[發明專利]一種基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法

在審

• 申請號: 201911203555.5
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111010058A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 賈夢;張慧勇;白璐瑤
• 申請（專利權）人: 北京特種機械研究所
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P6/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉瑞東

1.一種基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述方法包括：

步驟1：采集直流無刷電機BLDCM的端電壓信號，作為反饋信號輸出；

步驟2：將所述反饋信號與給定轉速波形信號進行比較得到兩者的頻率差；

步驟3：判斷所述頻率差是否大于等于預設值；當所述頻率差大于等于預設值時進入步驟4；當所述頻率差小于預設值時進入步驟5；

步驟4：當所述頻率差大于等于預設值時采用速度環PI調節的方式獲得PI調節量，以所述PI調節量為依據調整PWM斬波輸出信號的占空比，使用所述PWM斬波輸出信號調整所述BLDCM的輸入電壓，控制所述BLDCM的轉速接近所述給定轉速波形信號的頻率；之后返回步驟3；

步驟5：當所述頻率差小于預設值時采用鎖相環調節的方式獲得所述反饋信號與所述給定轉速波形信號的相位差信號，以所述相位差信號為依據調整HRPWM斬波輸出信號的占空比，使用所述HRPWM斬波輸出信號調整所述BLDCM的輸入電壓，控制所述BLDCM的轉速高精度穩定在所述給定轉速波形信號的頻率；之后返回步驟3。

2.如權利要求1所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟1中，在采集端電壓信號之后，輸出反饋信號之前，還包括采用RC電路對端電壓信號進行濾波的步驟。

3.如權利要求2所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟1還包括，將濾波后的端電壓信號輸入到差分比較器中進行過零點比較，差分比較器輸出矩形方波，從而得到反饋信號。

4.如權利要求3所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟1還包括，對差分比較器輸出的矩形方波進行延時補償，以補償濾波電路產生的相位延時，根據式(1)計算需要補償的延時角度，

α＝arctanωRC (1)

其中其截止頻率為R₁、R₂為濾波電路中的電阻值，C為濾波電路中的電容值。

5.如權利要求1所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述給定轉速波形信號通過DSP生成。

6.如權利要求5所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟4中采用速度環PI調節的方式獲得PI調節量為：通過計算所述給定轉速波形信號和所述反饋信號的頻率差值，對所述頻率差值乘以一個比例系數kp，得到比例調節量，同時對所述頻率差值乘以一個積分系數ki，獲得積分調節量，對所述比例調節量和所述積分調節量求和獲得所述PI調節量。

7.如權利要求6所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟4中以PI調節量為依據來控制BLDCM的轉速的過程為：當所述給定轉速波形信號的頻率大于所述反饋信號的頻率時，所述PI調節量為正時，使用所述PI調節量來調整所述PWM斬波輸出信號的占空比，使所述PWM斬波輸出信號的占空比增大，所述BLDCM的驅動電壓輸入的時長增加，所述BLDCM的轉速或頻率上升；當所述給定轉速波形信號的頻率小于所述反饋信號的頻率時，所述PI調節量為負時，使用所述PI調節量來調整所述PWM斬波輸出信號的占空比，使所述PWM斬波輸出信號的占空比減小，所述BLDCM的驅動電壓輸入的時長減少，所述BLDCM的轉速或頻率下降。

8.如權利要求5所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟5中的所述鎖相環包括鑒相模塊和環路濾波器，所述鑒相模塊比較所述給定轉速波形信號和所述反饋信號，輸出兩者的相位差信號，環路濾波器對所述鑒相模塊輸出的相位差信號進行IIR濾波。

9.如權利要求8所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述鑒相模塊通過CPLD程序實現，所述環路濾波器通過軟件濾波實現。

10.如權利要求8所述的基于PI和鎖相環的硬盤電機穩速控制方法，其特征在于：所述步驟5中以所述相位差信號為依據來控制BLDCM的轉速的過程為：通過時鐘脈沖信號對所述環路濾波器輸出的濾波后的相位差信號進行計數，將所述相位差信號轉化為數字量，當所述給定轉速波形信號的頻率大于所述反饋信號的頻率時，所述數字量為正，使用所述數字量來調整所述HRPWM斬波輸出信號的占空比，使所述HRPWM斬波輸出信號的占空比增大，所述BLDCM的驅動電壓輸入的時長增加，所述BLDCM的轉速或頻率上升；當所述給定轉速波形信號的頻率小于所述反饋信號的頻率時，所述數字量為負，使用所述數字量來調整所述HRPWM斬波輸出信號的占空比，使所述HRPWM斬波輸出信號的占空比減小，所述BLDCM的驅動電壓輸入的時長減少，所述BLDCM的轉速或頻率下降。