本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永磁無刷直流電機(jī)的控制電路以及一種永磁無刷直流電機(jī)的控制方法。

背景技術(shù)：

無刷直流電機(jī)其相對(duì)于有刷直流電機(jī)，由于其具有適用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速快、能耗小、便于維修等特點(diǎn)，因此無刷直流電機(jī)是電機(jī)未來發(fā)展的主要發(fā)展方向；其中，對(duì)無刷電機(jī)的控制方法是影響無刷直流電機(jī)性能的關(guān)鍵，但由于在現(xiàn)有技術(shù)中，此種對(duì)無刷電機(jī)的控制方法仍不夠成熟，故在一些電動(dòng)機(jī)設(shè)備，如：縫紉機(jī)上依然是采用有刷直流電機(jī)；其極大地阻礙了無刷直流電機(jī)在各行中的推廣與使用，也阻礙著各種電動(dòng)機(jī)設(shè)備的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種永磁無刷直流電機(jī)的控制電路以及一種永磁無刷直流電機(jī)的控制方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種永磁無刷直流電機(jī)的控制電路，其與電機(jī)相配合，包括：

轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊，所述轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊用于對(duì)電機(jī)的預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；

位置傳感器，所述位置傳感器包括：信號(hào)處理電路和兩個(gè)以上霍爾檢測(cè)頭，且霍爾檢測(cè)頭均設(shè)置于電機(jī)的定子上，且兩相鄰霍爾檢測(cè)頭之間的距離相等；所述霍爾檢測(cè)頭用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁信號(hào)進(jìn)行采集并將其轉(zhuǎn)化為兩組以上的對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；

所述信號(hào)處理電路按預(yù)定的順序?qū)⑺谢魻枡z測(cè)頭在同一時(shí)刻所采集到的電信號(hào)進(jìn)行排列，得到位置信號(hào)，且每一個(gè)所述的位置信號(hào)均對(duì)應(yīng)著唯一的轉(zhuǎn)子移動(dòng)區(qū)域；

電機(jī)控制模塊，所述電機(jī)控制模塊分別與轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊和位置傳感器相連接，所述電機(jī)控制模塊包括：信號(hào)比較器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；

所述信號(hào)比較器用于接收所述位置傳感器所發(fā)送的位置信號(hào)，并對(duì)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的所有位置信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，再將實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為不一致，則根據(jù)比較結(jié)果得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)的三根相線相連接，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

進(jìn)一步，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中包括：六路三橋逆變器；

所述六路三橋逆變器的六路輸入端均與所述信號(hào)比較器中的控制芯片相連接，且其三路輸出端均與電機(jī)的三根相線相連接。

進(jìn)一步，所述霍爾檢測(cè)頭的數(shù)量為三個(gè)。

本發(fā)明一種應(yīng)用如上所述永磁無刷直流電機(jī)的控制電路的控制方法，包括：

對(duì)電機(jī)的預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；

在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，利用三個(gè)霍爾檢測(cè)頭持續(xù)地對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁信號(hào)進(jìn)行采集并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的三組電信號(hào)；

按預(yù)定的對(duì)同一時(shí)刻所采集到的電信號(hào)進(jìn)行排列，得到位置信號(hào)，且每一個(gè)所述的位置信號(hào)均對(duì)應(yīng)著唯一的轉(zhuǎn)子移動(dòng)區(qū)域；

對(duì)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的所有位置信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，再將實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為不一致，則對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整控制。

作為一種改進(jìn)，所述若比較結(jié)果為不一致，則對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整控制包括：

若預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)大于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出增大電壓的指令；若預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)小于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出減小電壓的指令。

作為另一種改進(jìn)，所述若比較結(jié)果為不一致，則對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整控制包括：

若預(yù)定速度大于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出增大電流的指令，同時(shí)采集當(dāng)前電機(jī)上的電流值，并判斷其是否小于該增大電流的指令中所要求的電流值，若小于，則向電機(jī)發(fā)出增大電壓的指令；

若預(yù)定速度小于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出減少電流的指令。

進(jìn)一步，所述將實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較還包括：

若比較結(jié)果為一致，則不對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整控制。

本發(fā)明提供了一種永磁無刷直流電機(jī)的控制電路與其控制方法，其很好地適應(yīng)于無刷直流電機(jī)，有助于無刷直流電機(jī)在各行中的推廣與使用，也促進(jìn)了各種電動(dòng)機(jī)設(shè)備的發(fā)展。

附圖說明

為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明控制電路的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明中的霍爾檢測(cè)頭的安裝位置關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明中三個(gè)霍爾檢測(cè)頭所檢測(cè)到的信號(hào)波形圖；

