[发明专利]基于MCU矢量控制的空调用无刷直流电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于MCU矢量控制的空调用无刷直流电机控制方法。

背景技术

目前空调用无刷直流电机的控制方案基本都是硬件控制。通过霍尔元件或者霍尔IC检测转子位置，将位置信号输入到逻辑控制芯片后，再经逻辑真值表计算，对电机进行换向。对于电机出力的控制，依靠受VSP控制的马鞍形调制波与三角载波的调制来实现。这种控制方式属于开环控制，如果初始进角设置过大，容易出现弱磁而使马达转速过高；因为电流分解能精度低，所以电流谐波大；由于逻辑芯片资源有限，而无法实现多种保护方式，安全性一般。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种基于MCU矢量控制的空调用无刷直流电机控制方法。解决了现有技术容易出现弱磁而使马达转速过高以及电流分解精度低，电流谐波大的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于MCU矢量控制的空调用无刷直流电机控制方法，包括以下步骤：

获取无刷直流电机的三相相电流；

根据三相相电流计算得到实际d轴电流和实际q轴电流；

根据实际d轴电流和实际q轴电流估算无刷直流电机转子的角速度和位置；

利用估算得到的转子角速度和设定的角速度进行PI控制，得到d轴电流设定值和q轴电流设定值，利用d轴电流设定值和实际d轴电流进行PI控制，得到d轴施加电压，利用q轴电流设定值和实际q轴电流进行PI控制，得到q轴施加电压；

将d轴施加电压和q轴施加电压进行坐标逆变换，将坐标逆变换得到的三相相电压值调制成SVPWM信号后，驱动电机工作。

所述无刷直流电机的各相相电流获取方法为：采集无刷直流电机上的其中两相相电流，并通过两相相电流推算出第三相相电流。

通过两相相电流推算出第三相相电流的公式为：IU+IV+IW＝0，其中，IU为U相相电流，IV为V相相电流，IW为W相相电流。

实际d轴电流和实际q轴电流的计算方法为：将三相相电流进行克拉克变换，计算得到Iα以及Iβ，将Iα以及Iβ进行派克变换得到实际d轴电流和实际q轴电流。

Iα以及Iβ的计算公式为：

Iα＝2/3×(cos0×IU+cos120×IV+cos240×IW)

Iβ＝2/3×(sin0×IU+sin120×IV+sin240×IW)

其中，IU为U相相电流，IV为V相相电流，IW为W相相电流。

估算转子角速度的方法为：

将操作量设为转子角速度ωest、控制量设为d轴感应电压Ed，进行PI控制，其中，Ed＝Vd-R×Id+ωest×Lq×Iq，其中Id为实际d轴电流，Iq为实际q轴电流，Vd为d轴施加电压，R为转子线圈电阻，Lq为q轴转子线圈电感；

估算转子位置θ的计算公式为：θ＝θ₀+Ts×ωest，其中，θ0为上一时刻的转子位置，Ts为控制周期。

坐标逆变换得到的三相相电压通过SVPWM调制输出PWM信号。

本发明的有益效果是：通过控制Id＝0，电机不会出现弱磁状态，同时，电机转速与速度指令电压是成线性关系，这个转速范围是可控的。通过本控制方法使得电机的安全性得到很大提升，电机在很大转速范围内能够高效率工作，电机振动小噪音小。

附图说明：

图1为利用本发明MCU矢量控制方法的控制系统示意图；

图2为本发明MCU矢量控制方法的原理框图；

图3为电流检测回路；

图4为过负载保护回路；

图5为过压保护回路和欠压保护回路；

图6为过热保护回路；

图7为反电势检测回路。

具体实施方式：

现结合说明书附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明的方法在图1所示的系统中进行。以上图1所示的一种基于速度指令电压的过热保护设计是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其相关控制原理、电路、元件参数等方面的等同修改，均在本发明的保护范围之列。

本发明空调用无刷直流电机的MCU矢量控制方法最关键的元件是MCU，通过MCU来检测相电流和母线电流，检测母线电压，计算电机转速，检测功率芯片温度，启动各种保护。

MCU矢量控制方法如图2所示，包括如下步骤：