控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械電子技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種用于控制電機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無鐵芯盤式電機(jī)采用無定子鐵芯結(jié)構(gòu)，定子繞組可以等效為空心電感，永磁轉(zhuǎn)子 嵌套在導(dǎo)磁材質(zhì)的背板上；其形狀為扁平結(jié)構(gòu)，磁通方向?yàn)檩S向。
[0003] 無鐵芯盤式電機(jī)具有以下特點(diǎn)：軸向尺寸短，適用于要求嚴(yán)格的薄型安裝的場合； 電樞繞組線圈可以等效為空心電感，無齒槽，不存在徑向磁通結(jié)構(gòu)電機(jī)由于齒槽反應(yīng)引起 的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；不存在鐵芯損耗，可達(dá)到很高的效率；電樞繞組電感小，為幾十UH ;轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 大。
[0004] 在現(xiàn)有的無鐵芯盤式電機(jī)的控制方法中，由功率開關(guān)管構(gòu)成的直流逆變器產(chǎn)生三 相交流電，進(jìn)而產(chǎn)生脈動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場帶動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于被控電機(jī)米用無鐵芯結(jié)構(gòu)，電 樞電感值很小，而傳統(tǒng)控制方式的載頻設(shè)置在5K~20KHZ左右，所以采用現(xiàn)有的控制方法 時(shí)，電樞繞組中相電流的波形如圖1所示。圖中波形呈現(xiàn)很多尖峰和毛刺，可見電路在工作 中產(chǎn)生較大的尖峰電流。很大的尖峰電流必然會(huì)產(chǎn)生很大的電流應(yīng)力，在瞬態(tài)過程中有可 能會(huì)損壞功率開關(guān)管。大的尖峰電流會(huì)給電機(jī)工作電流的采集造成困難，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電 流干擾，從而帶來電磁干擾（EMI)、諧波危害等問題。
[0005] 同時(shí)現(xiàn)有的控制方法多采用轉(zhuǎn)速開環(huán)或者轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)的控制模型。其中轉(zhuǎn) 速開環(huán)的缺陷是轉(zhuǎn)速隨負(fù)載和母線電壓波動(dòng)而變化，轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩成反比，和母線電壓 成正比，因此被控電機(jī)的工作點(diǎn)不可控制；而轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)控制策略適用于永磁同步 電機(jī)的精確控制，但其控制算法和硬件平臺(tái)復(fù)雜，對(duì)速度和電流傳感器要求高，這樣大大增 加了控制器成本，此外由于無鐵芯電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，在無電流環(huán)控制的條件下也能做到轉(zhuǎn) 速的快速響應(yīng)，因此雙閉環(huán)控制策略不適用于無鐵芯盤式電機(jī)的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的過程中，無法對(duì)電機(jī)，特別是無鐵 芯盤式電機(jī)進(jìn)行精確控制，且所采用的控制方法及控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制成本較高，效率 低下，穩(wěn)定性差等技術(shù)問題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種控制裝置，用于控制電機(jī)，所述電機(jī)包括定 子繞組與轉(zhuǎn)子，其包括：逆變電路，與所述定子繞組連接，用于向定子繞組提供相電壓；位 置感測電路，用于感測所述轉(zhuǎn)子的位置，將所述位置信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；控制器，分別與所 述位置感測電路和所述逆變電路連接，接收所述位置感測電路轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，且根據(jù)所述 電信號(hào)控制所述逆變電路向所述定子繞組提供的相電壓，使得所述定子繞組產(chǎn)生磁場變 化，從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0008] 進(jìn)一步的，所述控制器具體用于產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制所述逆變電路向所述 定子繞組提供相電壓。
[0009] 進(jìn)一步的，所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的載波頻率在50KHz以上。
[0010] 進(jìn)一步的，所述位置感測電路包括霍爾位置傳感器。
[0011] 進(jìn)一步的，所述逆變電路的載波頻率在50KHZ以上。
[0012] 進(jìn)一步的，在上述任一項(xiàng)所述的裝置中，所述控制器包括：第一端口，用于接收預(yù) 設(shè)信號(hào)，所述預(yù)設(shè)信號(hào)用于反映預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速；第二端口，用于接收所述位置感測電路轉(zhuǎn)換的電 信號(hào)；控制模塊，用于根據(jù)所述第二端口接收到的電信號(hào)，確定反映所述轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速的 實(shí)際信號(hào)，且比較所述預(yù)設(shè)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)，得到差信號(hào)，利用所述差信號(hào)控制所述逆變電 路向所述定子繞組提供的相電壓，使得所述定子繞組產(chǎn)生的磁場變化，以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 到預(yù)設(shè)范圍，所述預(yù)設(shè)范圍根據(jù)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速和可接受誤差設(shè)置。
