一种直流无刷电机控制方法

《一种直流无刷电机控制方法》涉及无刷电机及电子控制换相技术领域，特别涉及一种直流无刷电机的控制方法。

以三相直流无刷电机为例说明其控制原理：如图1所示，直流无刷驱动器包括电源部及控制部：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入或以交流电输入（110伏/220伏），如果输入是交流电先经转换器（AC-DCconverter）转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈绕组前须先将直流电由换流器（inverter）转成3相电压来驱动电机。换流器（inverter）一般由6个功率晶体管（Q1～Q6）分为上臂（Q1、Q3、Q5）/下臂（Q2、Q4、Q6）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM（脉冲宽度调制）决定功率晶体管开关频度及换流器（inverter）换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器（hall-sensor），做为速度之闭环回路控制，同时也做为相序控制的依据。

要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启或关闭换流器（inverter）中功率晶体管的顺序，如下图1中inverter中之AH、BH、CH（这些称为上臂功率晶体管）及AL、BL、CL（这些称为下臂功率晶体管），使电流依序流经电机线圈产生顺向（或逆向）旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管（或只开下臂功率晶体管）；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组很明显在图1的无刷电机一个周期需要换相六次，每次分别接通不同的线圈绕组：W、V→W、U→V、U→V、W→U、W→U、V。

截至2009年3月，直流无刷电机可以根据客户要求的条件下运行，例如恒速、恒力矩、恒功率等条件下，电机控制器利用闭环控制可以使电机按预设条件下稳定运行，例如，要求直流无刷电机以1200转/分钟运行，当电机控制器使电机以1200转/分钟运行后即进入一个稳定的状态。

传统的电机换相是通过专门测量单元测量转子位置来实现，测量单元可以是霍尔传感器或者测量线圈绕组的反电动势，但在安装霍尔传感器的位置误差或者测量单元的电子元器件的精度问题，往往测量到转子的换相位置不是最合适的换相位置，从而使各相绕组的工作电流过大，能耗增加。

图1是直流无刷电机的运行原理图；

图2是《一种直流无刷电机控制方法》的流程图。

图3是《一种直流无刷电机控制方法》实施例一的换相电角度示意图；

图4是《一种直流无刷电机控制方法》实施例一的结构示意图；

图5是《一种直流无刷电机控制方法》实施例二的电路原理图。

2016年12月7日，《一种直流无刷电机控制方法》获得第十八届中国专利优秀奖。 2100433B

如图2所示，《一种直流无刷电机控制方法》的一种直流无刷电机控制方法，其特征在于：电机进入稳态工作后，转子位置检测单元向电机控制单元发出换相信号，电机控制单元提前或者延迟一定的补偿电角度进行换相，记录并比较每次用不同补偿电角度的情况下的相电流值In，得到在该稳态工作条件时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm，然后使电机以最佳补偿角αm提前或者延迟换相。

上述所述在该稳态工作时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm可以通过如下方法得到：

S01：电机进入稳态后，转子位置检测单元检测电机的转子位置，电机控制单元正常换相，通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I0；

S02：确定在该稳态条件时的最小补偿电角度Δα；

S03：通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟一个补偿电角度Δα换相；通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I1；比较I0和I1相电流值可知是提前还是延时换相；

S04：按最小补偿电角度单位Δα累计增加补偿电角度nΔα（n＝2，3，4，...），根据步骤S03确定的提前或者延时换相关系，在通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟该补偿电角度nΔα换相；通过电流检测电路检测每次改变补偿电角度值后的电机定子的平均相电流In，比较用不同补偿电角度的情况下的相电流值In，寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。所述的稳态是电机在特定控制要求下的运行状态，可以是恒速运行稳态、可以恒力矩运行稳态、或者是恒功率运行的稳态。

