[发明专利]一种直流电机的控制方法

说明书

本发明提供一种直流电机的控制方法。该控制方法包括：从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接对应设置的逆变单元的两个信号输出端，通过控制输入到逆变单元的开关信号的脉宽以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波。本发明提供的技术方案结合改进后电机相负载绕组的接线方式和配合相应的逆变电路，以简洁的控制算法实现正弦波驱动电机的每一相负载绕组使电机运行更高速安静。相比于现有的电机驱动方式，同等条件下本发明的技术方案电机驱动的效率更高、扭矩更大，并且电机扭矩和转速调节的实现更加简单。

技术领域

本申请涉及电机运行控制领域，具体涉及一种高效、简洁的直流电机运行的控制方法。

背景技术

直流无刷电机(马达)又称节能电机，是由转子(磁铁)及定子(线圈)两个部分所组成。市面上大多数无刷电机为三相，三相电机的定子为三组绕线圈，电流经过线团时所产生的电场对转子产生扭距，从而促使电机运转。目前，所有市面上三相无刷电机为星形(star)或三角形(delta)接法，电机内的三组线圈(每一组线有两端)互相联接，余下来的三端接到电机外部称为三相三线电机，驱动三线电机要用三组半桥。

直流电机驱动器输出在三组电圈上的有效电压为正弦波，为此，三相三线电机用SpaceVectorModulation(空间向量调变)产生的PWM(控制脉冲宽度调变)驱动三组半桥。通常三线三相电机的控制方法都是基于磁导向控制原理，其一般分成以下几个步骤：

1)三相电流采样及数码化；

2)Clarke转换将三相电流Ia,Ib,Ic电流变成二相电流I_alpha,I_beta；

3)Park转换将交流的I_alpha,I_beta变成直流Id,Iq，Id影响电机flux(通率)而Iq控制电机的扭距(torque)；

4)利用PI controller将直流的Id,Iq作为闭环控制的直流参量进行积分得到V_q，V_d；

5)利用Inverse Park将V_q，V_d转换成交流的V_alpha，V_beta；

6)由于Park变换及Inverse Park变换都需要得知当时转子的角度(位置)，angleestimator就能利用驱动电压V及检测电流I的关系计算出当时电机的速度及角度(角度为速度的积分)

7)最后就是将V_alpha,V_beta转换成三相三线绕组的控制信号。

由此可见，三相三线直流电机的运行控制计算过程比较复杂，线圈电压调节比较麻烦。另外，三相三线直流电机的驱动效率低：若直流电机的三相线圈若采用星型连接，三相半桥产生在线圈上的有效电压永远低于系统的工作电压，大概为若采用三角形连接,则为了使电机线圈绕组获得相同有效电压，线圈圈数比采用星型连接时线圈圈数要多。

发明内容

针对上述直流电机控制方法存在的不足，本发明综合改进电机相负载绕组的接线方式和相应的驱动电路，提出一种更高效、更简洁的直流电机控制方法使电机运行更高速安静。

本发明提供的技术方案，具体实现为：

一种直流电机的控制方法，该控制方法包括：从直流电机的每一相绕组两端分别引出相应的信号输入端，将每一相负载绕组的两个信号输入端分别连接单独的全桥逆变单元的两个信号输出端，基于PWM调制原理，通过反克拉克变换产生输入到全桥逆变单元的开关信号以将驱动每一相负载绕组的电压波形实现为正弦波，并调节驱动每一相负载绕组的正弦波的幅度、频率。优选地，所述逆变单元的所有开关管为GaN功率管。