專利名稱：電機的矢量控制電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機的控制電路和控制方法，具體地說，涉及一種無傳感器永磁無 刷電機的矢量變頻控制的電流檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁無刷電機轉(zhuǎn)子位置的確定，需要準確檢測到電動機三相輸入的 電流，除采用電流傳感器外，另外一種常用的方法是在功率模塊的共地端增加三個或兩 個電阻，通過檢測電阻上的電壓，來計算出電阻上流過的電流，進而確定電機的三相輸 入電流，這種電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且成本也比較高；在檢測過程中都有一個采樣和 轉(zhuǎn)換過程，如果這個過程中的電流檢測不到，就會出現(xiàn)異常停機或者無法驅(qū)動或者性能 變差的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上缺陷，提供了一種功率模塊和CPU之間設(shè)置一個電阻， 通過檢測該電阻的電流確定各相電流，并且能很好地處理采樣和轉(zhuǎn)換過程中電流值的電 流檢測方法。
本發(fā)明的電機的矢量控制電路的技術(shù)方案是這樣的其包括CPU、功率模塊，功率 模塊和CPU連接，功率模塊和電機連接，其特征在于在功率模塊的共地端連接有一個 電阻，功率模塊的共地端和CPU連接。
功率模塊的共地端和CPU之間設(shè)置電流放大器。
CPU包括PARK變換、PARK反變換模塊、電壓信號產(chǎn)生器、電流采樣模塊、電流 采樣處理模塊、電流相位轉(zhuǎn)換模塊，它們順次連接形成回路，功率模塊連接在電壓信號 產(chǎn)生器和電流采樣模塊之間。
在PARK反變換模塊、電壓信號產(chǎn)生器之間設(shè)置脈沖處理模塊。 本發(fā)明的無傳感器永磁無刷電機的矢量控制方法的技術(shù)方案是這樣的 采樣分為兩個時間段，當只有一相通電時，設(shè)定為時刻為t2;當有兩相同時通電時， 設(shè)定此時刻為tl;由于采樣和轉(zhuǎn)換需要一個最小處理時間，設(shè)定最小處理時間為tmin，
整個處理采樣過程包括下列步驟
1) CPU接收tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，CPU根據(jù)tl、 t2時間段內(nèi)的電流檢測值，經(jīng) 過相位轉(zhuǎn)換，確定相電流值Ia、 Ib。
2) 矢量變換和控制模塊根據(jù)相電流值Ia、 Ib，經(jīng)過矢量控制處理過程得到下一時刻應(yīng) 當輸出的電壓脈沖tl、 t2。
3) 脈沖處理模塊對步驟2)中得到的tl、 t2脈沖進行處理。
4) 以tl時間段的處理過程為例:矢量變換和控制模塊判斷tl值的大小,若tl大于tmin， 則不做處理；否則將該值存儲到指定存儲器進行累加；
5) 當步驟3)累加的變量中值大于tmhi時，將該值作為插值脈沖輸出；反之，將tl 下一時刻的脈沖值輸出為0。
6) 輸出的tl值輸出到電壓信號生成器，電壓信號生成器根據(jù)矢量當前位置和tl、 t2 值輸出三相電壓值，經(jīng)功率驅(qū)動模塊，輸出電壓，驅(qū)動電機運行。
7) 電壓信號生成器將電壓輸出到電流采樣處理模塊，若檢測后發(fā)現(xiàn)tl時間段內(nèi)的脈沖 值為0，則關(guān)閉電流采樣模塊，則該時刻的電流值需要依據(jù)前面時刻的電流值進行預(yù)測， 反之則啟動電流采樣模塊，直接獲取該時間段內(nèi)的電流值。
8) 電流采樣處理模塊根據(jù)當前時刻采樣后的tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，或者經(jīng)過預(yù)測 過程后得到的電流預(yù)測值，確定tl、 t2的電流值；
9) 電流轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)tl、 t2時刻的電流值，確定相電流Ia、 Ib,重新回到步驟l)進 行下一循環(huán)的處理。
