无刷电机相位超前角上限设定的方法、装置和控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无刷电机相位超前角上限设定的方法、装置和控制系统，所述方法包括：检测电机状态参数；获取第一控制参数；根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负载的表征因子；所述表征因子用于表征所述电机负载的轻重程度；根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位超前角上限；所述第二控制参数为常数。本发明提供的方法，能够根据电机负载的轻重程度动态设定与之相关的相位超前角上限，从而有效控制调整施加于所述电机的激励信号的相位，以避免电机轻载尤其是空载时出现飞车等异常现象。
【专利说明】无刷电机相位超前角上限设定的方法、装置和控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种无刷电机相位超前角上限设定的 方法、装置和控制系统。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 无刷电机的绕组呈电感特性，因此绕组电流滞后于所施加的电压。所以通常设置 一定的相位超前角以使得相电流与相应的反电动势同相，以达到提高电机输出扭矩和效率 的目的。相位超前角的设置可以通过相电流检测实现，不过需要消耗较多的计算资源，硬件 成本也高。因此经常采用间接估算的方法来进行相位超前角的计算，比如通过检测母线电 流并将其与电机的控制参数运算后得到相位超前角。以基于电机平均电流的自动超前角算 法为例，相位超前角与电机平均电流成正比。
[0004] 然而，这种自动超前角算法会导致一个较为突出的问题，就是电机轻载尤其是空 载时容易飞车。电机飞车具体表现为电机转速和功率突然剧烈增加。这与自动超前角算法 的正反馈有关，即：一方面，在电机轻载尤其是空载时，电机容易受到外界干扰而进入弱磁； 另一方面，一旦进入弱磁，电机效率下降、母线电流上升，超前角会由此增大，使得电机进入 弱磁的程度更高，这进一步导致电机的速度和电流上升。这种正反馈最终导致电机的转速 和功率突然迅速增加而失控。采用固定超前角，虽然可以切断所述正反馈，但是当所采用超 前角较大时，电机也容易飞车。电机飞车会造成电机过热而受损，甚至威胁人员安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。
[0006] 图1为本发明实施例提供的一种无刷电机相位超前角上限设定的方法流程图；
[0007] 图2为本发明实施例提供的一种相位超前角上限的函数关系示意图；
[0008] 图3为本发明实施例提供的另一种相位超前角上限的函数关系示意图；
[0009] 图4为本发明实施例提供的基于平均电流的相位超前角及其上限设定示意图；
[0010] 图5为本发明实施例提供的一种无刷电机相位超前角上限设定的装置结构示意 图；
[0011] 图6为本发明实施例提供的无刷电机控制系统的结构示意图。
[0012] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【发明内容】
[0013] 本发明实施例提供了一种无刷电机相位超前角上限设定的方法、装置和控制系 统，能够根据电机负载的轻重程度动态设定与之相关的相位超前角上限，从而有效控制调 整施加于所述电机的激励信号的相位，以避免电机轻载尤其是空载时出现飞车等异常现 象。
[0014] 第一方面，本发明实施例提供了一种无刷电机相位超前角上限设定的方法，包 括：
[0015] 检测电机状态参数；
[0016] 获取第一控制参数；
[0017] 根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负载的表征因子；所述表征 因子用于表征所述电机负载的轻重程度；
[0018] 根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位超前角上限；所述第二控制 参数为常数。
[0019] 优选的，所述第一控制参数包括电机的线电压；所述电机状态参数包括电机转速； 所述表征因子具体为所述电机的线电压与所述电机转速的比值的增函数。
[0020] 优选的，所述方法还包括：
[0021] 获取所述电机当前的相位超前角；
[0022] 确定所述电机当前的相位超前角是否超过所述相位超前角上限；
[0023] 当所述电机当前的相位超前角超过所述相位超前角上限时，根据所述相位超前角 上限，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
[0024] 进一步优选的，所述方法还包括：当所述电机当前的相位超前角不超过所述相位 超前角上限时，根据所述电机当前的相位超前角，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
[0025] 第二方面，本发明实施例提供了一种无刷电机相位超前角上限设定的装置，包 括：
[0026] 检测单元，用于检测电机状态参数；
[0027] 获取单元，用于获取第一控制参数；
[0028] 表征因子计算单元，用于根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负 载的表征因子；所述表征因子用于表征所述电机负载的轻重程度；
[0029] 超前角上限计算单元，用于根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位 超前角上限；所述第二控制参数为常数。
[0030] 优选的，所述第一控制参数包括电机的线电压；所述电机状态参数包括电机转速； 所述表征因子具体为所述电机的线电压与所述电机转速的比值的增函数。
[0031] 优选的，所述装置还包括：
[0032] 超前角计算单元，用于获取所述电机当前的相位超前角；
[0033] 判定单元，用于确定所述电机当前的相位超前角是否超过所述相位超前角上限；
[0034] 控制和驱动单元，用于当所述电机当前的相位超前角超过所述相位超前角上限 时，根据所述相位超前角上限，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
[0035] 进一步优选的，所述控制和驱动单元还用于：当所述电机当前的相位超前角不超 过所述相位超前角上限时，根据所述电机当前的相位超前角，调整施加于所述电机的激励 信号的相位。
