电机控制方法及系统与流程

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机控制方法及系统。

背景技术：

无刷直流电机一般采用直接驱动的方式，即由主控芯片驱动IPM(智能功率模块)，母线直流电压通过IPM内部的逆变电路直接给电机的三相绕组供电。这种驱动方式使得电机反电动势直接与控制器的功率器件直接相连，当电机转速过高，电机的反电动势过大时，如果此时电源突然断电，母线电压下降，电机的反电动势直接连接在IPM内部的功率器件上，当IPM内部的功率器件两端电压超过其所能承受的最大耐压时，存在击穿损坏IPM的风险，驱动电路(如智能功率模块)的安全性无法保障。

技术实现要素：

鉴于上述电机控制方法中驱动电路的安全性较低的问题，本发明的目的在于提供一种电机控制方法及系统，提高驱动电路的安全性及电机运行的可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电机控制方法，包括如下步骤：

获取当前控制周期的实际母线电压、主控装置的实际输入电压、参考母线电压与参考输入电压；

根据所述当前控制周期的参考母线电压和实际母线电压计算母线电压变化量；

判断所述母线电压变化量是否大于预设阈值；

判断所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压是否大于或等于所述参考输入电压；

当所述母线电压变化量大于预设阈值且所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于所述参考输入电压时，将所述主控装置的实际输入电压调整为0。

在其中一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

当所述母线电压变化量大于所述预设阈值时，将所述当前控制周期的实际母线电压设置为下一控制周期的参考母线电压，进入下一控制周期。

在其中一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

当所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压小于参考输入电压时，将所述当前控制周期的实际输入电压设置为下一控制周期的参考输入电压，进入下一控制周期。

在其中一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

每隔一个控制周期读取一次所述实际母线电压，并计数一次，获得采样次数；

判断所述采样次数是否大于或等于预设次数；

当所述母线电压变化量大于预设阈值且所述当前实际输入电压大于或等于所述当前参考输入电压，且所述采样次数大于或等于预设次数时，将所述主控装置的实际输入电压调整为0。

在其中一个实施例中，所述方法还包括如下步骤：

获取所述电机的当前转速与转速参考值；

根据所述当前转速与所述转速参考值生成转速控制信号；

根据所述转速控制信号将所述主控装置的实际输入电压调整为0。

此外，本发明还提供了一种电机控制系统，包括：

获取模块，用于获取当前实际母线电压、主控装置的当前实际输入电压以及当前参考母线电压与当前参考输入电压；

运算模块，用于根据所述当前控制周期的参考母线电压和所述当前实际母线电压计算母线电压变化量；

第一判断模块，用于判断所述母线电压变化量是否大于预设阈值；

第二判断模块，用于判断所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压是否大于或等于所述参考输入电压；

控制模块，用于当所述母线电压变化量大于预设阈值且所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于所述参考输入电压时，将所述主控装置的实际输入电压调整为0。

在其中一个实施例中，所述控制系统还包括第一更新模块，所述第一更新模块用于当所述母线电压变化量大于所述预设阈值时，将所述当前控制周期的实际母线电压设置为下一控制周期的参考母线电压。

在其中一个实施例中，所述控制系统还包括所述第二更新模块，所述第二更新模块用于当所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压小于所述参考输入电压时，将所述当前控制周期的实际输入电压设置为下一控制周期的参考输入电压。

在其中一个实施例中，所述控制系统还包括：

计数模块，用于当所述获取模块每隔一个控制周期读取一次所述实际母线电压时，计数一次，获得采样次数；

第三判断模块，用于判断所述采样次数是否大于或等于预设次数；

所述控制模块还用于当所述母线电压变化量大于预设阈值且所述主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于所述参考输入电压，且所述采样次数大于或等于预设次数时，将所述主控装置的实际输入电压调整为0。

在其中一个实施例中，所述获取模块还用于获取所述电机的当前转速与转速参考值；

所述控制模块还用于根据所述当前转速与所述转速参考值生成转速控制信号，并根据所述转速控制信号将所述实际输入电压调整为0。

本发明的有益效果是：

本发明的电机控制方法及系统，通过母线电压变化量判断母线电压是否持续降低，通过主控装置的当前实际输入电压与当前参考输入电压判断主控装置是否继续工作，当母线电压变化量大于预设阈值且当前实际输入电压大于或等于当前参考输入电压时，说明电机突然断电且主控装置正常运行，此时，将主控装置的实际输入电压调整为0，以降低电机的转速，直至电机停止转动；从而可以防止电机转速过高，电机反电动势电压过大而影响驱动功率器件的安全性，提高了驱动电路的安全性，同时提高了电机运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例的电机控制装置的示意图；