步驟6)的依據(jù)前面時刻的電流值進行預(yù)測分為(l):t由t〉tmin逐漸減小到t-0和(2): t由t=0逐漸增加到t>tmin兩個過程。
其中t由t>tmin逐漸減小到t=0時間段內(nèi)包括下列步驟
1、 檢測電阻上的電流，取t^min時間段內(nèi)相鄰時間間隔的兩個時刻的電流值I(n) 和I(n-l);
2、 計算步驟l)測得的兩個時刻電流值的差f(n), f(n)-(I(n)-I(n-l));
3、 假設(shè)后續(xù)時刻的變化情況仍延續(xù)第n-l時刻、第n時刻的變化進行線性變化， 則有預(yù)測值Ie(n+l"I(n)+f(n);
4、 同步驟3), Ie(n+2)=Ie (n+l) +f(n);
其中過程t由t=0逐漸增加到t>tmin時間段內(nèi)采用了依據(jù)前一個電流變化周期的數(shù)據(jù)來進行預(yù)測的方法，采用依據(jù)前一個周期的數(shù)據(jù)來進行預(yù)測的方法，包括下列步驟 1、 依據(jù)權(quán)利要求7和8和9的方法，進行后向預(yù)測，利用后續(xù)時刻的電流采樣值 對前面時刻的值進行預(yù)測，設(shè)前一周期的值有6個值分別為lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6，可預(yù)測如下
f(ln6)=I(ln6)-I(ln7) Ie(ln5)=I(ln6)+f(ln6) f(ln4)=I(ln4)-I(ln6) Ie(ln3)=I(ln4)+f(ln4) Ie(ln2)=I(ln4)+2*f(ln4) Ie(lnl)=I(ln4)+3*f(ln4;> 2、根據(jù)對前一個周期的電流值預(yù)測值，使本周期的電流值近似等于上個周期的電 流值；
Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2) Ie(2nl)=Ie(lnl)
步驟4)所述的插入的脈沖值的大小，由實際相鄰的脈沖值來確定，設(shè)定采樣時刻為 nl,n2……，若t(nl)+t(n2)〉tmin，可插入脈沖值tr(n2)= t(nl)+t(n2),tr(nl)-0，以此類推而 tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0，tr(n4)=0 。
在出現(xiàn)插值脈沖后，后續(xù)脈沖的電流預(yù)測值則依賴于插值脈沖的電流值和最后一個 有效脈沖的電流值，f(n2)=((I(n2)-I(nO))/2; Ie(n3)=I(n2)+f(n2); Ie(n4)=I(n2)+2*f(n2); f(n5)=((I(n5)-I(n2)/3; Ie(n6)=I(n5)+f(n5)。
本發(fā)明的電機的矢量控制電流和方法，不但電路結(jié)構(gòu)簡單，并且可以比較準確地測 算出電機任何時刻的電流值，有效地簡化了硬件電路，并實現(xiàn)了對電機的準確控制。


圖1是電機矢量控制電路的結(jié)構(gòu)方框圖2是本發(fā)明的采樣電路示意圖3是本發(fā)明的電流采樣時刻示意圖4是本發(fā)明的tl、 t2的波形變化情況示意圖5是本發(fā)明的接近t=0時間段內(nèi)的脈沖寬度示意圖； 圖6是本發(fā)明的和圖5對應(yīng)的t值時間波形圖7是本發(fā)明t由t=0逐漸增加到t>tmin時間段內(nèi)的脈沖處理和電路檢測示意圖； 圖8是本發(fā)明插入插值脈沖的示意圖。
具體實施例方式
如圖1、 2所示本發(fā)明的電機的矢量控制電路其包括CPU、功率模塊，功率模塊和 CPU連接，功率模塊和電機M連接，在功率模塊的共地端連接有一個電阻R,功率模塊 的共地端和CPU連接，功率模塊的共地端和CPU之間設(shè)置電流放大器，CPU包括PARK 變換、PARK反變換模塊、電壓信號產(chǎn)生器、電流采樣模塊、電流采樣處理模塊、電流 相位轉(zhuǎn)換模塊，它們順次連接形成回路，功率模塊連接在電壓信號產(chǎn)生器和電流采樣模 塊之間，在PARK反變換模塊、電壓信號產(chǎn)生器之間設(shè)置脈沖處理模塊。
