，但这种做法容易产生电磁干扰，可能会导致产品不能通过EMC验证。
发明内容
本发明提供一种霍尔电机的单脉冲控制方法及***，解决的技术问题是，现有无刷直流电机采用多脉冲驱动电机的方法，容易产生电磁干扰，从而导致产品不能通过EMC验证。
为解决以上技术问题，本发明提供一种霍尔电机的单脉冲控制方法，包括步骤：
S1.检测电机的霍尔电平信号并确定电机转子的位置；
S2.给予电机激励信号启动电机；
S3.根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相而驱动电机。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
S31.记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
S32.计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；
S33.根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期；
S34.以换相周期已确定的所述单脉冲激励信号驱动电机。
更进一步地，在所述步骤S33中，所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
进一步地，在所述步骤S3后还包括步骤：
S4.根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机的当前转速；
S5.将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
本发明还提供一种霍尔电机的单脉冲控制***，包括顺序连接的三相驱动电路、电机***驱动电路、电机，还包括安装在对应于电机转子位置的三个霍尔传感器，还包括连接所述三相驱动电路的微控制器；
所述微控制器用于首先采集所述霍尔传感器的电平信号，确定电机转子的位置，通过所述三相驱动电路和所述电机***驱动电路启动电机；
所述微控制器还用于根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相并通过所述三相驱动电路和所述电机***驱动电路驱动电机。
具体地，所述微控制器设有第一定时器；
所述第一定时器用于记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
所述微控制器用于计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；还用于根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期。
具体地，所述微控制器还设有第二定时器；
所述第二定时器用于每达到一次所述换相周期时，产生一次中断，用于对所述单脉冲激励信号进行换相。
具体地，所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
具体地，所述微控制器还用于根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机的当前转速；以及将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
优选地，所述微控制器为PIC16F1578。
本发明提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法，通过检测霍尔传感器的电平信号变化确定换相周期，且在一个换相周期内只产生一个脉冲激励信号，不会产生过多的电磁扰干，使得产品能够过EMC验证，可以让产品在对电磁干扰要求较高的环境中使用；通过调节单脉冲激励信号的占空比可以实现保持电机的实际转速与设定转速相一致；且根据电机的不同，还能够做提前或者延后换相处理，能够提高电机的工作效率；
本发明提供的一种霍尔电机的单脉冲控制***，设置微控制器检测霍尔传感器的电平信号变化确定换相周期，在一个换相周期内只产生一个用于驱动电机的脉冲激励信号，不会产生过多的电磁扰干，使得产品能够过EMC验证，可以让产品在对电磁干扰要求较高的环境中使用；微控制器通过调节单脉冲激励信号的占空比可以实现保持电机的实际转速与设定转速相一致；且根据电机的不同，微控制器还能够做提前或者延后换相处理，提高电机的工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的现有无刷直流电机的工作原理图；
图2是本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法的工作流程图；
图4是本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制***的模块结构图；
图5是本发明实施例提供的图4中微控制器PIC16F1578的电气连接图；
图6是本发明实施例提供的图4中三相驱动电路(以图中的U相为例，V相和W相采用相同的驱动电路)的电气连接图；
图7是本发明实施例提供的图4中电机***驱动电路与电机Motor的电气连接图；
图8是本发明实施例提供的方法及***中，霍尔传感器的电平信号与位置驱动相位的关系对照图；
图9是本发明实施例提供的方法及***中，即时换相时霍尔传感器的电平信号与单脉冲激励信号电平的关系对照图；
图10是本发明实施例提供的方法及***中，提前换相时霍尔传感器的电平信号与单脉冲激励信号电平的关系对照图；