[0013] 本發(fā)明還提供一種控制方法，用于控制電機(jī)，包括以下步驟：感測所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子 的位置，將所述位置信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；根據(jù)所述電信號(hào)控制向所述電機(jī)的定子繞組提供 的相電壓，使得所述定子繞組產(chǎn)生的磁場變化，從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0014] 進(jìn)一步的，根據(jù)所述電信號(hào)控制向所述電機(jī)的定子繞組提供的相電壓具體包括： 產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制向所述定子繞組提供的相電壓。
[0015] 進(jìn)一步的，所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的載波頻率在50KHz以上。
[0016] 進(jìn)一步的，上述任一項(xiàng)所述的控制方法還包括：接收預(yù)設(shè)信號(hào)，所述預(yù)設(shè)信號(hào)用于 反映預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速；接收所述位置檢測電路轉(zhuǎn)換的電信號(hào)；根據(jù)所述電信號(hào)，確定反映所述轉(zhuǎn) 子的實(shí)際轉(zhuǎn)速的實(shí)際信號(hào)，且比較所述預(yù)設(shè)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)，得到差信號(hào)，利用所述差信號(hào) 控制向所述定子繞組提供的相電壓，使得所述定子繞組產(chǎn)生的磁場變化，以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 速到預(yù)設(shè)范圍，所述預(yù)設(shè)范圍根據(jù)所述預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速和可接受誤差設(shè)置。綜上所述，本發(fā)明提供 的用于控制電機(jī)的控制裝置及控制方法采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)、超高頻載波驅(qū)動(dòng)的控制策略，通過 檢查轉(zhuǎn)子位置感測裝置的輸出脈沖來計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，無需專門安裝速度傳感器，這樣無需 增加硬件成本就可以做到轉(zhuǎn)速精確控制；而且采用超高頻載波驅(qū)動(dòng)替代了輸出級(jí)的可調(diào)電 感，這樣也節(jié)省了電感的成本，進(jìn)一步提高了整機(jī)效率和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0017] 圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)電樞繞組中相電流的波形圖；
[0018] 圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制裝置的具體電路結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0020] 圖4所示為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的控制裝置的無鐵芯盤式電機(jī)的相電流波形 圖；
[0021] 圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制裝置的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制示意 圖；
[0022] 圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制裝置的防飽和PI調(diào)節(jié)器示 意圖；
[0023] 圖7所示為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的控制裝置的無鐵芯盤式電機(jī)在電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn) 矩發(fā)生改變時(shí)，轉(zhuǎn)速變化示意圖；
[0024] 圖8所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的單相繞組的等效電路圖；
[0025] 圖9所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的單相繞組的Q-F曲線；
[0026] 圖10所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的頻率為20KHz繞組相電流波形圖；
[0027] 圖11所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的頻率為35KHz繞組相電流波形圖；
[0028] 圖12所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的頻率為50KHz繞組相電流波形圖；
[0029] 圖13所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制方法流程圖；
[0030] 圖14所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作 進(jìn)一步的說明。
[0032] 請(qǐng)參見圖2,其所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的用于控制電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0033] 該控制裝置，用于控制電機(jī)，在本實(shí)施例中特別適用于無鐵芯盤式電機(jī)，但本發(fā)明 并非局限于此。所述電機(jī)包括定子繞組110與轉(zhuǎn)子120,該控制裝置包括：逆變電路210,與 所述定子繞組110連接，用于向定子繞組110提供相電流；位置感測電路220,用于感測所 述轉(zhuǎn)子120的位置，將所述位置信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；控制器230,分別與所述位置感測電路 220和所述逆變電路210連接，接收所述位置感測電路220轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，且根據(jù)所述電信 號(hào)控制所述逆變電路210向所述定子繞組110提供的相電流的頻率，使得所述定子繞組110 產(chǎn)生的磁場變化，從而改變轉(zhuǎn)子120的