一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统，方法包括电机运行在电动状态的力矩控制方法和电机运行在发电状态的力矩控制方法，其中电机运行在发电状态的力矩控制方法具体为：获取电机运行在发电状态时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号来控制耗能电阻所在回路的通断，以实现电机力矩恒定控制。本发明专利技术具有精准控制力矩，实现力矩恒定等优点。实现力矩恒定等优点。实现力矩恒定等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统


[0001]本专利技术主要涉及电机控制
，具体涉及一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]传统的永磁电机控制器采用FOC控制原理(称为磁场定向控制或者矢量控制)，可以进行力矩、速度、位置三个闭环控制。其中FOC控制原理的核心思想：是通过测量和控制电动机的定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而将三相交流电机等效为直流电机控制。
[0003]FOC控制实现步骤为：通过坐标变换，将三相静止坐标系转化为两相旋转的坐标系，从而使三相交流耦合的定子电流转换为相互正交，独立解耦的转矩与励磁分量，从而到达类似于他励直流电动机通过控制转矩电流直接控制转矩的目的，。其控制框图如图1所示。
[0004]在智能健身中，控制永磁电机工作在力矩控制模式，但是FOC控制技术的动态转矩输出特性较差，在电机启动停止的瞬间可能会不平滑。另外当电机在多个象限不断切换运行时，市场上的控制器无法达到要求。尤其应用在智能健身上，要求电机第一、第四象限不断切换运行、电机转矩恒定运行。FOC等传统控制都不能满足要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现电机力矩恒定控制的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，包括电机运行在电动状态的力矩控制方法和电机运行在发电状态的力矩控制方法，其中电机运行在发电状态的力矩控制方法具体为：
[0008]获取电机运行在发电状态时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；
[0009]根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号来控制耗能电阻所在回路的通断，以实现电机力矩恒定控制。
[0010]优选地，在步骤S2中，将三相电流与力矩参考电流I1进行做差的结果进行PID控制后，再分别与母线电压和耗能电阻电流做差后，再进行PID控制。
[0011]优选地，所述控制信号为PWM信号。
[0012]优选地，其中电机运行在电动状态的力矩控制方法具体为：采用力矩电流和速度双闭环的控制模式，设置力矩参考电流后，通过转速调节器和电流调节器后产生SVPWM波形来驱动三相逆变器，进而驱动电机。
[0013]优选地，在电机运行在电动状态时，获取电机三相电流和电机运行位置，然后根据电机三相电流与电机运行位置信号反馈力矩电流，以形成闭环控制；同时，速度环控制在设
定力矩电流下。
[0014]本专利技术还公开了一种智能健身外转子永磁电机力矩控制装置，包括获取模块、控制模块和泵升电压抑制模块；其中获取模块和泵升电压抑制模块均与控制模块相连；其中获取模块，用于获取电机运行在发电状态时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；控制模块，用于根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号来控制泵升电压抑制模块，以实现电机力矩恒定控制。
[0015]优选地，所述泵升电压抑制模块包括与电路、MOSFET驱动电路、开关电路和耗能电阻；所述与电路的输入端接电源信号和控制信号，所述与电路的输出端与MOSFET驱动电路输入端相连，所述MOSFET驱动电路的输出端与开关电路的输入端相连，所述开关电路的输出端与耗能电阻串联在同一电源回路中。
[0016]优选地，所述开关电路为MOSFET。
[0017]优选地，所述获取模块包括电流传感器和霍尔传感器，通过电流传感器测量电机三相电流和耗能电阻电流，通过霍尔传感器测量电机运行位置。
[0018]本专利技术进一步公开了一种智能健身外转子永磁电机力矩控制系统，包括：
[0019]第一程序模块，用于获取电机运行在发电状态时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；
