CN115664276A - 一种基于spwm的bldc驱动方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SPWM的BLDC驱动方法及***,该方法包括:启动电机,实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;若所述电机转速达到预设的驱动阈值,则进行六步换向操作;若所述电机转速未达到预设的驱动阈值,则根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值,再进行六步换向操作;其中,所述加速度曲线为电机速度以正弦曲线变化时的加速度曲线,所述正弦电压为作用在电机的三压线上的正弦电压。本发明可在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域,尤其涉及一种基于SPWM的BLDC驱动方法及***。
背景技术
SPWM为正弦脉宽调制,SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM法。BLDC为无刷直流电机,驱动BLDC的关键技术在于检测到电机转子位置,并且能够在准确的位置完成电机转子换向,以达到最优的控制效果。
目前电机位置的估算方法基本采用反电动势法,即检测悬空相的反电动势过零点信号来推算电机转子的位置。电机启动时,反电动势的信号基本为零,所以需要让电机达到一定的转速才能检测到准确的反电动势过零点信号。所以在反电动势信号极小的情况下让电机转到足够的速度,成为了BLDC启动的难点。
传统的启动方法为三段式驱动法,即,预定位、按预设的加速信号开环加速拖动、切入闭环。在使用固定电机及固定负载的场合,该方法具有高实用性,其启动时序相对稳定,适用于对启动要求不高的大型BLDC的驱动场合;然而在需要频繁启动和停止的应用场合,若要实现快速驱动,传统的三段式驱动法就存在启动失败的可能,而且在变负载大小或惯性的应用场合,传统的驱动方法无法完成启动的工作。
发明内容
本发明提供了一种基于SPWM的BLDC驱动方法及***,可在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种基于SPWM的BLDC驱动方法,该方法包括:
启动电机,实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;
若所述电机转速达到预设的驱动阈值,则进行六步换向操作;
若所述电机转速未达到预设的驱动阈值,则根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值,再进行六步换向操作;其中,所述加速度曲线为电机速度以正弦曲线变化时的加速度曲线,所述正弦电压为作用在电机的三压线上的正弦电压。
本发明提供的方法在电机启动过程中采用自适应变加速度曲线和变电压的方式进行驱动,实现了SPWM三相正弦波频率和正弦电压的动态调节,可适用于变负载大小或惯性的场景,在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
进一步地,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
本发明提供的方法实时检测驱动器电流的大小,根据电流的大小动态地调节加速度曲线,进而实现正弦电压的动态调节,可在变负载大小或惯性的场景下实现BLDC驱动。
进一步地,在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
进一步地,在启动电机前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
本发明还提供了一种基于SPWM的BLDC驱动***,该***包括判断模块、调节模块和六步换向模块;
所述判断模块用于实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;
所述调节模块用于根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值;
所述六步换向模块用于进行六步换向操作。
进一步地,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
进一步地,该***还包括控制模块,所述控制模块用于在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
进一步地,在***运行前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
本发明提供的***在电机启动过程中采用自适应变加速度曲线和变电压的方式进行驱动,实现了SPWM三相正弦波频率和正弦电压的动态调节,可适用于变负载大小或惯性的场景,在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
本发明还提供了一种终端设备,该终端设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求所述的基于SPWM的BLDC驱动方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求所述的基于SPWM的BLDC驱动方法。
附图说明
图1:为本发明实施例一提供的基于SPWM的BLDC驱动方法的一种流程示意图;
图2:为本发明实施例一提供的基于SPWM的BLDC驱动方法的具体示例的流程示意图;
图3:为本发明实施例二提供的基于SPWM的BLDC驱动***的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅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作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。
实施例一
请参照图1,为本发明实施例一提供的基于SPWM的BLDC驱动方法的一种流程示意图,其主要包括步骤101至步骤102,各步骤具体方法如下:
步骤101:启动电机,实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值。
需要说明的是,如何让电机达到足够的速度,为BLDC驱动的难点,当所述电机转速未达到预设的驱动阈值时,BLDC无法完成驱动。
在本实施例中,三相正弦波的载波频率在***驱动过程中不会改变,三相正弦波的载波频率被设置在16Khz到20Khz之间。
步骤102:若所述电机转速达到预设的驱动阈值,则进行六步换向操作;若所述电机转速未达到预设的驱动阈值,则根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值,再进行六步换向操作。
其中,所述加速度曲线为电机速度以正弦曲线变化时的加速度曲线,所述正弦电压为作用在电机的三压线上的正弦电压。
进一步地,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
在本实施例中,所述压缩所述加速度曲线,具体为:在XY坐标系中,对所述加速度曲线在x方向上进行压缩;所述拉伸所述加速度曲线,具体为:在XY坐标系中,对所述加速度曲线在x方向上进行拉伸。其中,所述XY坐标系为以横坐标为时间、纵坐标为加速度建立的平面直角坐标系。
在本实施例中,电机驱动器电流预设的阈值一般设定在额定电流的8倍以内。
在本实施例中,根据所述加速度曲线,可生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线,可生成对应的电压幅值曲线,根据所述对应的速度曲线生成对应的电压幅值曲线为现有技术,在此不再赘述。