• 实施例一

见图1、图3、图4所示，以三相直流无刷电机为例说明《一种直流无刷电机控制方法》的控制方法，图3中设置有六个换相时刻，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6，经过6次换相后形成一个换相周期，电机转子转动一圈，开关管的动作如下：AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组，每次分别接通不同的线圈绕组：W、V→W、U→V、U→V、W→U、W→U、V。从理论上讲，60度的电角度换相一次，但在安装霍尔传感器的位置误差或者测量单元的电子元器件的精度问题，往往测量到转子的换相位置不是最合适换相位置，从而使各相绕组的工作电流过大，能耗增加。因此，在电机进入稳态后（例如以1000转/分恒速运动），需要寻找最佳的换相位置，使相电流最小。从图4中，也可以看出一个周期有6个换相时间点，定子1上的霍尔传感器3可以感应转子2所处位置，当转子到达某个位置，霍尔传感器3马上发出换相信号。

假设T1时刻霍尔传感器发出信号，开关管的动作如下：AH、BL一组打开通电，线圈绕组W、V得电开始工作，

现采用如下方法获得最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm：

A：S01：电机进入稳态后，转子位置检测单元检测电机的转子位置，电机控制单元正常换相，通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I0；

B：确定在该稳态条件时的最小补偿电角度Δα＝0.1度；

C：提前电角度单位Δα＝0.1度换相，记录相电流值I1，并比较相电流值I1与初始相电流值I0的大小，则判断出，提前还是延迟换相。

若提前换相（I1＜I0），下次换相时，提前2Δα＝0.2度换相，并记录相电流值I2，比较相电流值I2与I1的大小，若I2＜I1，换相时继续增大补偿电角度，提前补偿电角度nΔα换相；若n＝8时，若In-1＜In，则Imin＝In-1，αm＝7Δαn；寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。那末，在该稳态的情况下，开关管AH、BL一组打开通电的最佳角度是比正常换相提前0.7度换相，使线圈绕组W、V得工作电流最小。其它绕组的换相方法可以参考上述方法。

若延迟换相时（I1＞I0），下次换相时，延迟2Δα＝0.2度换相，并记录相电流值I2，比较相电流值I2与I1的大小，若I2＜I1，换相时继续增大补偿电角度，延时补偿电角度nΔα换相；若n＝8时，若In-1＜In，则Imin＝In-1，αm＝7Δαn；寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。那末，在该稳态的情况下，开关管AH、BL一组打开通电的最佳角度是比正常换相延迟0.7度换相，使线圈绕组W、V得工作电流最小。其它绕组的换相方法可以参考上述方法。

• 实施例二

如图5所示的单相直流无刷电机，它不存在换相问题，但需要换向，即改变电流方向。通过打开开关管Q1、Q4可以实现电流的一个流向，通过打开开关管Q2、Q3可以实现电流的另一个流向，从理论上讲，180度的电角度换向一次，但在安装霍尔传感器的位置误差或者测量单元的电子元器件的精度问题，往往测量到转子的换向位置不是最合适的换向位置，从而使绕组的工作电流过大，能耗增加。因此，在电机进入稳态后（例如以1000转/分恒速运动），需要寻找最佳的换向位置，使相电流最小。

假设某时刻霍尔传感器发出信号，开关管Q1、Q4的动作，线圈绕组得电开始工作，现采用如下方法获得最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm：

A：程序开始运作时，记录第一次换向的初始相电流值I0；

B：确定在该稳态条件时的最小补偿电角度Δα＝0.2度；

C：延迟电角度单位Δα＝0.2度换向，记录相电流值I1，并比较相电流值I1与初始相电流值I0的大小，假设I1＜I0，则判断出，应该延迟换向，下次换向时，延迟2Δα＝0.4度换相，并记录相电流值I2，比较相电流值I2与I1的大小，若I2＜I1，换向时继续增大补偿电角度，当延时补偿电角度nΔα换相，若n＝8时，若I7＜I8，则Imin＝I7，αm＝7Δαn＝1.4度；寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。那末，在该稳态的情况下，开关管Q1、Q4一组打开通电的最佳角度是滞后电角度1.4度换向，使线圈绕组工作电流最小。开关管Q2、Q3换向方法可以参考上述方法。