图2为本发明的电机控制方法一实施例的控制流程图；

图3为本发明的电机控制方法另一实施例的控制流程图；

图4为本发明的电机控制控制系统一实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本发明的本发明的电机控制方法及系统作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，电机控制装置100包括主控装置110、智能功率模块(IPM)120以及电机130，其中，主控装置110与智能功率模块120连接，电机130与智能功率模块120连接。主控装置110将控制信号传送至智能功率模块120，通过智能功率模块120控制电机130的转动；智能功率模块120能够将电机的实时转动状态反馈至主控装置110。本实施例中，电机130可以为无刷直流电机或直流压缩机等基于无刷直流电机的改进产品，主控装置110可以为单片机等微处理器。

如图2所示，本发明一实施例的电机控制方法，用于上述电机控制装置100中电机的转速控制，上述方法包括如下步骤：

S100、获取当前控制周期的实际母线电压、主控装置的实际输入电压以及参考母线电压与考输入电压；其中，控制周期可以通过控制装置预先设定，控制周期可以为几十毫秒至几百毫秒，可以根据实际情况进行确定。本实施例中，可以通过连接在直流母线上的第一电压检测装置实时检测电机的实际母线电压，并将检测到的实际母线电压传送至主控装置110。主控装置110每隔一个控制周期读取一次实际母线电压，获得当前控制周期的实际母线电压。通过连接在主控装置输入端的第二电压检测装置实时检测主控装置的实际输入电压，并将检测到的实际输入电压传送至主控装置110，主控装置110每隔一个控制周期读取一次主控装置的实际输入电压，获得当前控制周期的主控装置的实际输入电压。

当前控制周期的参考母线电压和当前控制周期的参考输入电压可以根据上一控制周期的实际母线电压和主控装置的实际输入电压进行动态更新，从而可以提高转速控制的准确性，减小误判，其具体更新方式可参见下文中的描述。

S200、根据参考母线电压和实际母线电压计算母线电压变化量；其中，母线电压变化量＝当前控制周期的参考母线电压-当前控制周期的实际母线电压。在实际应用中，当市电突然断电或者电源插头突然被拔掉时，由于储能电容的作用，电机的母线电压会缓慢的降低。因此，当母线电压变化量大于0时，说明母线电压降低，可能存在市电突然断电或电源插头突然被拔掉等断电情况，从而可以根据母线电压变化量实时判断是否存在断电的情况。

当然，在其他实施例中，母线电压变化量＝当前控制周期的实际母线电压-当前控制周期的参考母线电压。此时，当母线电压变化量小于0时，说明母线电压降低，可能存在市电突然断电或电源插头突然被拔掉等断电情况。或者，母线电压变化量为当前控制周期的实际母线电压与当前控制周期的参考母线电压的差值的绝对值。

S300、判断母线电压变化量是否大于预设阈值，本实施例中，预设阈值一般为几十伏，可根据控制周期及具体情况进行确定。当母线电压变化量大于预设阈值时，判定此时存在断电的情况；当母线电压变化量小于或等于预设阈值时，说明此时电机运转正常，返回步骤S100，进入下一控制周期。

S400、判断主控装置在当前控制周期下的实际输入电压是否大于或等于参考输入电压；由于主控装置由低压电源供电，因此在电机的母线电压降低到最低工作电压之前，主控装置还会继续工作，因此，通过判断主控装置在当前控制周期下的实际输入电压与参考输入电压的关系可以判断主控装置的工作状态。当主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于参考输入电压时，此时说明主控装置正常运行。

当母线电压变化量大于预设阈值且主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于参考输入电压时，说明电机突然断电且主控装置正常运行，此时，执行步骤S500，将主控装置的实际输入电压调整为0，以降低电机的转速，从而可以防止电机转速过高，电机反电动势电压过大而影响驱动功率器件的安全性，提高了驱动电路的安全性，同时提高了电机运行的可靠性。否则，则返回步骤S100。