圖4為本發(fā)明中的六路三橋逆變器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明控制方法的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1至圖4，本發(fā)明是一種永磁無刷直流電機(jī)的控制電路，其與電機(jī)相配合，包括：

轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊110，所述轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊110用于對(duì)電機(jī)的預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；

位置傳感器120，所述位置傳感器120包括：信號(hào)處理電路121和兩個(gè)以上霍爾檢測(cè)頭122，且霍爾檢測(cè)頭122均設(shè)置于電機(jī)的定子201上，且兩相鄰霍爾檢測(cè)頭122之間的距離相等；所述霍爾檢測(cè)頭122用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子202上的磁信號(hào)進(jìn)行采集并將其轉(zhuǎn)化為兩組以上的對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；

其中，本發(fā)明中的霍爾檢測(cè)頭122是遇到N極會(huì)輸出一個(gè)高電平，遇到S極會(huì)輸出一個(gè)低電平的開關(guān)型霍爾檢測(cè)頭122；

所述信號(hào)處理電路121按預(yù)定的順序?qū)⑺谢魻枡z測(cè)頭122在同一時(shí)刻所采集到的電信號(hào)進(jìn)行排列，得到位置信號(hào)，且每一個(gè)所述的位置信號(hào)均對(duì)應(yīng)著唯一的轉(zhuǎn)子移動(dòng)區(qū)域；

電機(jī)控制模塊130，所述電機(jī)控制模塊130分別與轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊110和位置傳感器120相連接，所述電機(jī)控制模塊130包括：信號(hào)比較器131和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器132；

所述信號(hào)比較器131用于接收所述位置傳感器120所發(fā)送的位置信號(hào)，并對(duì)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的所有位置信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，再將實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若比較結(jié)果為不一致，則根據(jù)比較結(jié)果得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器132與電機(jī)的三根相線相連接，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

根據(jù)電平衡公式為： U=I*R1+E；

其中 E=K*w； (K 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)決定。w是電機(jī)角速度。）

Te=K1*I；(K1 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)決定。Te是電機(jī)電磁扭矩。）

Te-TL= K2*W’；(K2 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)和負(fù)載決定。TL是負(fù)載扭矩，W’是角加速度。）

本方案提出的控制方法是：當(dāng)設(shè)定速度大于實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出增大電流I的指令，當(dāng)判斷出當(dāng)前電流值小于電流指令要求的電流值時(shí)，發(fā)出增大電壓U指令。斬波占空比隨之增大。因?yàn)殡姍C(jī)速度不能突變，所以電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E不能突變，于是I會(huì)增大，隨之Te會(huì)增大，變會(huì)打破平衡，產(chǎn)生角加速度讓電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。反之，當(dāng)實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)要求減弱電流，產(chǎn)生負(fù)的角加速度，使電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，如此不斷調(diào)節(jié)，最終讓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定的轉(zhuǎn)速上。

而上述控制流程可簡(jiǎn)化為：當(dāng)設(shè)定速度大于實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出增大電壓U指令。斬波占空比隨之增大。因?yàn)殡姍C(jī)速度不能突變，所以電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E不能突變，于是I會(huì)增大，隨之Te會(huì)增大，變會(huì)打破平衡，產(chǎn)生角加速度讓電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。反之，當(dāng)實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出減小電壓U指令，產(chǎn)生負(fù)的角加速度，使電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，如此不斷調(diào)節(jié)，最終讓轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定的轉(zhuǎn)速上。

進(jìn)一步，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器132中包括：六路三橋逆變器；

所述六路三橋逆變器的六路輸入端均與所述信號(hào)比較器131中的控制芯片相連接，且其三路輸出端均與電機(jī)的三根相線相連接。

其中，所述六路三橋逆變器包括：六路MOS管，其分別被UH、UL、VH、VL、WH、WL控制，其中POWEER_U接電機(jī)的U線端，POWEER_V接電機(jī)的V線端，POWEER_W接電機(jī)的W線端。UH、UL、VH、VL、WH、WL六端均由控制芯片所控制輸入。

進(jìn)一步，所述霍爾檢測(cè)頭122的數(shù)量為三個(gè)，其分別是霍爾檢測(cè)頭U、霍爾檢測(cè)頭V、霍爾檢測(cè)頭W。

本發(fā)明應(yīng)用在縫紉機(jī)領(lǐng)域時(shí)，可采用腳踏板作為轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊，以進(jìn)行預(yù)定轉(zhuǎn)速設(shè)定，而電機(jī)將帶動(dòng)縫紉裝置。

