专利名称：电机的矢量控制电路及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电机的控制电路和控制方法，具体地说，涉及一种无传感器永磁无 刷电机的矢量变频控制的电流检测方法。
背景技术：
现有技术中由于永磁无刷电机转子位置的确定，需要准确检测到电动机三相输入的 电流，除采用电流传感器外，另外一种常用的方法是在功率模块的共地端增加三个或两 个电阻，通过检测电阻上的电压，来计算出电阻上流过的电流，进而确定电机的三相输 入电流，这种电路的结构比较复杂，并且成本也比较高；在检测过程中都有一个采样和 转换过程，如果这个过程中的电流检测不到，就会出现异常停机或者无法驱动或者性能 变差的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺陷，提供了一种功率模块和CPU之间设置一个电阻， 通过检测该电阻的电流确定各相电流，并且能很好地处理采样和转换过程中电流值的电 流检测方法。
本发明的电机的矢量控制电路的技术方案是这样的其包括CPU、功率模块，功率 模块和CPU连接，功率模块和电机连接，其特征在于在功率模块的共地端连接有一个 电阻，功率模块的共地端和CPU连接。
功率模块的共地端和CPU之间设置电流放大器。
CPU包括PARK变换、PARK反变换模块、电压信号产生器、电流采样模块、电流 采样处理模块、电流相位转换模块，它们顺次连接形成回路，功率模块连接在电压信号 产生器和电流采样模块之间。
在PARK反变换模块、电压信号产生器之间设置脉冲处理模块。 本发明的无传感器永磁无刷电机的矢量控制方法的技术方案是这样的 采样分为两个时间段，当只有一相通电时，设定为时刻为t2;当有两相同时通电时， 设定此时刻为tl;由于采样和转换需要一个最小处理时间，设定最小处理时间为tmin，
整个处理采样过程包括下列步骤
1) CPU接收tl、 t2时间段内的电流值，CPU根据tl、 t2时间段内的电流检测值，经 过相位转换，确定相电流值Ia、 Ib。
2) 矢量变换和控制模块根据相电流值Ia、 Ib，经过矢量控制处理过程得到下一时刻应 当输出的电压脉冲tl、 t2。
3) 脉冲处理模块对步骤2)中得到的tl、 t2脉冲进行处理。
4) 以tl时间段的处理过程为例:矢量变换和控制模块判断tl值的大小,若tl大于tmin， 则不做处理；否则将该值存储到指定存储器进行累加；
5) 当步骤3)累加的变量中值大于tmhi时，将该值作为插值脉冲输出；反之，将tl 下一时刻的脉冲值输出为0。
6) 输出的tl值输出到电压信号生成器，电压信号生成器根据矢量当前位置和tl、 t2 值输出三相电压值，经功率驱动模块，输出电压，驱动电机运行。
7) 电压信号生成器将电压输出到电流采样处理模块，若检测后发现tl时间段内的脉冲 值为0，则关闭电流采样模块，则该时刻的电流值需要依据前面时刻的电流值进行预测， 反之则启动电流采样模块，直接获取该时间段内的电流值。
8) 电流采样处理模块根据当前时刻采样后的tl、 t2时间段内的电流值，或者经过预测 过程后得到的电流预测值，确定tl、 t2的电流值；
9) 电流转换模块根据tl、 t2时刻的电流值，确定相电流Ia、 Ib,重新回到步骤l)进 行下一循环的处理。
步骤6)的依据前面时刻的电流值进行预测分为(l):t由t〉tmin逐渐减小到t-0和(2): t由t=0逐渐增加到t>tmin两个过程。
其中t由t>tmin逐渐减小到t=0时间段内包括下列步骤
1、 检测电阻上的电流，取t^min时间段内相邻时间间隔的两个时刻的电流值I(n) 和I(n-l);
2、 计算步骤l)测得的两个时刻电流值的差f(n), f(n)-(I(n)-I(n-l));
3、 假设后续时刻的变化情况仍延续第n-l时刻、第n时刻的变化进行线性变化， 则有预测值Ie(n+l"I(n)+f(n);
4、 同步骤3), Ie(n+2)=Ie (n+l) +f(n);