一种直流无刷电机控制方法专利目的

《一种直流无刷电机控制方法》的一个目的是提供一种直流无刷电机控制方法，在电机工作在稳态后，以最小的相电流值运行，节约电能，提高效率。

一种直流无刷电机控制方法技术方案

《一种直流无刷电机控制方法》特征在于：电机进入稳态工作后，转子位置检测单元向电机控制单元发出换相信号，电机控制单元提前或者延迟一定的补偿电角度αn进行换相，记录并比较每次用不同补偿电角度αn的情况下的相电流值In，得到在该稳态工作条件时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm，然后使电机以最佳补偿角αm提前或者延迟换相。

上述所述在该稳态工作时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm可以通过如下方法得到：

S01：电机进入稳态后，转子位置检测单元检测电机的转子位置，电机控制单元正常换相，通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I0；

S02：确定在该稳态条件时的最小补偿电角度Δα；

S03：通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟一个补偿电角度Δα换相；通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I1；比较I0和I1相电流值可知是提前还是延时换相；

S04：按最小补偿电角度单位Δα累计增加补偿电角度nΔα（n＝2，3，4，...），根据步骤S03确定的提前或者延时换相关系，在通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟该补偿电角度nΔα换相；通过电流检测电路检测每次改变补偿电角度值后的电机定子的平均相电流In，比较用不同补偿电角度的情况下的相电流值In，寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。

上述所述的稳态是电机在特定控制要求下的运行状态，可以是恒速运行稳态、可以恒力矩运行稳态、或者是恒功率运行的稳态。

上述所述对于单相直流无刷电机，所述的换相信号是指电流换向信号。

一种直流无刷电机控制方法改善效果

在电机工作在稳态后，通过追踪电机换相时的最小的相电流值运行对应的最佳补偿角，使电机以最佳补偿角αm提前或者延迟在换相或者换向，使线圈绕组工作电流处于最小值，从而节约电能，降低运行成本。

1.《一种直流无刷电机控制方法》特征在于：电机进入稳态工作后，转子位置检测单元向电机控制单元发出换相信号，电机控制单元提前或者延迟一定的补偿电角度进行换相，记录并比较每次用不同补偿电角度的情况下的相电流值In，得到在该稳态工作条件时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm，然后使电机以最佳补偿角αm提前或者延迟换相。

2.根据权利要求1所述的一种直流无刷电机控制方法，其特征在于：在该稳态工作时的最小相电流值Imin对应的最佳补偿角αm可以通过如下方法得到：

S01：电机进入稳态后，转子位置检测单元检测电机的转子位置，电机控制单元正常换相，通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I0；

S02：确定在该稳态条件时的最小补偿电角度Δα；

S03：通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟一个补偿电角度Δα换相；通过电流检测电路检测此时的电机定子的平均相电流I1；比较I0和I1相电流值可知是提前还是延时换相；

S04：按最小补偿电角度单位Δα累计增加补偿电角度nΔα（n＝2，3，4，...），根据步骤S03确定的提前或者延时换相关系，在通过转子位置检测单元检测到的电机转子正常换相位置时，提前或者延迟该补偿电角度nΔα换相；通过电流检测电路检测每次改变补偿电角度值后的电机定子的平均相电流In，比较用不同补偿电角度的情况下的相电流值In，寻找到最小相电流值Imin和对应的最佳补偿角αm。

3.根据权利要求1或2所述的一种直流无刷电机控制方法，其特征在于：所述的稳态是电机在特定控制要求下的运行状态，可以是恒速运行稳态、可以恒力矩运行稳态、或者是恒功率运行的稳态。

4.根据权利要求1或2所述的一种直流无刷电机控制方法，其特征在于：对于单相直流无刷电机，所述的换相信号是指电流换向信号。

《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》涉及电机控制领域，具体涉及一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法 。

图1、《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法流程图；

图2、《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的另一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法流程图 。

一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法专利目的

《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的目的是提供一种能够提高变频控制板标准化、模块化的检测方法，使一种变频控制板通过自识别、自适应可以匹配不同的直流无刷电机。