本發(fā)明的電流檢測電路通過對電阻R上的電流進行采樣，然后分析對電機M進行控 制，其采樣過程是這樣的，如圖23所示，采樣分為兩個時間段，當只有一相通電時，設(shè) 定為時刻為t2;當有兩相同時通電時，設(shè)定此時刻為tl;如圖4所示，由于采樣和轉(zhuǎn)換 需要一個最小處理時間，設(shè)定最小處理時間為tmin，整個處理采樣過程包括下列步驟
1、 CPU接收tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，CPU根據(jù)tl、 t2時間段內(nèi)的電流檢測值，經(jīng)過 相位轉(zhuǎn)換，確定相電流值Ia、 Ib。
2、 矢量變換和控制模塊根據(jù)相電流值Ia、 Ib，經(jīng)過矢量控制處理過程得到下一時刻應(yīng)當 輸出的電壓脈沖tl、 t2。
3、 脈沖處理模塊對步驟2)中得到的tl、 t2脈沖進行處理。
4、 以tl時間段的處理過程為例矢量變換和控制模塊判斷tl值的大小，若tl大于tmin， 則不做處理；否則將該值存儲到指定存儲器進行累加；
5、 當步驟4)累加的變量中值大于tmin時，將該值作為插值脈沖輸出；反之，將tl下 一時刻的脈沖值輸出為0。
6、 輸出的tl值輸出到電壓信號生成器，電壓信號生成器根據(jù)矢量當前位置和tl、 t2值 輸出三相電壓值，經(jīng)功率驅(qū)動模塊，輸出電壓，驅(qū)動電機運行。
7、 電壓信號生成器將電壓輸出到電流采樣處理模塊，若檢測后發(fā)現(xiàn)tl時間段內(nèi)的脈沖 值為0，則關(guān)閉電流采樣模塊，則該時刻的電流值需要依據(jù)前面時刻的電流值進行預(yù) 測，反之則啟動電流采樣模塊，直接獲取該時間段內(nèi)的電流值。8、 電流采樣處理模塊根據(jù)當前時刻采樣后的tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，或者經(jīng)過預(yù)測過 程后得到的電流預(yù)測值，確定tl、 t2的電流值。
9、 電流轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)tl、 t2時刻的電流值，確定相電流Ia、 1b，重新回到步驟l)進行 下一循環(huán)的處理。
步驟6)的依據(jù)前面時刻的電流值進行預(yù)測分為(l):t由t >tmin逐漸減小到t=0和(2): t由t-0逐漸增加到t>tmin兩個過程，如圖5、 6所示，其中t由t >tmin逐漸減小到t=0 時間段內(nèi)包括下列步驟
1、 檢測電阻上的電流，取Otmin時間段內(nèi)相鄰時間間隔的兩個時刻的電流值I(n)和 I(n隱l);
2、 計算步驟l)測得的兩個時刻電流值的差f(n)， f(n)-(I(n)-I(n-l));
3、 假設(shè)后續(xù)時刻的變化情況仍延續(xù)第n-l時刻、第n時刻的變化進行線性變化，則 有預(yù)測值Ie(n+l)=I(n)+f(n);
4、 同步驟3)， Ie(n+2)=Ie (n+l)十f(n)
其中t由t=0逐漸增加到t>tmin時間段內(nèi)，采用依據(jù)前一個周期的數(shù)據(jù)來進行預(yù)測 的方法，如圖7所示，包括下列步驟
1、 依據(jù)權(quán)利要求7和8和9的方法，進行后向預(yù)測，利用后續(xù)時刻的電流采樣值對 前面時刻的值進行預(yù)測，設(shè)前一周期的值有6個值分別為lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6，可預(yù)測如下
f(ln6)=I(ln6)-I(ln7) Ie(ln5)=I(ln6)+f(ln6) f(ln4)=I(ln4)-I(ln6) Ie(ln3)=I(ln4)+f(ln4) Ie(ln2)=I(ln4)+2*f(ln4) Ie(lnl)=I(ln4)+3*f(ln4)
2、 根據(jù)對前一個周期的電流值預(yù)測值，使本周期的電流值近似等于上個周期的電流 值；
Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2)
Ie(2nl)=Ie(lnl)