进一步地，上述电机控制装置100还可以包括声光报警器，当母线电压变化量大于预设阈值且主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于参考输入电压时，控制声光报警器发出报警信号。当然，更进一步地，上述电机控制装置100还可以包括显示装置，当母线电压变化量大于预设阈值且主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于参考输入电压时，控制显示装置显示掉电信息。

在一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：

当母线电压变化量大于预设阈值时，将当前控制周期的实际母线电压设置为下一控制周期的参考母线电压，获得更新的参考母线电压，并进入下一控制周期。这样可以根据更新的参考母线电压进行下一控制周期的控制，即重复执行上述步骤S100至步骤S500。通过实时更新参考母线电压，可以保证电机断电状态检测判断的可靠性，减少误判。

在一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：

当主控装置在当前控制周期下的实际输入电压小于参考输入电压时，将当前控制周期的实际输入电压设置为下一控制周期的参考输入电压，获得更新的参考输入电压，并进入下一控制周期。这样通过实时更新参考输入电压，可以保证主控装置运行状态检测的准确性，减少误判。

作为进一步地改进，如图3所示，上述方法还包括如下步骤：

S600、每隔一个控制周期读取一次实际母线电压，并计数一次，获得采样次数；本实施例中，初始采样次数为0，之后，每隔一个控制周期计数一次，采样次数在初始采样次数的基础上累加1，经过多个控制周期后，获得采样次数。本实施例中的采样次数可以等于控制周期的重复次数。

S700、判断采样次数是否大于或等于预设次数；本实施例中，预设次数可以为3次，当然，在其他实施例中，预设次数还可以为3次以上，如4～10次。通过重复多次判断电机的断电情况及主控装置的运行状态，可以进一步保证控制的准确性，减小误判。

当母线电压变化量大于预设阈值且主控装置在当前控制周期下的实际输入电压大于或等于参考输入电压，且采样次数大于或等于预设次数时，则执行步骤S500，将主控装置的实际输入电压调整为0，以降低电机的转速，直至电机的转速减小为0，以防止电机转速过高、反电动势过大造成功率器件的损坏，从而可以保证驱动电路的安全性；同时还可以实现电机的掉电保护，提高了电机运行的可靠性。否则，则返回步骤S100，进入下一控制周期。

在一个实施例中，上述方法还包括如下步骤：

获取电机的当前转速与转速参考值；其中，电机的当前转速可以通过转速检测装置获得，转速参考值可以通过主控装置预先设定。

根据当前转速与转速参考值生成转速控制信号；本实施例中，可以通过PID控制方法获得转速控制信号。具体地，根据当前转速与转速参考值通过PI调节获得电机的直流参考电流，同时通过电流检测装置获得电机的直流电流，根据电机的当前直流电流和直流参考电流经PI调节后获得电机的输出电压，根据电机的输出电压生成用于控制电机运行的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制信号。

根据转速控制信号将实际输入电压调整为0，以降低电机的转速，直至电机的转速调整为0，从而可以防止电机转速过高，电机反电动势电压过大而影响驱动功率器件的安全性，提高了驱动电路的安全性，同时提高了电机运行的可靠性。

此外，如图4所示，本发明还提供了一种电机控制系统200，包括获取模块210、运算模块220、第一判断模块230、第二判断模块240以及控制模块250。其中，获取模块210用于获取当前控制周期的实际母线电压、主控装置的实际输入电压、参考母线电压与参考输入电压；获取模块210可以通过连接在直流母线上的第一电压检测装置实时获取电机的实际母线电压，通过连接在主控装置输入端的第二电压检测装置实时获取主控装置的实际输入电压。主控装置110每隔一个控制周期读取一次主控装置的实际输入电压，获得当前控制周期的主控装置的实际输入电压。主控装置110每隔一个控制周期读取一次实际母线电压，获得当前控制周期的实际母线电压。

本实施例中，控制周期可以通过控制装置预先设定，控制周期可以为几十毫秒至几百毫秒，可以根据实际情况进行确定。各个控制周期的参考母线电压与参考输入电压可以根据上一控制周期的实际母线电压和实际输入电压进行实时更新。

