一种多电机驱动的送风设备恒风量控制方法与流程

技术领域：
：本发明涉及一种多电机驱动的送风设备恒风量控制方法。
背景技术：
：：目前市场上的风机设备的恒风量控制，都是一个负载内只设置有一个恒风量控制的bldc电机来带动风轮或者风扇。这个恒风量控制的bldc电机据负载功率等参数完成设计并制定恒风量控制策略。但对于一些大盘管风机或超薄卡机在设计时都是使用2个电机来驱动多个风轮，这样，切换成恒风量控制的bldc电机时，两个恒风量控制的bldc电机在一个箱体(风道)内，各自风量闭环控制时，使箱体(即风道)内静压波动非常大，电机功率变化大，完全无法实现恒风量控制，成为整个行业内的技术难题。技术实现要素：：本发明的目的是提供一种多电机驱动的送风设备恒风量控制方法，设计简单，实施方便，可有效缩短研发时间和费用，可靠实现恒风量控制。本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：一种多电机驱动的送风设备恒风量控制方法，所述的送风设备包括至少2台bldc电机，每台bldc电机各自驱动不同的风轮并处于同一风道内，其特征在于：1)将每台bldc电机做成具速度闭环控制电机；2)在一个恒风量数据处理器里面存储恒风量控制函数q＝f(n，c)，其中q是风量，n是电机运行转速，c是电机运行参数；3)恒风量数据处理器向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令，使各台bldc电机运行的转速相同或者相当；4)每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c，恒风量数据处理器根据各台bldc电机反馈的电机运行参数c计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令。上述所述的恒风量数据处理器位于各台bldc电机外面，每台bldc电机包括控制驱动线路板和电机实体,制驱动线路板包括电源电路、微处理器、电机运行参数检测电路、逆变电路和转子位置测量电路，电源电路为各部分电路供电，转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器，电机运行参数检测电路将检测的电参数输入到微处理器，微处理器控制逆变电路工作，逆变电路的输出端连接定子组件的各相线圈绕组。上述所述的恒风量数据处理器是数字信号处理器dsp或者是单片机mcu。上述所述的恒风量数据处理器与各台bldc电机采用有线或者无线通信。上述所述的bldc电机只有2台。上述所述的各台bldc电机采用高精度控制的电机，恒风量数据处理器指令的转速与电机实际运行转速的误差在正负3转范围内。上述所述的每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c是功率参数或者是电流参数。上述所述的恒风量数据处理器里面的恒定风量q值可以由外部输入确定。上述所有的bldc电机是相同规格。上述所述的控制驱动线路板可以与电机实体造成一体。上述所述的控制驱动线路板可以与电机实体造成分体式。上述所述的各bldc电机的控制驱动线路板与恒风量数据处理器可集成在同一块线路板上。上述的恒风量数据处理器直接取代各bldc电机的控制驱动线路板的微处理器。上述所述当每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c是功率参数p时，恒风量数据处理器将各台bldc电机反馈的功率参数累加形成总功率p，将总功率代入恒风量控制函数q＝f(n，p)计算出保持恒定风量时的电机速度n。上述所述当每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c是母线 电流参数时，恒风量数据处理器将各台bldc电机反馈的母线电流参数累加形成总母线电流i，将总母线电流i代入恒风量控制函数q＝f(n，i)计算出保持恒定风量时的电机速度n。