其中过程t由t=0逐渐增加到t>tmin时间段内采用了依据前一个电流变化周期的数据来进行预测的方法，采用依据前一个周期的数据来进行预测的方法，包括下列步骤 1、 依据权利要求7和8和9的方法，进行后向预测，利用后续时刻的电流采样值 对前面时刻的值进行预测，设前一周期的值有6个值分别为lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6，可预测如下
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、根据对前一个周期的电流值预测值，使本周期的电流值近似等于上个周期的电 流值；
Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2) Ie(2nl)=Ie(lnl)
步骤4)所述的插入的脉冲值的大小，由实际相邻的脉冲值来确定，设定采样时刻为 nl,n2……，若t(nl)+t(n2)〉tmin，可插入脉冲值tr(n2)= t(nl)+t(n2),tr(nl)-0，以此类推而 tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0，tr(n4)=0 。
在出现插值脉冲后，后续脉冲的电流预测值则依赖于插值脉冲的电流值和最后一个 有效脉冲的电流值，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)。
本发明的电机的矢量控制电流和方法，不但电路结构简单，并且可以比较准确地测 算出电机任何时刻的电流值，有效地简化了硬件电路，并实现了对电机的准确控制。
图1是电机矢量控制电路的结构方框图2是本发明的采样电路示意图3是本发明的电流采样时刻示意图4是本发明的tl、 t2的波形变化情况示意图5是本发明的接近t=0时间段内的脉冲宽度示意图； 图6是本发明的和图5对应的t值时间波形图7是本发明t由t=0逐渐增加到t>tmin时间段内的脉冲处理和电路检测示意图； 图8是本发明插入插值脉冲的示意图。
具体实施例方式
如图1、 2所示本发明的电机的矢量控制电路其包括CPU、功率模块，功率模块和 CPU连接，功率模块和电机M连接，在功率模块的共地端连接有一个电阻R,功率模块 的共地端和CPU连接，功率模块的共地端和CPU之间设置电流放大器，CPU包括PARK 变换、PARK反变换模块、电压信号产生器、电流采样模块、电流采样处理模块、电流 相位转换模块，它们顺次连接形成回路，功率模块连接在电压信号产生器和电流采样模 块之间，在PARK反变换模块、电压信号产生器之间设置脉冲处理模块。
本发明的电流检测电路通过对电阻R上的电流进行采样，然后分析对电机M进行控 制，其采样过程是这样的，如图23所示，采样分为两个时间段，当只有一相通电时，设 定为时刻为t2;当有两相同时通电时，设定此时刻为tl;如图4所示，由于采样和转换 需要一个最小处理时间，设定最小处理时间为tmin，整个处理采样过程包括下列步骤
1、 CPU接收tl、 t2时间段内的电流值，CPU根据tl、 t2时间段内的电流检测值，经过 相位转换，确定相电流值Ia、 Ib。
2、 矢量变换和控制模块根据相电流值Ia、 Ib，经过矢量控制处理过程得到下一时刻应当 输出的电压脉冲tl、 t2。
3、 脉冲处理模块对步骤2)中得到的tl、 t2脉冲进行处理。
4、 以tl时间段的处理过程为例矢量变换和控制模块判断tl值的大小，若tl大于tmin， 则不做处理；否则将该值存储到指定存储器进行累加；
5、 当步骤4)累加的变量中值大于tmin时，将该值作为插值脉冲输出；反之，将tl下 一时刻的脉冲值输出为0。
6、 输出的tl值输出到电压信号生成器，电压信号生成器根据矢量当前位置和tl、 t2值 输出三相电压值，经功率驱动模块，输出电压，驱动电机运行。
7、 电压信号生成器将电压输出到电流采样处理模块，若检测后发现tl时间段内的脉冲 值为0，则关闭电流采样模块，则该时刻的电流值需要依据前面时刻的电流值进行预 测，反之则启动电流采样模块，直接获取该时间段内的电流值。8、 电流采样处理模块根据当前时刻采样后的tl、 t2时间段内的电流值，或者经过预测过 程后得到的电流预测值，确定tl、 t2的电流值。