步驟4)所述的插入的脈沖值的大小，由實際相鄰的脈沖值來確定，如圖8所示，設(shè) 定采樣時刻為nl,n2……，若t(nl)+t(n2)>tmin，可插入脈沖值tr(n2)= t(nl)+t(n2)，tr(nl)=0, 以此類推而tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0,tr(n4)=0。
在出現(xiàn)插值脈沖后，后續(xù)脈沖的電流預(yù)測值則依賴于插值脈沖的和最后一個有效脈 沖的電流值，f(n2)=((I(n2)-I(nO))/2 ; Ie(n3)=I(n2)+f(n2) ; Ie(n4)=I(n2)+2*f(n2); f(n5)=((I(n5)-I(n2)/3; Ie(n6)=I(n5)+f(n5)。
權(quán)利要求
1.一種電機矢量控制的電流檢測電路，其包括CPU、功率模塊，功率模塊和CPU連接，功率模塊和電機連接，其特征在于在功率模塊的共地端連接有一個電阻，功率模塊的共地端和CPU連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機矢量控制的電流檢測電路，其特征在于功率模塊的共地端和CPU之間設(shè)置電流放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機矢量控制的電流檢測電路，其特征在于CPU包括PARK變 換、PARK反變換模塊、電壓信號產(chǎn)生器、電流采樣模塊、電流采樣處理模塊、電流相 位轉(zhuǎn)換模塊，它們順次連接形成回路，功率模塊連接在電壓信號產(chǎn)生器和電流采樣模塊 之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機矢量控制的電流檢測電路，其特征在于在PARK反變換模 塊、電壓信號產(chǎn)生器之間設(shè)置脈沖處理模塊。
5. —種采用權(quán)利要求1所述的電流檢測電路的檢測方法，其特征在于采樣分為兩個時間段，當只有一相通電時，設(shè)定為時刻為t2;當有兩相同時通電時，設(shè)定此時刻為tl;由于采樣和轉(zhuǎn)換需要一個最小處理時間，設(shè)定最小處理時間為tmin，整個處理采樣過程包括下列步驟1) CPU接收tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，CPU根據(jù)tl、 t2時間段內(nèi)的電流檢 測值，經(jīng)過相位轉(zhuǎn)換，確定相電流值Ia、 Ib。2) 矢量變換和控制模塊根據(jù)相電流值Ia、 Ib，經(jīng)過矢量控制處理過程得到下 一時刻應(yīng)當輸出的電壓脈沖tl、 t2。3) 脈沖處理模塊對步驟2)中得到的tl、 t2脈沖進行處理。4) 以tl時間段的處理過程為例矢量變換和控制模塊判斷tl值的大小，若 tl大于tmin，則不做處理；否則將該值存儲到指定存儲器進行累加；5) 當步驟4)累加的變量中值大于tmin時，將該值作為插值脈沖輸出；反之， 將tl下一時刻的脈沖值輸出為0。6) 輸出的tl值輸出到電壓信號生成器，電壓信號生成器根據(jù)矢量當前位置和 tl、 t2值輸出三相電壓值，經(jīng)功率驅(qū)動模塊，輸出電壓，驅(qū)動電機運行。7) 電壓信號生成器將電壓輸出到電流采樣處理模塊，若檢測后發(fā)現(xiàn)tl時間段 內(nèi)的脈沖值為0，則關(guān)閉電流采樣模塊，則該時刻的電流值需要依據(jù)前面 時刻的電流值進行預(yù)測，反之則啟動電流采樣模塊，直接獲取該時間段內(nèi) 的電流值。8) 電流采樣處理模塊根據(jù)當前時刻采樣后的tl、 t2時間段內(nèi)的電流值，或者經(jīng)過預(yù)測過程后得到的電流預(yù)測值，確定tl、 t2的電流值；9) 電流轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)tl、 t2時刻的電流值，確定相電流Ia、 Ib，重新回到步 驟l)進行下一循環(huán)的處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流檢測電路的檢測方法，其特征在于步驟6)的依據(jù)前面時 