需要说明的是,压缩所述加速度曲线,会提高单位时间内加速度的变化率,拉伸所述加速度曲线,会降低单位时间内加速度的变化率,而所述对应的速度曲线,由所述加速度曲线通过积分运算得出,因此,当所述加速度曲线变化时,所述对应的速度曲线也会相应改变。
需要说明的是,当所述对应的速度曲线发生变化时,所述对应的电压幅值曲线也会相应变化。
本发明提供的方法实时检测驱动器电流的大小,根据电流大小动态调节速度加速曲线,进而实现正弦电压的动态调节,可在变负载大小或惯性的场景下实现BLDC驱动。
进一步地,在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
电机三相角度增量可由所述对应的速度曲线根据积分公式运算得出,其具体的计算方法为现有技术,在此不再赘述。
在本实施例中,在BLDC驱动的过程中,根据驱动器电流大小对所述加速度曲线进行调整,再根据所述加速度曲线调整所述速度曲线,进而根据所述对应的速度曲线调整所述正弦电压和电机三相角度增量,从而实现了对所述电机转速的调节。
进一步地,在启动电机前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值为现有技术,在此不做赘述。
需要说明的是,在调节所述正弦电压的过程中,所述正弦电压的幅值不能超过所述预设的正弦电压幅值的最大值和最小值。
在本实施例中,所述正弦电压幅值的大小一般设置为电机母线电压值的0.05-0.95倍;当负载较小时,正弦电压幅值通常会设置在电机母线电压值的0.5倍以内,当负载较大时,正弦电压幅值通常会设置在电机母线电压值的0.8-0.9倍之间。
在本实施例中,提供了一种基于SPWM的BLDC驱动方法的一个具体的示例,为本发明实施例一提供的基于SPWM的BLDC驱动方法的具体示例的流程示意图,在该示例中,采用128细分,加速度曲线采用S型加速度曲线,且在启动电机前,需要配置电机的PWM模块和ADC模块,其中,所述PWM模块用于驱动电机的外部设备,所述ADC模块用于实时检测驱动器电流:
启动电机,实时检测驱动器电流和电机转速,且电机转速未达到预设的驱动阈值;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,提高单位时间内加速度的变化率,降低正弦电压;
根据所述所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速,直到所述电机转速达到预设的驱动阈值,再进行六步换向操作;
完成六步换向操作后,电机完成驱动。
需要说明的是,三相无刷电机具有三相定子,为了防止转子被定子锁住,同一时刻必须以特定的方式按顺序为其中的两相通电,以产生旋转磁场,这种特定的通电顺序一般按照转子所处的空间位置不同,分为6步,故称为“六步换向”;六步换向操作的具体过程为现有技术,在此不再赘述。
本发明提供的方法在电机启动过程中采用自适应变加速曲线和变电压的方式进行驱动,实现了SPWM三相正弦波频率和正弦电压的动态调节,可适用于变负载大小或惯性的场景,在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
实施例二
请参照图3,为本发明实施例二提供的一种基于SPWM的BLDC驱动***的一种结构示意图,该***包括判断模块201、调节模块202和六步换向模块203;
所述判断模块201用于实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;
所述调节模块202用于根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值;
所述六步换向模块203用于进行六步换向操作。
进一步地,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
进一步地,该***还包括控制模块,所述控制模块用于在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
进一步地,在***运行前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
本实施例更详细的工作原理与步骤可以但不限于参见于实施例一的相关记载。
本发明提供的***在电机启动过程中采用自适应变加速度曲线和变电压的方式进行驱动,实现了SPWM三相正弦波频率和正弦电压的动态调节,可适用于变负载大小或惯性的场景,在复杂的应用场合下实现BLDC的驱动,提高电机的启动效率。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于SPWM的BLDC驱动方法,其特征在于,包括:
启动电机,实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;
若所述电机转速达到预设的驱动阈值,则进行六步换向操作;
若所述电机转速未达到预设的驱动阈值,则根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值,再进行六步换向操作;其中,所述加速度曲线为电机速度以正弦曲线变化时的加速度曲线,所述正弦电压为作用在电机的三压线上的正弦电压。
2.如权利要求1所述的一种基于SPWM的BLDC驱动方法,其特征在于,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
3.如权利要求2所述的一种基于SPWM的BLDC驱动方法,其特征在于,在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
4.如权利要求3所述的一种基于SPWM的BLDC驱动方法,其特征在于,在启动电机前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
5.一种基于SPWM的BLDC驱动***,其特征在于,所述***包括判断模块、调节模块和六步换向模块;
所述判断模块用于实时检测驱动器电流和电机转速,判断所述电机转速是否达到预设的驱动阈值;
所述调节模块用于根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,以使所述电机转速达到预设的阈值;
所述六步换向模块用于进行六步换向操作。
6.如权利要求5所述的一种基于SPWM的BLDC驱动***,其特征在于,所述根据所述驱动器电流调整加速度曲线和正弦电压,具体为:
实时检测驱动器电流;
若所述驱动器电流高于预设的阈值,则压缩所述加速度曲线,降低正弦电压;
若所述驱动器电流小于预设的阈值,电机失步,则拉伸所述加速度曲线,增大正弦电压。
7.如权利要求6所述的一种基于SPWM的BLDC驱动***,其特征在于,该***还包括控制模块,所述控制模块用于在调整所述加速度曲线和正弦电压后,根据所述加速度曲线生成对应的速度曲线,根据所述对应的速度曲线计算对应的电机三相角度增量,根据所述对应的电机三相角度增量控制电机转速。
8.如权利要求7所述的一种基于SPWM的BLDC驱动***,其特征在于,在***运行前,还需要获取BLDC运行所需的正弦表,根据所述BLDC运行所需的正弦表设置所述正弦电压幅值的最大值和最小值。
9.一种终端设备,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任意一项所述的基于SPWM的BLDC驱动方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至4任意一项所述的基于SPWM的BLDC驱动方法。
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