9、 电流转换模块根据tl、 t2时刻的电流值，确定相电流Ia、 1b，重新回到步骤l)进行 下一循环的处理。
步骤6)的依据前面时刻的电流值进行预测分为(l):t由t >tmin逐渐减小到t=0和(2): t由t-0逐渐增加到t>tmin两个过程，如图5、 6所示，其中t由t >tmin逐渐减小到t=0 时间段内包括下列步骤
1、 检测电阻上的电流，取Otmin时间段内相邻时间间隔的两个时刻的电流值I(n)和 I(n隱l);
2、 计算步骤l)测得的两个时刻电流值的差f(n)， f(n)-(I(n)-I(n-l));
3、 假设后续时刻的变化情况仍延续第n-l时刻、第n时刻的变化进行线性变化，则 有预测值Ie(n+l)=I(n)+f(n);
4、 同步骤3)， Ie(n+2)=Ie (n+l)十f(n)
其中t由t=0逐渐增加到t>tmin时间段内，采用依据前一个周期的数据来进行预测 的方法，如图7所示，包括下列步骤
1、 依据权利要求7和8和9的方法，进行后向预测，利用后续时刻的电流采样值对 前面时刻的值进行预测，设前一周期的值有6个值分别为lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6，可预测如下
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、 根据对前一个周期的电流值预测值，使本周期的电流值近似等于上个周期的电流 值；
Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2)
Ie(2nl)=Ie(lnl)
步骤4)所述的插入的脉冲值的大小，由实际相邻的脉冲值来确定，如图8所示，设 定采样时刻为nl,n2……，若t(nl)+t(n2)>tmin，可插入脉冲值tr(n2)= t(nl)+t(n2)，tr(nl)=0, 以此类推而tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0,tr(n4)=0。
在出现插值脉冲后，后续脉冲的电流预测值则依赖于插值脉冲的和最后一个有效脉 冲的电流值，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)。
权利要求
1.一种电机矢量控制的电流检测电路，其包括CPU、功率模块，功率模块和CPU连接，功率模块和电机连接，其特征在于在功率模块的共地端连接有一个电阻，功率模块的共地端和CPU连接。
2. 根据权利要求1所述的电机矢量控制的电流检测电路，其特征在于功率模块的共地端和CPU之间设置电流放大器。
3. 根据权利要求1所述的电机矢量控制的电流检测电路，其特征在于CPU包括PARK变 换、PARK反变换模块、电压信号产生器、电流采样模块、电流采样处理模块、电流相 位转换模块，它们顺次连接形成回路，功率模块连接在电压信号产生器和电流采样模块 之间。
4. 根据权利要求3所述的电机矢量控制的电流检测电路，其特征在于在PARK反变换模 块、电压信号产生器之间设置脉冲处理模块。
5. —种采用权利要求1所述的电流检测电路的检测方法，其特征在于采样分为两个时间段，当只有一相通电时，设定为时刻为t2;当有两相同时通电时，设定此时刻为tl;由于采样和转换需要一个最小处理时间，设定最小处理时间为tmin，整个处理采样过程包括下列步骤1) CPU接收tl、 t2时间段内的电流值，CPU根据tl、 t2时间段内的电流检 测值，经过相位转换，确定相电流值Ia、 Ib。2) 矢量变换和控制模块根据相电流值Ia、 Ib，经过矢量控制处理过程得到下 一时刻应当输出的电压脉冲tl、 t2。3) 脉冲处理模块对步骤2)中得到的tl、 t2脉冲进行处理。4) 以tl时间段的处理过程为例矢量变换和控制模块判断tl值的大小，若 tl大于tmin，则不做处理；否则将该值存储到指定存储器进行累加；5) 当步骤4)累加的变量中值大于tmin时，将该值作为插值脉冲输出；反之， 将tl下一时刻的脉冲值输出为0。