图11是本发明实施例提供的方法及***中，延后换相时霍尔传感器的电平信号与单脉冲激励信号电平的关系对照图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括元器件的选型和取值大小及附图仅为较佳实施例，仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法，如图2所示的步骤流程图，具体包括步骤：
S1.检测电机的霍尔电平信号并确定电机转子的位置；
S2.给予电机激励信号启动电机；
S3.根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相而驱动电机。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
S31.记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
S32.计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；
S33.根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期；
S34.以换相周期已确定的所述单脉冲激励信号驱动电机。
更进一步地，在所述步骤S33中，所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
进一步地，在所述步骤S3后还包括步骤：
S4.根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机的当前转速；
S5.将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法，其工作流程图则如图3所示。
如图4所示的模块结构图，本发明实施例还提供一种霍尔电机的单脉冲控制***，包括顺序连接的三相驱动电路10、电机***驱动电路20、电机Motor，还包括安装在对应于电机转子位置的三个霍尔传感器30，还包括连接所述三相驱动电路10的微控制器MCU；
所述微控制器MCU用于首先采集所述霍尔传感器30的电平信号，确定电机转子的位置，通过所述三相驱动电路10和所述电机***驱动电路20启动电机Motor；
所述微控制器MCU还用于根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相并通过所述三相驱动电路10和所述电机***驱动电路20驱动电机Motor。
在本实施中，所述微控制器MCU设有第一定时器；
所述第一定时器用于记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
所述微控制器MCU用于计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；还用于根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期。
在本实施中，所述微控制器MCU还设有第二定时器；
所述第二定时器用于每达到一次所述换相周期时，产生一次中断，用于对所述单脉冲激励信号进行换相。
对应于所述单脉冲控制方法，本***中，所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
具体地，所述微控制器MCU还用于根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机Motor的当前转速；以及将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
作为本发明的一优选实施例，所述微控制器MCU为PIC16F1578，以此为基础设计而成的整个控制***的电气连接关系则结合图5～7，分别是微控制器PIC16F1578、三相驱动电路10和电机***驱动电路20的电气连接图。
微控制器MCU的PWM1(UH)、PWM2(VH)、PWM3(WH)端口分别接三相驱动电路10的三个输入端PWM1(UH)、PWM2(VH)、PWM3(WH)；UL、VL、WL分别连接三相驱动电路10的三个输入端UL、VL、WL；H1、H2、H3分别连接三个霍尔传感器30。微控制器MCU通过控制PWM1(UH)、PWM2(VH)、PWM3(WH)、UL、VL、WL输出的电平来驱动电机Motor进行运转。三相驱动电路10的输出端U-DRV-HI、U-DRV-LO、V-DRV-HI、V-DRV-LO、W-DRV-HI、W-DRV-LO与图7相对应的接口连接，驱动MOS；U-VS、V-US、W-VS分别与电机Motor的U、V、W相相接，直接驱动电机Motor。
微控制器MCU在驱动电机Motor之前，先检查电机转子的位置，转子位置可以根据读取霍尔H1、H2、H3的高低电平得出，找到转子位置之后给相对应的驱动，电机Motor即可转起来，转起来之后仍然根据霍尔H1、H2、H3的电平换相，霍尔传感器30的电平信号与电机Motor的位置驱动相位之间的关系参见图8(0：低电平；1：高电平)。
在具体的应用中，根据电机的不同，对电机换相的要求也不同，主要包括即时换相、提前换相和延后换相。