《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的另一目的是提供具有上述变频控制板的电器 。

一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法技术方案

为达到上述目的，《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》采用的技术方案是：一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法，其特征在于：在变频控制板中预置多种直流无刷电机驱动程序，通电后所述变频控制板判断待匹配 直流无刷电机运行。

所述的判断待匹配直流无刷电机类型的方法为，根据待匹配直流无刷电机的配置参数判断待匹配直流无刷电机类型，所述配置参数为待匹配电机上的装配的磁铁个数或霍尔个数。

所述变频控制板中还预置每种直流无刷电机的配置参数，包括如下检测步骤：

（a1）待匹配电机通电运行；

（a2）所述变频控制板判断待匹配直流无刷电机的配置参数，并查找与待匹配直流无刷电机的配置参数相对应的直流无刷电机驱动程序，驱动直流无刷电机运行；

（a3）变频控制板将该直流无刷电机驱动程序设为默认的直流无刷电机驱动程序。

所述的查询参数为预置直流无刷电机控制程序相应的直流无刷电机的配置参数，所述查询参数为预置直流无刷电机控制程序相应的直流无刷电机上的装配的磁铁个数或霍尔个数，所述查询参数与预置直流无刷电机控制程序是一一对应的设置在变频控制板中。

所述变频控制板中预置一种首选直流无刷电机驱动程序，步骤（a2）中变频控制板首先判断待匹配直流无刷电机的配置参数与首选直流无刷电机驱动程序对应的配置参数相同时，变频控制板以首选直流无刷电机驱动程序驱动待测直流无刷电机运行；待匹配电机的配置参数与首选直流无刷电机驱动程序对应的配置参数不同，则变频控制板以待匹配电机的配置参数对应的一种直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T2,变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（a3）,若待匹配电机运行不正常，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中预置一种首选直流无刷电机驱动程序，步骤（a2）中待匹配电机的配置参数与首选直流无刷电机驱动程序对应的配置参数不同，所述待匹配直流无刷电机的配置参数对应至少两种预置直流无刷电机驱动程序，则变频控制板选择其中一种预置直流无刷电机驱动程序驱动待匹配电机运行固定时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（a3）,若待匹配电机运行不正常，则变频控制板选择另一种与待匹配直流无刷电机的配置参数对应的预置直流无刷电机驱动程序，驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T2，并检测其运行信号，直至选出待匹配电机运行正常时对应的预置直流无刷电机驱动程序，执行步骤（a3）；若无使直流无刷电机运行正常的驱动程序，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中未设置首选直流无刷电机驱动程序，变频控制板查找待匹配直流无刷电机的配置参数对应的一种预置直流无刷电机运行程序，并以该直流无刷电机运行程序驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（a3），若待匹配直流无刷电机运行不正常，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中未设置首选直流无刷电机驱动程序，变频控制板查找待匹配直流无刷电机的配置参数对应的至少两种预置直流无刷电机驱动程序，变频控制板一其中一种预置直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（a3），若待匹配直流无刷电机运行不正常，则变频控制板选择另一种与待匹配直流无刷电机的配置参数对应的预置直流无刷电机驱动程序，驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T2，并检测其运行信号，直至选出待配直流无刷电机类型并查找相应直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行。匹配电机运行正常时对应的预置直流无刷电机驱动程序，执行步骤（a3）；若无使直流无刷电机运行正常的驱动程序，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中未设置与待匹配直流无刷电机的配置参数相对应的直流无刷电机驱动程序，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述的判断待匹配直流无刷电机类型的方法为，变频控制板以固定的指令驱动待匹配直流无刷电机运行固定时间T1，待匹配直流无刷电机反馈信号，变频控制板根据待匹配电机反馈信号判断待匹配直流无刷电机类型。

所述变频控制板中还预置与每种直流无刷电机驱动程序相对应的查询单元，包括如下检测步骤：

（b1）所述变频控制板连接待匹配直流无刷电机后通过固定的指令驱动待匹配直流无刷电机启动；

（b2）待匹配直流无刷电机运行固定时间T1并反馈信号至变频控制板；

（b3）变频控制板根据反馈信号所属查询单元，调用相应的直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行；