6) 输出的tl值输出到电压信号生成器，电压信号生成器根据矢量当前位置和 tl、 t2值输出三相电压值，经功率驱动模块，输出电压，驱动电机运行。7) 电压信号生成器将电压输出到电流采样处理模块，若检测后发现tl时间段 内的脉冲值为0，则关闭电流采样模块，则该时刻的电流值需要依据前面 时刻的电流值进行预测，反之则启动电流采样模块，直接获取该时间段内 的电流值。8) 电流采样处理模块根据当前时刻采样后的tl、 t2时间段内的电流值，或者经过预测过程后得到的电流预测值，确定tl、 t2的电流值；9) 电流转换模块根据tl、 t2时刻的电流值，确定相电流Ia、 Ib，重新回到步 骤l)进行下一循环的处理。
6. 根据权利要求5所述的电流检测电路的检测方法，其特征在于步骤6)的依据前面时 刻的电流值进行预测分为(l):t由t〉tmin逐渐减小到t-0和(2): t由t-O逐渐增加到Ptmin两个过程。
7. 根据权利要求6所述的电流检测电路的检测方法，其中过程(1)时间段内包括下列步 骤1) 检测电阻上的电流，取t〉tmin时间段内相邻时间间隔的两个时刻的电流值 I(n)禾口 I(n-l);2) 计算步骤l)测得的两个时刻电流值的差f(n)， f(n)=(I(n)-I(n-l));3) 假设后续时刻的变化情况仍延续第n-l时刻、第n时刻的变化进行线性变 化，则有预测值Ie(n+l)=I(n)+f(n);4) 同步骤3)， Ie(n+2)=Ie (n+l)十f(n)。
8. 根据权利要求6所述的电流检测电路的检测方法，其特征在于其中过程(2) :t由t-O 逐渐增加到t>tmin时间段内采用了依据前一个电流变化周期的数据来进行预测的方法， 包括下列步骤1)依据权利要求7和8和9的方法，进行后向预测，利用后续时刻的电流 釆样值对前面时刻的值进行预测，设前一周期的值有6个值分别为lnl、 ln2、 ln3、 ln4、 ln5、 ln6,可预测如下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)根据对前一个周期的电流值预测值，使本周期的电流值近似等于上个周期 的电流值；Ie(2n5)=Ie(ln5) Ie(2n3)=Ie(ln3) Ie(2n2)=Ie(ln2) Ie(2nl)=Ie(lnl)。
9. 根据权利要求5所述的电流检测电路的检测方法，其特征在于步骤5)所述的插入的 脉冲值的大小，由实际相邻的脉冲值来确定，设定采样时刻为nl，n2……，若 t(nl)+t(n2)〉tmin ， 可插入脉冲值tr(n2)= t(nl)+t(n2),tr(nl)=0,以此类推而 tr(n5)=t(n3)+t(n4)+t(n5)>tmin, tr(n3)=0,tr(n4)=0 。
10. 根据权利要求9所述的电流检测电路的检测方法，其特征在于在出现插值脉冲后， 后续脉冲的电流预测值则依赖于插值脉冲的电流值和最后一个有效脉冲的电流值， 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
本发明涉及一种电机的矢量控制电路及控制方法，具体地说，涉及一种电机的矢量变频控制的电流检测方法，提供了一种功率模块和CPU之间设置一个电阻，通过检测该电阻的电流确定各相电流，并且能很好地处理采样和转换过程中电流值的电流检测方法，其包括CPU、功率模块，功率模块和CPU连接，功率模块和电机连接，其特征在于在功率模块的共地端连接有一个电阻，功率模块的共地端和CPU连接，本发明的电机的矢量控制电流和方法，不但电路结构简单，并且可以比较准确地测算出电机任何时刻的电流值，实现了对电机的准确控制，有效避免了电机的异常停机和无法驱动和性能变差的情况。
文档编号H02P21/00GK101369797SQ200710140198
公开日2009年2月18日 申请日期2007年8月13日 优先权日2007年8月13日
发明者刘兆祥 申请人:海信(北京)电器有限公司