一种电机控制方法、电路及其系统

本公开属于永磁同步电机，具体涉及一种电机控制方法、电路及其系统。

背景技术：

1、随着工业制造业的快速发展以及人力成本的急剧上升，机器人、机械臂、全景摄像头等能够在多维空间内实现高精密伺服运动的装置得到了广泛的需求和应用。这些装置在实现多自由度运动时，通常采用多台单自由度电机结合机械传动机构相互配合。然而，这种方法导致系统体积和重量增加、机械可靠性降低、动态性能较差。因此，国内外的研究学者提出了一种可实现多自由度运动的球形电机，其中永磁球形电机以其结构简单、体积小、重量轻等优点受到较多关注。

2、永磁球形电机的转子多为球形结构，定子为球壳结构。永磁体和通电绕组按照一定规律分布在转子球体和定子球壳上。为了实现精确的多自由度运动，转子球体和定子球壳之间需要保持一定距离，并且转子体必须能够在定子球壳里自由运动。这对转子体的支撑结构设计提出了较高的要求。现有的球形电机设计中，永磁体的数量及其排布完整性会直接影响输出力矩以及转子体的运动范围和精度，这是现有球形电机普遍存在的问题。

3、另外，传统的多自由度运动系统由于采用多个单自由度电机，导致系统结构复杂，维护成本高，响应速度慢，无法满足高精度、高动态性能的应用需求。随着对多自由度运动控制精度和响应速度要求的不断提高，开发一种能够在多维空间内实现高精密伺服运动的电机控制方法、电路及其系统显得尤为重要。

4、基于上述技术问题现提出一种电机控制方法、电路及其系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种电机控制方法、电路及其系统，解决了现有技术中球形电机控制精度控制困难的问题。

2、本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种电机控制方法，所述电机包括，定子，包括定子主体，所述定子主体为半球形，定子主体内表面均匀布置多个绕组线圈，绕组线圈沿x轴、y轴、z轴分别布置三组绕组，每组绕组通过全桥逆变电路驱动；转子，为球形结构，活动安装在定子空腔内，转子表面均匀分布着多对磁极；

4、以对极永磁转子的中心o点的空间固定直角坐标系xoy；

5、通过霍尔传感器检测转子的磁场变化并输出相应的电平信号；

6、根据两个霍尔传感器的输出信号，判断转子的位置和旋转角度；

7、通过控制定子的通电状态，产生与转子位置对应的旋转磁场，以实现对转子的精确控制。

8、本公开的技术方案还可以采用如下方式，一种电机控制电路，包括：

9、控制模块，连接所述霍尔传感器和定子，用于根据霍尔传感器的输出信号控制定子的通电状态；

10、控制模块包括一个闭环控制系统，通过实时监测转子的旋转状态并调整定子的电流输入，实现对转子运动的精确控制；

11、驱动电路，三组两相电源供电，采用全桥逆变产生交流电，共6个全桥产生，每个全桥有2个半桥驱动器驱动。

12、本公开的技术方案还可以采用如下方式，一种电机控制系统，包括上述电机控制方法；

13、所述系统包括一个用户接口模块，用于接收用户输入的控制指令，并通过所述控制模块执行相应的控制操作。

14、本公开的有益效果：

15、本公开通过霍尔传感器的输出信号形成闭环控制系统，实时监测转子的旋转状态并调整定子的电流输入，能够实现对转子运动的精确控制；

16、本公开速度控制器采用比例积分微分控制算法，通过接收霍尔传感器的输出信号并计算转子的转速，实现对转速的精确控制，提高电机的运行效率和稳定性，适用于对速度精度要求较高的应用场景。

技术特征：

1.一种电机控制方法，所述电机包括，定子，包括定子主体，所述定子主体为半球形，定子主体内表面均匀布置多个绕组线圈，绕组线圈沿x轴、y轴、z轴分别布置三组绕组，每组绕组通过全桥逆变电路驱动；转子，为球形结构，活动安装在定子空腔内，转子表面均匀分布着多对磁极；其特征在于；

2.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述霍尔传感器的输出信号用于形成一个闭环控制系统，通过实时监测转子的旋转状态并调整定子的电流输入，实现对转子运动的精确控制。

3.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述闭环控制系统包括速度闭环控制和位置闭环控制，所述速度闭环控制通过捕获相邻两次霍尔传感器输出电平变化的时间差或单位时间里的改变次数来计算转速，所述位置闭环控制根据霍尔传感器的输出信号确定转子的位置；

4.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，电转子为球形，转子有多个磁极，其中有n极和s极；

5.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，电机在启动前，先将转子调整至零位，所述零位为转子的稳定位置，在此位置转子的三个垂直于旋转轴的对称面和定子的x、y、z平面重合，转子可立刻朝x、y、z任意方向转动，以确保启动过程的平稳和可靠。

6.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述方法包括加速和减速的步骤，通过调整定子磁场的旋转频率来控制转子的转速。

7.根据权利要求5所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述方法包括换向步骤，在换向前，先将转子减速至0并转动到零位，然后调整定子的磁场方向以实现转子的换向。

8.根据权利要求6所述的一种电机控制方法，其特征在于，多个霍尔传感器，安装在球形转子外周，，多个霍尔传感器可分为x、y、z方向的三组，每一组霍尔的检测原理与平面电机类似，只负责检测自己方向的转动位置。

9.根据权利要求6所述的一种电机控制方法，其特征在于，沿x轴、y轴、z轴分别布置的三组绕组分别设置在x轴定子、z轴定子和y轴定子上；

10.一种电机控制电路，包括：

11.根据权利要求10所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述控制模块包括一个速度控制器，用于接收霍尔传感器的输出信号并计算转子的转速，所述速度控制器采用比例积分微分控制算法，以实现对转速的精确控制。

12.一种电机控制系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的电机控制方法；

技术总结本发明公开一种电机控制方法、电路及其系统，属于永磁同步电机技术领域；一种电机控制方法，所述电机包括，定子，包括定子主体，所述定子主体为半球形，定子主体内表面均匀布置多个绕组线圈，绕组线圈沿X轴、Y轴、Z轴分别布置三组绕组，每组绕组通过全桥逆变电路驱动；转子，为球形结构，活动安装在定子空腔内，转子表面均匀分布着多对磁极；以对极永磁转子的中心O点的空间固定直角坐标系XOY；通过霍尔传感器检测转子的磁场变化并输出相应的电平信号；根据两个霍尔传感器的输出信号，判断转子的位置和旋转角度；通过控制定子的通电状态，产生与转子位置对应的旋转磁场，以实现对转子的精确控制；本公开通过霍尔传感器的输出信号形成闭环控制系统，实时监测转子的旋转状态并调整定子的电流输入，能够实现对转子运动的精确控制。技术研发人员：喻锦程,林杰宇,米文源,赵飞,董广忠受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/11/4