刻的電流值進行預(yù)測分為(l):t由t〉tmin逐漸減小到t-0和(2): t由t-O逐漸增加到Ptmin兩個過程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流檢測電路的檢測方法，其中過程(1)時間段內(nèi)包括下列步 驟1) 檢測電阻上的電流，取t〉tmin時間段內(nèi)相鄰時間間隔的兩個時刻的電流值 I(n)禾口 I(n-l);2) 計算步驟l)測得的兩個時刻電流值的差f(n)， f(n)=(I(n)-I(n-l));3) 假設(shè)后續(xù)時刻的變化情況仍延續(xù)第n-l時刻、第n時刻的變化進行線性變 化，則有預(yù)測值Ie(n+l)=I(n)+f(n);4) 同步驟3)， Ie(n+2)=Ie (n+l)十f(n)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流檢測電路的檢測方法，其特征在于其中過程(2) :t由t-O 逐漸增加到t>tmin時間段內(nèi)采用了依據(jù)前一個電流變化周期的數(shù)據(jù)來進行預(yù)測的方法， 包括下列步驟1)依據(jù)權(quán)利要求7和8和9的方法，進行后向預(yù)測，利用后續(xù)時刻的電流 釆樣值對前面時刻的值進行預(yù)測，設(shè)前一周期的值有6個值分別為lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6,可預(yù)測如下f(ln6)=I(ln6)-I(ln7)Ie(ln5)=I(ln6)+f(ln6)f(ln4)= (1(ln4)-I(ln6)) /2Ie(ln3)=I(ln4)+f(ln4)Ie(ln2)=I(ln4)+2*f(ln4)Ie(lnl)=I(ln4)+3*f(ln4) 2)根據(jù)對前一個周期的電流值預(yù)測值，使本周期的電流值近似等于上個周期 的電流值；Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2) Ie(2nl)=Ie(lnl)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流檢測電路的檢測方法，其特征在于步驟5)所述的插入的 脈沖值的大小，由實際相鄰的脈沖值來確定，設(shè)定采樣時刻為nl，n2……，若 t(nl)+t(n2)〉tmin ， 可插入脈沖值tr(n2)= t(nl)+t(n2),tr(nl)=0,以此類推而 tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0,tr(n4)=0 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電流檢測電路的檢測方法，其特征在于在出現(xiàn)插值脈沖后， 后續(xù)脈沖的電流預(yù)測值則依賴于插值脈沖的電流值和最后一個有效脈沖的電流值， f(n2)=((I(n2)-I(nO))/2; Ie(n3)=I(n2)+f(n2); Ie(n4)=I(n2)+2*f(n2); f(n5)=((I(n5)-I(n2)/3 ; Ie(n6)=I(n5)+f(n5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電機的矢量控制電路及控制方法，具體地說，涉及一種電機的矢量變頻控制的電流檢測方法，提供了一種功率模塊和CPU之間設(shè)置一個電阻，通過檢測該電阻的電流確定各相電流，并且能很好地處理采樣和轉(zhuǎn)換過程中電流值的電流檢測方法，其包括CPU、功率模塊，功率模塊和CPU連接，功率模塊和電機連接，其特征在于在功率模塊的共地端連接有一個電阻，功率模塊的共地端和CPU連接，本發(fā)明的電機的矢量控制電流和方法，不但電路結(jié)構(gòu)簡單，并且可以比較準確地測算出電機任何時刻的電流值，實現(xiàn)了對電機的準確控制，有效避免了電機的異常停機和無法驅(qū)動和性能變差的情況。
文檔編號H02P21/00GK101369797SQ200710140198
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者劉兆祥 申請人:海信(北京)電器有限公司