本发明与现有技术相比，具有如下效果：1)通过将每台bldc电机做成具速度闭环控制电机，恒风量数据处理器向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令，使各台bldc电机运行的转速相同或者相当；每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数，恒风量数据处理器根据各台bldc电机反馈的电机运行参数计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令，这样设计简单，实施方便，可有效缩短研发时间和费用，可靠实现恒风量控制。2)bldc电机是相同规格，可以更方便可靠控制；3)控制驱动线路板可以与电机实体造成一体，可以使结构更加紧凑；4)各bldc电机的控制驱动线路板与恒风量数据处理器可集成在同一块线路板上，可以减少电路的重复设置。例如电源电路，可以进一步降低产品成本。5)当每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c是功率参数时，恒风量数据处理器将各台bldc电机反馈的功率参数累加形成总功率，将总功率代入恒风量控制函数q＝f(n，c)计算出保持恒定风量时的电机速度n，算法简单，减少处理器的数据运算。附图说明：图1是本发明实施例一的结构示意图；图2是本发明实施例一中直流无刷电机的立体图；图3是本发明实施例一中直流无刷电机的一个分解图；图4是本发明实施例一中直流无刷电机的另一个分解图；图5是本发明实施例一中直流无刷电机的俯视图；图6是本发明图5中a-a剖视图；图7是本发明实施例一中控制驱动线路板电路方框图；图8是图7对应的电路图；图9是本发明的实例一通过实验测得的一族恒风量拟合曲线图；图10是本发明的实例一通过实验测得的五族恒风量拟合曲线图；图11是本发明实施例二的结构示意图。图12是本发明实施例四的结构示意图。具体实施方式：下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。实施例一：如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，在一个大盘管风机是使用2个bldc电机来驱动4个风轮，包括第一电机100、第二电机200和4个风轮400，第一电机100和第二电机200的两端的输出轴1分别驱动400，所述的第一电机100、第二电机200和4个风轮400处于同一风道500内，所述的第一电机100、第二电机200是规格相同的bldc电机，bldc电机包括电机实体和控制驱动线路板6，电机实体包括转轴1、转子组件2、定子组件3、机壳4和端盖5，转子组件2安装在转轴1上，定子组件3与机壳4安装在一起并嵌套在转子组件2外面，端盖5安装在机壳4的端部上，转轴1两端分别支承在端盖5的轴承上，控制驱动线路板6安装在由端盖5与机壳4围成的空腔10里面，在控制驱动线路板6上焊接安装有调速电位器7，本实施例中在前端盖或者后端盖的内侧面上开设有腔体50，所述的控制驱动线路板6安装在腔体50里面。恒风量数据处理器位于各台bldc电机外面，每台bldc电机包括控制驱动线路板和电机实体,制驱动线路板包括电源电路、微处理器、电机运行参数检测电路、逆变电路和转子位置测量电路，电源电路为各部分电路供电，转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器，电机运行参数检测电路将检测的电参数输入到微处理器，微处理器控制逆变电路工作，逆变电路的输出端连接定子组件的各相线圈绕组。如图7、图8所示，假设bldc电机是3相无刷直流永磁同步电机，电机运行参数检测电路包括转子位置测量电路、母线 电流检测电路和母线电压检测电路，转子位置测量电路一般采用3个霍尔传感器，3个霍尔传感器分别检测一个360度电角度周期的转子位置，每转过120度电角度改变一次定子组件12的各相线圈绕组的通电，形成3相6步控制模式。