（b4）变频控制板将该直流无刷电机驱动程序设为默认的直流无刷电机驱动程序。

步骤（b1）所述固定指令为预置在变频控制板中的驱动直流无刷电机运行的驱动指令，使待匹配直流无刷电机以固定的频率、电压或电流或转速运行时间T1。

所述查询单元为在检测前将多种直流无刷电机使用固定的频率或固定电压或固定电流通电固定的时间进行检测得到的检测信号或信号范围，查询单元与查询单元对应的直流无刷电机驱动程序储存在变频控制板中，查询单元为一闭合区间，所述查询单元与相应的直流无刷电机的驱动程序一一对应的设置在变频控制板中。

所述变频控制板中设置一种首选的直流无刷电机驱动程序，若步骤（b3）中反馈信号所属查询单元对应的是首选直流无刷电机的驱动程序，则变频控制板按照首选直流无刷电机驱动程序驱动待匹配电机运行；若步骤（b3）中反馈信号所属查询区间对应的不是首选直流无刷电机的驱动程序，则变频控制板按照反馈信号所属查询单元对应的一种预置直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（b4）,若待匹配电机运行不正常，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中设置一种首选的直流无刷电机驱动程序，若步骤（b3）中所述反馈信号所属查询单元对应的不是首选直流无刷电机的驱动程序，同时，反馈信号所属至少两个查询单元，则变频控制板调用与反馈信号所属查询单元对应的预置直流无刷电机驱动程序，变频控制板先选择其中一种直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（b4）；若待匹配电机运行不正常，则选择另外的一种与反馈信号所述查询单元相对应的直流无刷电机的驱动程序驱动待匹配电机运行时间T2，变频控制板检测其运行信号是否正常，直至选择到待匹配直流无刷电机运行正常的直流无刷驱动程序，则执行步骤（b4），若无使直流无刷电机运行正常的驱动程序，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中未设置首选直流无刷电机驱动程序，步骤（b3）中变频控制板按照反馈信号所属查询单元对应的一种预置直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，则执行步骤（b4），若待匹配电机运行不正常，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述变频控制板中未设置首选直流无刷电机驱动程序，步骤（b3）所述反馈信号所属至少两个查询单元，则变频控制板调用与反馈信号所属查询单元对应的直流无刷电机的驱动程序，变频控制板先选择其中一种直流无刷电机的驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行时间T2，变频控制板检测其运行信号，待匹配直流无刷电机运行正常，执行步骤（b4）；若待匹配直流无刷电机运行不正常，变频控制板选择反馈信号所属查询单元对应的另外任一种直流无刷电机的驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行时间T2，并检测其运行信号是否正常，直至选择到反馈信号所述查询单元对应的直流无刷电机驱动程序驱动待匹配直流无刷电机运行正常时的驱动程序，则执行步骤（b4），若无使直流无刷电机运行正常的驱动程序，则变频控制板作出更新驱动程序的提示。

所述步骤（b3）中变频控制板中无待匹配直流无刷电机的反馈信号所属查询单元，则变频控制板作出更新直流无刷电机驱动程序的提示。

所述变频控制板中设置外接更新接口，通过所述外界更新接口更新所述直流无刷电机驱动程序。

一种应用所述匹配多种直流无刷电机控制程序的检测方法的电器，其特征在于：所述电器安装有变频控制板，所述变频控制板中预置有多种直流无刷电机的驱动程序 。

一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法改善效果

《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的一种匹配多种直流无刷电机的控制程序的检测方法，能够提高变频控制板标准化、模块化的检测，使一种变频控制板通过自识别、自适应可以匹配不同的直流无刷电机。

《一种匹配多种直流无刷电机驱动程序的控制方法》的具有上述变频控制板的电器，能够拼配不同的直流无刷电机，自适应的检测其最佳驱动程序，驱动其运行 。