针对即时换相，参见图9的关系对照图，微控制器MCU一旦检测到霍尔电平的变换，立即对单脉冲激励信号进行换相。第一定时器记录两次电平变换的时间差T1，经过计算转换，将T1作为单脉冲激励信号的基本周期和换相周期，本申请中，单脉冲激励信号为中心对齐PWM。微控制器MCU根据基本周期可以计算出电机Motor的当前转速，并与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大(减小或增大图9中W1的值)所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
针对提前换相，参见图10的关系对照图，与即时换相不同的是，微控制器MCU检测到霍尔电平变换，单脉冲激励信号的换相周期为T2＝T1-t1，t1为需要提前的时间得到的时间差T2作为第二定时器溢出中断的时间，第二定时器达到时间T2产生中断，然后中断处理电机换相，从而达到提前换相。同理，参见图11的关系对照图，针对延后换相，T2＝T1+t1，作为第二定时器的中断时间。
本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制方法，通过检测霍尔传感器30的电平信号变化确定换相周期，且在一个换相周期内只产生一个脉冲激励信号，不会产生过多的电磁扰干，使得产品能够过EMC验证，可以让产品在对电磁干扰要求较高的环境中使用；通过调节单脉冲激励信号的占空比可以实现保持电机Motor的实际转速与设定转速相一致；且根据电机Motor的不同，还能够做提前或者延后换相处理，能够提高电机Motor的工作效率。
本发明实施例提供的一种霍尔电机的单脉冲控制***，设置微控制器MCU检测霍尔传感器30的电平信号变化确定换相周期，在一个换相周期内只产生一个用于驱动电机Motor的脉冲激励信号，不会产生过多的电磁扰干，使得产品能够过EMC验证，可以让产品在对电磁干扰要求较高的环境中使用；微控制器MCU通过调节单脉冲激励信号的占空比可以实现保持电机Motor的实际转速与设定转速相一致；且根据电机Motor的不同，微控制器MCU还能够做提前或者延后换相处理，能够提高电机Motor的工作效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种霍尔电机的单脉冲控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1.检测电机的霍尔电平信号并确定电机转子的位置；
S2.给予电机激励信号启动电机；
S3.根据所述霍尔电平信号的变换对所述激励信号进行换相而驱动电机；
所述步骤S3具体包括：
S31.记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
S32.计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；
S33.根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期；
S34.以换相周期已确定的所述单脉冲激励信号驱动电机；
在所述步骤S33中，所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
2.如权利要求1所述的一种霍尔电机的单脉冲控制方法，其特征在于，在所述步骤S3后还包括步骤：
S4.根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机的当前转速；
S5.将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
3.一种霍尔电机的单脉冲控制***，包括顺序连接的三相驱动电路、电机***驱动电路、电机，还包括安装在对应于电机转子位置的三个霍尔传感器，其特征在于，还包括连接所述三相驱动电路的微控制器；
所述微控制器用于首先采集所述霍尔传感器的电平信号，确定电机转子的位置，通过所述三相驱动电路和所述电机***驱动电路启动电机；
所述微控制器还用于根据所述霍尔电平信号的变换对激励信号进行换相并通过所述三相驱动电路和所述电机***驱动电路驱动电机；
所述微控制器设有第一定时器；
所述第一定时器用于记录所述霍尔电平信号变换的时间点；
所述微控制器用于计算相邻两次所述时间点的时间间隔，并将所述时间间隔作为单脉冲激励信号的基本周期；还用于根据换相要求和所述基本周期确定所述单脉冲激励信号的换相周期；
所述换相要求包括即时换相、提前换相和延后换相；
当所述换相要求为即时换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期即为所述基本周期；
当所述换相要求为提前换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期减去提前时间；
当所述换相要求为延后换相时，所述单脉冲激励信号的换相周期等于所述基本周期加上延后时间。
4.如权利要求3所述的一种霍尔电机的单脉冲控制***，其特征在于：所述微控制器还设有第二定时器；
所述第二定时器用于每达到一次所述换相周期时，产生一次中断，用于对所述单脉冲激励信号进行换相。
5.如权利要求3所述的一种霍尔电机的单脉冲控制***，其特征在于：所述微控制器还用于根据所述单脉冲激励信号的换相周期计算出电机的当前转速；以及将所述当前转速与设定转速进行对比，当所述当前转速大于或小于所述设定转速时，减小或增大所述单脉冲激励信号的占空比，直到所述当前转速稳定在所述设定转速。
6.如权利要求3～5任意一项权利要求所述的一种霍尔电机的单脉冲控制***，其特征在于：所述微控制器为PIC16F1578。
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