交流输入(acinput)经过由二级管d7、d8、d9、d10组成的全波整流电路后，在电容c1的一端输出直流母线电压vbus,直流母线电压vbus与输入交流电压有关，交流输入(acinput)的电压确定后，3相绕组的线电压up是pwm斩波输出电压，up＝vbus*α，α是微处理器输入到逆变电路的pwm信号的占空比，改变线电压up可以改变直流母线电流ibus,逆变电路由电子开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6组成，电子开关管q1、q2、q3、q4、q5、q6的控制端分别由微处理器输出的6路pwm信号(p1、p2、p3、p4、p5、p6)控制，逆变电路还连接电阻r1用于检测母线电流ibus，母线电流检测电路将电阻r1的检测母线电流ibus转换后传送到微处理器。电机输入功率控制由电子开关管q7控制，微处理器输出的1路pwm信号--即p0，来控制电子开关管q7的导通时间，以控制电机输入功率。转子位置测量电路检测转子位置信号并输入到微处理器，微处理器根据转子位置信号计算出电机的实时转速v，母线电流检测电路将母线电流输入到微处理器，母线电压检测电路将直流母线电压输入到微处理器，微处理器计算到输入功率p＝ibus*vbus。至此，我们可以方便地思考到2台bldc电机驱动的送风设备恒风量控制方法，其特征在于：1)将每台bldc电机做成具速度闭环控制电机；2)在一个恒风量数据处理器里面存储恒风量控制函数q＝f(n，p)，其中q是风量，n是电机运行转速，p是电机输入功率；3)恒风量数据处理器向各台bldc电机发送的相同或者想到那个的速度信号指令(相当的意思是发送到两台bldc的电机指令速度相差值在1％以内)，使各台bldc电机运行的转速相同或者相当，相当的意思是两台bldc的电机实际速度误差值在1％以内；4)每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机输入功率p1、p2，恒风量数据处理器根据各台bldc电机反馈的电机输入总功率p＝p1+p2计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台 bldc电机发送的相同的速度信号指令。建立数学模型：恒风量控制函数q＝f(n，c)，假设每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈电机运行参数c是功率参数p时，可以针对整个风量变化的范围建立多个风量点的恒风量控制函数，当处于某个风量点时，上述所述的函数关系式p＝f(n)是一个多项式函数：p＝c1+c2×n+...+cm×nm-1，其中c1,c2,…,cm是系数，p是输入功率，n是电机转速值，每一个目标风量对应一组c1,c2,…,cm系数并储存起来，微处理器根据输入的目标风量值in-cfm通过查表法或者插值法获得对应的一组c1,c2,…,cm系数，从而得到函数关系式p＝f(n)。述所述函数关系式p＝f(n)是一个二阶函数：p＝c1+c2×n+c3×n2。本发明的直接功率控制恒风量的控制方法(directpcontrolforconstantairflowcontrolapparatusmethod)开发和数学模型建立是这样的：一般来说，在一个通风系统，风机由bldc电机驱动在一个稳定的状态产生的气流空气。一个恒定的风量控制通过在一个静态的压力条件下的速度、功率控制实现，见如下关系式：cfm＝f(p,speed,pressure)，其中cfm是风量，p是功率,speed,是速度，pressure是静压。当有2台bldc电机驱动多个风轮时，我们假设两台bldc电机的转速是同步的，函数中的功率p＝p1+p2，p1是第一台电机的功率，p2是第二台电机的功率，当静态压力的变化，用功率和速度的控制维持该恒风量。随着静态压力增加，功率与速度随之变化。一簇恒风量cfm曲线可以测试出，如图9所示的，cfm＝300。基于这些恒风量cfm曲线，开发控制模型，当产品控制确定风量要求，通过控制功率和速度在特定的静态压力提供一个恒定风量cfm。在图10中，特性曲线代表保持控制功率和速度的的恒风量物理特性，所有电机的额定功率范围内，对任何类型的设计的气流系统的空调厂家，基于功率的测试结果与速度曲线，可以得出结论，一个典型的二次函数可以很好地用于开发建模作为一种典型的函数，p＝c1+c2×n+c3×n2，通过在曲线上选者三个待定点(a，b和c)，其对应的坐 标上的数据是(p1,n1),(p2,n2),(p3,n3)取得系数c1、c2、c3，见如下公式：通过and通过求解方程，m＝3。