运算模块220用于根据当前控制周期的参考母线电压和实际母线电压计算母线电压变化量；其中，母线电压变化量＝当前控制周期的参考母线电压-当前控制周期的实际母线电压。在实际应用中，当市电突然断电或者电源插头突然被拔掉时，由于储能电容的作用，电机的母线电压会缓慢的降低。因此可以根据母线电压变化量实时判断是否存在断电的情况。在其他实施例中，母线电压变化量＝当前控制周期的实际母线电压-当前控制周期的参考母线电压。或者，母线电压变化量为当前控制周期的实际母线电压与当前控制周期的参考母线电压的差值的绝对值。

第一判断模块230用于判断母线电压变化量是否大于预设阈值；本实施例中，预设阈值一般为几十伏，可根据控制周期及具体情况进行确定。当母线电压变化量大于预设阈值时，判定此时存在断电的情况。

第二判断模块240用于判断主控装置在当前控制周期的实际输入电压是否大于或等于参考输入电压；由于主控装置由低压电源供电，因此在电机的母线电压降低到最低工作电压之前，主控装置还会继续工作，因此，通过判断主控装置的当前输入电压与参考输入电压的关系可以判断主控装置的工作状态。

控制模块250用于当母线电压变化量大于预设阈值且当前控制周期的实际输入电压大于或等于参考输入电压时，将主控装置的实际输入电压调整为0，以降低电机的转速，从而可以防止电机转速过高，电机反电动势电压过大而影响驱动功率器件的安全性，提高了驱动电路的安全性，同时提高了电机运行的可靠性。

其中，获取模块210、运算模块220、第一判断模块230、第二判断模块240及控制模块250的工作原理，与上述控制方法中的步骤S100、步骤S200、步骤S300、步骤S400以及步骤S500执行过程一致，具体可参见上文中的描述。

在一个实施例中，控制系统200还包括第一更新模块，第一更新模块用于当母线电压变化量大于预设阈值时，将当前控制周期的实际母线电压设置为下一控制周期的参考母线电压，获得更新的参考母线电压。这样通过实时更新参考母线电压，可以保证电机断电状态检测判断的可靠性，减少误判。

在一个实施例中，控制系统200还包括第二更新模块，第二更新模块用于当主控装置在当前控制周期的实际输入电压小于参考输入电压时，将当前控制周期的实际输入电压设置为下一控制周期的参考输入电压，获得更新的参考输入电压。这样通过实时更新参考输入电压，可以保证主控装置运行状态检测的准确性，减少误判。

在一个实施例中，控制系统200还包括计数模块260及第三判断模块270。其中，计数模块260用于当获取模块每隔一个控制周期读取一次实际母线电压时，计数一次，获得采样次数；其中，计数模块260可以采用计数器等。

第三判断模块270用于判断采样次数是否大于或等于预设次数；本实施例中，预设次数可以为3次，当然，在其他实施例中，预设次数还可以为3次以上，如4～10次。通过重复多次判断电机的断电情况及主控装置的运行状态，可以进一步保证控制的准确性，减小误判。

控制模块250还用于当第一判断模块230判定母线电压变化量大于预设阈值且第二判断模块240判定主控装置在当前控制周期的实际输入电压大于或等于参考输入电压，且第三判断模块270判定采样次数大于或等于预设次数时，将主控装置的实际输入电压调整为0，以降低所述电机的转速，直至电机的转速减小为0，以防止电机转速过高、反电动势过大造成功率器件的损坏，从而可以保证驱动电路的安全性；同时还可以实现电机的掉电保护，提高了电机运行的可靠性。

在一个实施例中，获取模块210还用于获取电机的当前转速与转速参考值；控制模块250还用于根据当前转速与转速参考值生成转速控制信号，并根据转速控制信号将当前输入电压调整为0。本实施例中，可以通过PID控制方法获得转速控制信号。

本发明的电机控制方法及系统，通过母线电压变化量判断母线电压是否持续降低，通过主控装置的当前输入电压与参考输入电压判断主控装置是否继续工作，当母线电压变化量大于预设阈值且当前输入电压大于或等于参考输入电压时，说明电机突然断电且主控装置正常运行，此时，将主控装置的输入电压调整为0，以降低电机的转速，直至电机停止转动；从而可以防止电机转速过高，电机反电动势电压过大而影响驱动功率器件的安全性，提高了驱动电路的安全性，同时提高了电机运行的可靠性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。