[0036] 第三方面，本发明实施例还提供了一种控制电路，包括上述第二方面所述的无刷 电机相位超前角上限设定的装置。
[0037] 第四方面，本发明实施例还提供了一种无刷电机控制系统，包括：检测电路、如上 述第三方面所述的控制电路和功率开关电路。
[0038] 本发明实施例的无刷电机相位超前角上限设定的方法，根据电机状态参数和第一 控制参数得到表征所述电机负载的轻重程度的表征因子，并根据表征因子和第二控制参数 计算得到相位超前角上限，从而根据电机负载的轻重程度动态设定与之相关的相位超前角 上限，有效控制调整施加于电机的激励信号的相位，以避免电机轻载尤其是空载时出现飞 车等异常现象。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，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 在没有做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。
[0040] 本发明实施例一提供了一种无刷电机相位超前角上限设定的方法，如图1所示， 所述包括如下步骤：
[0041] 步骤110,检测电机状态参数；
[0042] 具体的，电机状态参数包括电机的转速；
[0043] 与无刷电机相连接的控制模块对无刷电机的工作状态进行检测，从而获取电机当 前的转速FG。
[0044] 步骤120,获取第一控制参数；
[0045] 具体的，第一控制参数包括电机线电压Vs。
[0046] 当使用脉冲宽度调制（PWM)技术控制电机时，电机线电压与所施加的PWM信号的 占空比成比例。
[0047] 步骤130,根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负载的表征因子； 所述表征因子用于表征所述电机负载的轻重程度；
[0048] 具体的，电机转速FG与电机线电压Vs、电机负载密切相关，因此可以用电机转速 FG和电机线电压Vs的函数作为电机负载的表征因子L来表示电机负载的轻重程度。
[0049] 电机负载表征因子可以具体用f (FG，Vs)来表示，具体为Vs/FG的函数。Vs与FG 的比值越大，电机负载的表征因子L越大，表示电机负载越重；反之，Vs与FG的比值越小， 电机负载的表征因子L越小，表示电机负载越轻。
[0050] 进一步的，f(FG，Vs)可以为Vs/FG的连续函数，或者可以由查表得到。
[0051] 步骤140,根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位超前角上限；所 述第二控制参数为常数。
[0052] 具体的，相位超前角上限队与表征因子f(FG，Vs)和第二控制参数的乘积为函数 关系。
[0053] 第二控制参数可以为一个常数，用来表示，该常数的具体数值可以通过与无刷 电机相连接的控制模块或芯片来确定，或者进行设定和变更。
[0054] 在一个具体的例子中，相位超前角上限U,可以由如下公式表示：
[0055]
【权利要求】
1. 一种无刷电机相位超前角上限设定的方法，其特征在于，所述方法包括： 检测电机状态参数； 获取第一控制参数； 根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负载的表征因子；所述表征因子 用于表征所述电机负载的轻重程度； 根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位超前角上限；所述第二控制参数 为常数。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一控制参数包括电机的线电压；所 述电机状态参数包括电机转速；所述表征因子具体为所述电机的线电压与所述电机转速的 比值的增函数。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 获取所述电机当前的相位超前角； 确定所述电机当前的相位超前角是否超过所述相位超前角上限； 当所述电机当前的相位超前角超过所述相位超前角上限时，根据所述相位超前角上 限，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 当所述电机当前的相位超前角不超过所述相位超前角上限时，根据所述电机当前的相 位超前角，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
5. -种无刷电机相位超前角上限设定的装置，其特征在于，所述装置包括： 检测单元，用于检测电机状态参数； 获取单元，用于获取第一控制参数； 表征因子计算单元，用于根据所述电机状态参数和所述第一控制参数得到电机负载的 表征因子；所述表征因子用于表征所述电机负载的轻重程度； 超前角上限计算单元，用于根据所述表征因子和所述第二控制参数计算得到相位超前 角上限；所述第二控制参数为常数。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一控制参数包括电机的线电压；所 述电机状态参数包括电机转速；所述表征因子具体为所述电机的线电压与所述电机转速的 比值的增函数。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 超前角计算单元，用于获取所述电机当前的相位超前角； 判定单元，用于确定所述电机当前的相位超前角是否超过所述相位超前角上限； 控制和驱动单元，用于当所述电机当前的相位超前角超过所述相位超前角上限时，根 据所述相位超前角上限，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制和驱动单元还用于： 当所述电机当前的相位超前角不超过所述相位超前角上限时，根据所述电机当前的相 位超前角，调整施加于所述电机的激励信号的相位。
9. 一种控制电路，其特征在于，所述控制电路包括如上述权利要求5-8任一权项所述 的无刷电机相位超前角上限设定的装置。
10. -种无刷电机控制系统，其特征在于，所述系统包括：检测电路、如上述权利要求9
【文档编号】H02P6/00GK104092412SQ201410308676
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】高峰, 林建辉 申请人:英特格灵芯片(天津)有限公司