曲线拟合的过程是选择多项式描述曲线，多项式的系数可以通过最小二乘法求出。理论上可以用p＝c1+c2×n+c3×n2+...+cm×nm-1，实际上选择二项式就可以满足一般的需要。函数关系式p＝f(n)是一个二阶函数：p＝c1+c2×n+c3×n2，其中c1、c2和c3是系数，n是电机转速值，在测试的若干个目标风量中任何一个目标风量对应一组c1、c2和c3系数并储存起来，微处理器根据输入的目标风量值in-cfm通过查表法获得对应的一组c1、c2和c3系数，从而得到函数关系式p＝f(n)，在某负载中每一个目标风量对应一组c1、c2和c3系数具体如下表1所示：表1cfmc1c2c31500.338-0.1510.04583000.4423-0.21130.0765450。。。。。。。。。600。。。。。。。。。750。。。。。。。。。900。。。。。。。。。图10是1/3hp的pm电机在小型管道的hvac系统的直接功率控制恒风量的实验数据拟合曲线图，对于一个给定的目标气流，系统选择某些典型的风量cfm作为测试点建立一个数据库为建立数学模型之用。这些典型的点包括最小和最大风量值，附加一些中间点根据产品规格，典型的风量cfm作为测试点有5个，分别为150/300/450/600和750cfm。表2显示测试数据结果的一个例子。电机的转速的范围是从200到1400 rpm；系统的静态压力从0.1到1h2o。保持预设恒风量ccfm输出，获得一个对应图11的电机输入功率标么值，形成一个数据库。表2利用最小二乘法，每个预定的cfm风量对应功率和转速的二次函数，在一个标准的计算方法得到的：这些方程定义的功率与在一个特定的静态压力的任何系统的工作点的速度。当输入设定风量in-cfm预设，电机系统定义了一个与之对应的函数，其工作点的轨迹遵循函数定义。方程(3)到(7)可以表示为一个标准方程，c1、c2、c3是常数。如果请求的恒风量in-cfm要求不是建模曲线其中的一个，使用一种插值方法来获得一个新的特征方程拟合该请求的恒风量in-cfm，例如当请求的恒风量in-cfm＝525cfm要求被接收，相邻两个曲线cfm1-600cfm和cfm2-450cfm建模可以识别。然后两个相应的方程可以用于计算in-cfm＝525cfm曲线的新方程，通过插值法求取，具体请参考申请人于2014年1月28日申请的名称为：pm电机直接功率控制的恒风量控制方法及其应用的hvac系统；公告号为：cn104807152a的发明专利，里面详细介绍了如何建立恒风量控制函数的数学模型。在上述送风设备只有一个风量设定值时无需外部输入，当有多个设定风量或者任意设定风量时，恒风量数据处理器里面的恒定风量q值可以由外部输入确定，并且恒风量数据处理器里面存储多个测试风量点的恒风量控制函数，如果输入请求的恒风量in-cfm要求不是建模曲线(多个测试风量点的恒风量控制函数)其中的一个，使用一种插值方法来获得一个新的特征方程拟合该请求的恒风量in-cfm。恒风量数据处理器与各台bldc电机采用有线或者无线通信。恒风量数据处理器可以是数字信号处理器dsp或者是单片机mcu。恒风量数据处理器分别与2台bldc电机的控制驱动线路板6中的微处理器进行通信。2台bldc电机采用高精度控制的电机，高精度是指恒风量数据处理器指令的转速与电机实际运行转速的误差在正负3转范围内。2台bldc电机是相同规格，控制驱动线路板可以与电机实体造成一体。另外控制驱动线路板也可以与电机实体造成分体式，各bldc电机的控制驱动线路板与恒风量数据处理器可集成在同一块线路板上。实施例二：本实施例与实施例一的结构原理控制方法基本相同，不同点是：本实施例由3台bldc电机驱动6个风轮，包括第一电机100、第二电机200、第三电机600和6个风轮400，第一电机100、第二电机200和第三电机600的两端的输出轴1分别驱动400，所述的第一电机100、第二电机200、第三电机600和6个风轮400处于同一风道500内，所述的第一电机100、第二电机200、第三电机600是规格相同的bldc电机。