[发明专利]一种无刷直流电机的控制装置、系统和方法

说明书

公开了一种无刷直流电机的控制装置。该装置包括位置检测单元、参考产生单元、电流测量单元、计算单元、相位调整单元和驱动单元。其中，位置检测单元用于检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。参考产生单元用于根据电机转子的位置信号，选取参考时刻。电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据电机的相电流，获取参考时刻的相电流。计算单元用于根据参考时刻的相电流，计算电机的直轴电流。相位调整单元用于根据电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整电机线圈驱动电压的相位。驱动单元用于根据电机转子的位置信号和电机线圈驱动电压的相位，输出电机线圈的驱动信号，以推动电机转子转动。

技术领域

本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种无刷直流电机的控制装置、系统和方法。

背景技术

无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。

无刷电机的绕组呈电感特性，因此电机相电流滞后于所施加的电压。为达成效率优化、高速运转等控制目标，通常需要在驱动电压上施加一定的相位超前角。在一些应用中，经常采用近似估算的方法来计算相位超前角。

传统的是通过测量变量，如平均电流、电流峰值、速度，或控制变量来估算所需的超前角，并在目标工作点上通过增益或偏置等做优化配置。这类算法存在明显的局限性：由于只是在特定工作点达成控制目标(如效率优化)，一旦电机偏离目标工作点较多，电机运转状态就会偏离目标较多(如效率降低)，甚至发生飞车等危险情况；优化配置的具体参数与电机本体参数和负载特性等都直接相关，会造成控制方案无法在多种电机和负载上通用。这些对电机系统的可靠性、一致性和批量生产及物料管理等造成不利。

发明内容

本申请提供了一种无刷直流电机的控制装置、系统和方法。该装置首先选定参考时刻，在参考时刻计算电机的直轴电流，根据直轴电流与预期目标电流值的关系，自动调整电机线圈驱动电压的相位，以实现无刷直流电机在不同负载特性下的自适应控制，进而提高无刷直流电机系统的性能、可靠性及一致性，以及降低物料管理难度。

第一方面，提供了一种无刷直流电机的控制装置。该装置包括：位置检测单元、参考产生单元、电流测量单元、计算单元、相位调整单元和驱动单元。其中，位置检测单元用于检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。参考产生单元用于根据电机转子的位置信号，选取参考时刻。电流测量单元，用于测量电机的相电流，并根据电机的相电流，获取参考时刻的相电流。计算单元用于根据参考时刻的相电流，计算电机的直轴电流。相位调整单元用于根据电机的直轴电流与预期目标电流值的差值，调整电机线圈驱动电压的相位。驱动单元用于根据电机转子的位置信号和电机线圈驱动电压的相位，输出电机线圈的驱动信号，以推动电机转子转动。

在一种可选的实现中，位置检测单元包括一个或多个霍尔元件，每个霍尔元件间相隔一定电角。霍尔元件用于根据电机转子的磁场来检测电机转子的位置，获取电机转子的位置信号。

在一种可选的实现中，参考产生单元具体用于根据电机转子的位置信号，在一个电周期中选取一个或多个参考时刻。

在一种可选的实现中，电流测量单元具体用于根据电机的相电流，测量参考时刻的相电流，从而获取参考时刻的相电流。

在一种可选的实现中，电流测量单元，具体用于根据电机的相电流在一个电周期的测量值，估计参考时刻的相电流，从而获取参考时刻的相电流。