請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明一種應(yīng)用永磁無刷直流電機(jī)的控制電路的控制方法，包括：

501.設(shè)定預(yù)定轉(zhuǎn)速

對(duì)電機(jī)的預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。

502.采集實(shí)際轉(zhuǎn)速

在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，利用三個(gè)霍爾檢測(cè)頭持續(xù)地對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁信號(hào)進(jìn)行采集并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的三組電信號(hào)；

按預(yù)定的對(duì)同一時(shí)刻所采集到的電信號(hào)進(jìn)行排列，得到位置信號(hào)，且每一個(gè)所述的位置信號(hào)均對(duì)應(yīng)著唯一的轉(zhuǎn)子移動(dòng)區(qū)域；

對(duì)預(yù)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的所有位置信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。

將霍爾檢測(cè)頭中所檢測(cè)到的高電平定義為1，低電平定義為0，同時(shí)將三個(gè)霍爾檢測(cè)頭按預(yù)定的順序組成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，則按照順序，分別是101、100、110、010、011、001，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就是5、4、6、2、3、1，這個(gè)數(shù)值稱作Hall值，由于在前期已經(jīng)將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍劃分為6個(gè)移動(dòng)區(qū)域，每個(gè)移動(dòng)區(qū)域?qū)?yīng)60°的范圍；將每個(gè)Hall值分別與一個(gè)移動(dòng)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，如：Hall值為1時(shí)對(duì)應(yīng)0°-59°的范圍，Hall值為2時(shí)對(duì)應(yīng)60°-119°的范圍等；故通過獲取Hall值，即可知道轉(zhuǎn)子所在的區(qū)域，可Hall值作為位置信號(hào)。

在得知Hall值后，通過統(tǒng)計(jì)在預(yù)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)子所進(jìn)入?yún)^(qū)域的數(shù)量，即可計(jì)算其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，如在10S內(nèi)，轉(zhuǎn)子通過了3個(gè)移動(dòng)區(qū)域，即其速度就為：3*60/10=18度/秒。

503.轉(zhuǎn)速之間的大小

將實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)之間的大小。

504.控制電機(jī)加速

若預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)大于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出增大電壓的指令；或，先向電機(jī)發(fā)出增大電流的指令，同時(shí)采集當(dāng)前電機(jī)上的電流值，并判斷其是否小于該增大電流的指令中所要求的電流值，若小于，則向電機(jī)發(fā)出增大電壓的指令；

根據(jù)電平衡公式為： U=I*R1+E；

其中 E=K*w； (K 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)決定。w是電機(jī)角速度。）

Te=K1*I；(K1 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)決定。Te是電機(jī)電磁扭矩。）

Te-TL= K2*W’；(K2 是個(gè)常數(shù)，由電機(jī)和負(fù)載決定。TL是負(fù)載扭矩，W’是角加速度。）

向電機(jī)發(fā)出增大電壓U的指令，使得斬波占空比隨之增大。因?yàn)殡姍C(jī)速度不能突變，所以電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E不能突變，于是I會(huì)增大，隨之Te會(huì)增大，變會(huì)打破平衡，產(chǎn)生角加速度讓電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。

先向電機(jī)發(fā)出增大電流I的指令，同時(shí)采集當(dāng)前電機(jī)上的電流值，并判斷其是否小于該增大電流的指令中所要求的電流值，若小于，則向電機(jī)發(fā)出增大電壓U的指令；使得斬波占空比隨之增大。因?yàn)殡姍C(jī)速度不能突變，所以電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E不能突變，于是I會(huì)增大，隨之Te會(huì)增大，變會(huì)打破平衡，產(chǎn)生角加速度讓電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。

505.控制電機(jī)減速

若預(yù)定轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)小于實(shí)際轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)時(shí)，向電機(jī)發(fā)出減小電壓U的指令；以產(chǎn)生負(fù)的角加速度，使電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，或，向電機(jī)發(fā)出減少電流I的指令，以產(chǎn)生負(fù)的角加速度，使電機(jī)轉(zhuǎn)速減小。

506.保持現(xiàn)有轉(zhuǎn)速

若比較結(jié)果為一致，則不對(duì)電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整控制。

507.電機(jī)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)

根據(jù)所接收到的指令，電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)調(diào)整的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作；在沒接收到新的指令時(shí)，則保持執(zhí)行現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，并在執(zhí)行驅(qū)動(dòng)動(dòng)作后，重新返回步驟502.采集實(shí)際轉(zhuǎn)速。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。