恒风量数据处理器里面存储恒风量控制函数q＝f(n，p)，其中q是风量，n是电机运行转速，p是电机输入功率。恒风量数据处理器向3台bldc电机发送的相同的速度信号指令，使各台bldc电机运行的转速相同或者相当，相当的意思是两台bldc的电机实际速度误差值在1％以内；3台bldc电机分别向恒风量数据处理器反馈电机输入功率p1、p2、p3，即第一电机100向恒风量数据处理器反馈电机输入功率p1，第二电机200向恒风量数据处理器反馈电机输入功率p2，第三电机600向恒风量数据处理器反馈电机输入功率p3，恒风量数据处理器根据各台bldc电机反馈的电机输入总功率p＝p1+p2+p3计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令。恒风量数据处理器里面根据不同的风量点存储多个恒风量控制函数q＝f(n，p)，例如在输出风量为300cfm时的函数是：在输出风量为450cfm时的函数是：在输出风量为600cfm时的函数是：如果用户需求是输出风量为300cfm时，就调用相应的恒风量控制函数，根据反馈的电机输入总功率p计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令。本实施例采用3台bldc电机，但实际中会根据送风设备风道的宽度不同，会增加bldc电机和风轮。例如也可以采用4台bldc电机和8个风轮等。实施例三：本实施例是在实施例一基础上的改动：我们可以方便地思考到2台bldc电机驱动的送风设备恒风量控制方法，其特征在于：1)将每台bldc电机做成具速度闭环控制电机；2)在一个恒风量数据处理器里面存储恒风量控制函数q＝f(n，i)，其中q是风量，n是电机运行转速，i是直流母线电流；3)恒风量数据处理器向各台bldc电机发送的相同或者想到那个的速度信号指令(相当的意思是发送到两台bldc的电机指令速度相差值在1％以内)，使各台bldc电机运行的转速相同或者相当，相当的意思是两台bldc的电机实际速度误差值在1％以内；4)每台bldc电机向恒风量数据处理器反馈直流母线电流i1、i2，恒风量数据处理器根据各台bldc电机反馈的直流母线电流i＝i1+i2计算出保持恒定风量时的电机速度n，然后向各台bldc电机发送的相同的速度信号指令。假设：选者某一型号的bldc电机在某个风量点对应的恒风量函数关系式i＝f(n)是一个二阶函数：i＝c1+c2×n+c3×n2，通过实验，维持某个风量点恒定情况下测定(i,n)等多组数据，然后通过曲线拟合方法，得到对应某个风量点的系数c1、c2、c3；以此类推，可以测试多个风量点的恒风量函数的的系数c1、c2、c3，如表3所示：表3风量点(cfm)1500.58-0.230.02243000.66-0.330.0985450。。。。。。。。。600。。。。。。。。。750。。。。。。。。。900。。。。。。。。。那么在恒风量数据处理器存储有多个风量点的恒风量函数。可以实现对2台bldc电机驱动的送风设备恒风量控制。每台bldc电机只需要按照恒风量数据处理器发送的速度信号指令，运行在指定的转速就可以了。实施例四：本实施例是在实施例一基础上的改进：即将实施例一中的2台bldc电机的控制驱动线路板6移到电机壳体4的外部，因为2台bldc电机的控制驱动线路板6和恒风量数据处理器都需要独立供电，电路结构重复，增加成本，现在将2台bldc电机的控制驱动线路板6和恒风量数据处理器集成在一块线路板上，共用电源电路供电，删除重复的电路布局，简化结构没节省成本，如图12所述，图中2台bldc电机原来的控制驱动线路板6分别变为为第一控制驱动单元、第二控制驱动单元，电源电路同时为第一控制驱动单元、第二控制驱动单元、恒风量数据处理器供电，节省成本。如果恒风量数据处理器采用性能高的芯片(具有较高的运算速度和较多的i/o端口，那麽可以删除第一控制驱动单元、第二控制驱动单元里面的微处理器，直接由恒风量数据处理器取代完成其工作，这样进一步简化结构，节省成本。当前第1页12