[0020]第二程序模块，用于根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号来控制耗能电阻所在回路的通断，以实现电机力矩恒定控制。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0022]本专利技术的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法、装置及系统，在电机运行在发电状态时，根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号(如PWM信号)来控制耗能电阻所在回路的通断，实时准确控制母线电压升高，同时不过度消耗电能，精准消耗电能，以实现电机力矩恒定控制。在电机运行在电动状态时，采用FOC原理中的力矩电流和速度双闭环的控制模式来精确的控制力矩的大小。
附图说明
[0023]图1为现有技术中的POC控制框图。
[0024]图2为本专利技术的永磁电机工作示意图；其中(a)为发电状态；(b)为电动状态。
[0025]图3为本专利技术中设定力量曲线与产生力量的曲线对比图。
[0026]图4为本专利技术中的泵升抑制模块在实施例的电路原理图。
[0027]图5为本专利技术电机运行在电动状态的力矩控制框图。
[0028]图6为本专利技术电机运行在发电状态时的力矩控制框图。
具体实施方式
[0029]以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0030]如图6所示，本专利技术实施例的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，包括电机运行在电动状态(第一象限)的力矩控制方法和电机运行在发电状态(第四象限)的力矩控制方法，其中电机运行在发电状态的力矩控制方法具体为：
[0031]获取电机运行在第四象限时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；
[0032]根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号(如PWM信号)来控制耗能电阻所在回路的通断，实时准确控制母线电压升高，同时不过度消耗电能，精准消耗电能，以实现电机力矩恒定控制。
[0033]具体地，将三相电流与力矩参考电流I1进行做差的结果进行PID控制后，再分别与母线电压和耗能电阻电流做差后，再进行PID控制，产生PWM信号。通过上述模糊PID，快速准确控制力矩电流。其中电机电流经过变换得到力矩控制的反馈电流IQ，在第四象限时，反馈电流IQ大于力矩参考电流I1，只有在进行耗能电阻消耗电流的时候才能控制IQ与力矩参考电流I1相等。
[0034]在一具体实施例中，电机运行在第一象限的力矩控制方法为：如图5所示，采用力矩电流和速度双闭环的控制模式，设置控制电流的大小后，通过转速调节器和电流调节器，产生SVPWM波形，SVPWM波形驱动三相逆变器来驱动电机。电机运行过程中，通过电流传感器(精密电阻)测量电机三相电流、霍尔传感器测量电机运行位置，然后根据电机三相电流与电机运行位置信号反馈力矩电流，形成闭环控制；同时，速度环控制在设定力矩电流下，负载相同时速度稳定。电机在第一象限(电动状态)运行时，上述控制方法能精确的控制力矩的大小。
[0035]在智能健身应用中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，其特征在于，包括电机运行在电动状态的力矩控制方法和电机运行在发电状态的力矩控制方法，其中电机运行在发电状态的力矩控制方法具体为：获取电机运行在发电状态时的母线电压、三相电流和耗能电阻电流；根据母线电压、三相电流和耗能电阻电流进行PID控制，产生控制信号来控制耗能电阻所在回路的通断，以实现电机力矩恒定控制。2.根据权利要求1所述的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，其特征在于，在步骤S2中，将三相电流与力矩参考电流I1进行做差的结果进行PID控制后，再分别与母线电压和耗能电阻电流做差后，再进行PID控制。3.根据权利要求2所述的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，其特征在于，所述控制信号为PWM信号。4.根据权利要求1或2或3所述的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，其特征在于，其中电机运行在电动状态的力矩控制方法具体为：采用力矩电流和速度双闭环的控制模式，设置力矩参考电流后，通过转速调节器和电流调节器后产生SVPWM波形来驱动三相逆变器，进而驱动电机。5.根据权利要求4所述的智能健身外转子永磁电机力矩控制方法，其特征在于，在电机运行在电动状态时，获取电机三相电流和电机运行位置，然后根据电机三相电流与电机运行位置信号反馈力矩电流，以形成闭环控制；同时，速度环控制在设定力矩电流下。6.一种智能健身外转子永磁电机力矩控制装置，其特征在于，包括获取模块、控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，李主武，
申请(专利权)人：长沙全程数字机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：