技术领域
[0001] 本发明涉及立体停车库控制技术领域，尤其是涉及一种立体车库横移车位的永磁同步电机控制电路和方法。
相关背景技术
[0002] 在立体停车库技术领域中，控制横移车库的电机和电机控制方法成为重要指标，现有的升降横移式立体停车库的横移车库电机，广泛采用交流异步电机，同时采用分体式硬逻辑控制器对交流异步电机进行控制。但交流异步电机存在发热较大，功率因数较低，噪声明显以及体积大等问题；分体式硬件逻辑控制器存在需要的电气元件多，整体性差，体积大，需要专用的控制柜且成本高等问题；且同时传统的交流异步电机制动需要配备专用机械刹车，且存在制动效果不佳，刹车片易磨损，需要定期更换等问题。
[0003] 永磁同步电机由永磁体转子、多级绕组定子等组成，具有性能可靠、故障率低、噪音低、运行顺畅、效率高、体积小，寿命长和低维护成本的优势。
[0004] 基于同步电机的优点，如何采用同步电机进行横移车库的移动和控制，是目前亟待解决的问题。
具体实施方式
[0025] 以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。
[0026] 本申请的一种用于立体停车库的横移同步电机控制电路，如图1所示，包括AC/DC电源电路、降压电路、三相逆变电路、保护电路、反电动势采样电路、电子制动器电路、通信电路和主控电路。主控电路分别与降压电路、三相逆变电路、保护电路、反电动势采样电路、电子制动器电路、通信电路连接。
[0027] AC/DC电源电路用于将市电转换为第一电压直流电和第二电压直流电，降压电路用于将第二电压直流电转换为第三电压直流电，三相逆变电路用于将第一电压直流电转换为三相交流电，用于驱动同步电机。
[0028] 保护电路用于对电机进行过流、过载、过热保护，包括过热保护子电路和过流过载保护子电路，过热保护子电路包括迟滞比较电路，用于根据温度变化输出过热信号给控制电路，过流过载保护子电路包括放大电路，用于根据电机电流大小，判断是否出现过流过载现象，并将检测结果传输给控制电路。
[0029] 反电动势采样电路用于采样电机三相绕组上的电压，同时通过阻值相等的电阻将电机三相绕组连接到一个公共点来模拟中性点电压。控制电路通过对三相绕组上的电压与中性点的电压进行比较就可以获得反电动势信号，同时根据反电动势过零时刻进行换相，实现对电机的驱动。
[0030] 电子制动器电路包括第一控制开关电路，用于根据控制电路的控制信号，在需要电机停车或断电时，短路同步电机的三相电，电机电流被内部闭环消耗，实现电机的立即制动，同时在电机静止状态时，同步电机的UVW三相始终保持短接，即保持制动力，避免出现意外溜车的情况。
[0031] 通信电路与主控电路连接，用于主控电路与上位机的通信，主控电路通过通信电路接收上位机的信号，控制同步电机的动作，发送同步电机状态信号给上位机，用于上位机确认电机健康状态。
[0032] 通信电路包括第二控制开关电路和隔离电路，第二控制开关电路用于控制将控制电路的错误信号传输给上位机，隔离电路用于将上位机的操作信号传输给控制电路。
[0033] 上位机包括可编程逻辑编辑器。
[0034] AC/DC电源电路包括依次连接的滤波电路、整流电路和稳压电路，滤波电路包括滤波电容和共模电感，用于对市电交流电进行滤波，整流电路包括整流桥和滤波电容，稳压电路包括稳压芯片。
[0035] 如图2所示，AC/DC电源电路包括共模电感L1、整流桥D2和稳压芯片U3，在交流AC的一个输入端，连接保险丝F1，保险丝的另一端接压敏电阻R2的一端、滤波电容CX1的一端、共模电感L1第一电感的一端，在交流AC的另一个输入端，连接热敏电阻R32的一端，热敏电阻R32的另一端，接压敏电阻R2的另一端、滤波电容CX1的另一端、共模电感L1第二电感的一端，共模电感L1第一电感的另一端接电容CX2的一端、电容CY1的一端、整流桥D2的一个输入端，共模电感L1第二电感的另一端接电容CX2的另一端、电容CY2的一端、整流桥D2的另一个输入端，电容CY1的另一端、电容CY2的另一端接大地PE。
[0036] 滤波电路包括滤波电容CX1/CX2/CY1/CY2，用于对交流电进行滤波，共模电感L1用于抑制交流电的共模成份，压敏电阻用于消除交流电的尖峰脉冲，热敏电阻用于上电浪涌抑制，电容没电的时候，上电电流会很大，热敏电阻的阻值可以限制最大电流，上电之后热敏电阻温度升高，阻值变小，不会增加功耗。
[0037] 整流桥D2对市电交流电进行全波整流，其正输出端连接储能电容EC2的正端、储能电容EC7的正端、滤波电容C4的一端、稳压芯片的输入端，其负输出端连接储能电容EC2的负端、储能电容EC7的负端、滤波电容C4的另一端，并作为AC/DC电源电路的地输出端GND，全桥整流电路输出第一电压直流电，第一电压约310V。
[0038] 稳压芯片U3的输出端VDD接二极管D1的负端、储能电容EC1的正端，其GND端接储能电容EC1的负端、滤波电感L4的一端、二极管D4的负端，二极管D1的正端、滤波电感L4的另一端、储能电容EC5的正端连接在一起，输出第二电压直流电，在本申请的具体实施例中，第二电压为12V。二极管D4的正端、储能电容EC5的负端接全桥整流的负输出端。
[0039] AC/DC电源电路，对市电交流电进行滤波和全桥整流滤波后，输出第一电压直流电，对第一电压直流电进行稳压后，得到第二电压直流电。
[0040] 降压电路包括降压稳压芯片，将第二电压直流电转换为第三电压直流电，在本申请的一个具体实施例中，降压稳压芯片包括7805，将12V直流电压转换为5V直流电压，用于给控制电路提供低电压。
[0041] 三相逆变电路，将第一电压直流电转换为用于驱动同步电机的交流电。
[0042] 三相逆变电路包括三路逆变功率驱动电路，用于对同步电机三相绕组提供电能，逆变功率驱动电路包括依次连接的功率驱动器芯片和半桥电路，半桥电路包括上功率管和下功率管，如图3所示，三个一相的逆变功率驱动电路结构相同，本申请以其中U相的逆变功率驱动电路进行说明，其余二相的逆变功率驱动电路以此类推，不再赘述。
[0043] 功率驱动器芯片U2的VCC端接第二电压直流电，其HIN端通过电阻R3接主控电路的PWMAP信号输出端，其LIN端通过电阻R5接主控电路的PWMAN信号输出端，其HO输出端接电阻R4的一端、二极管D5的负端，电阻R4的另一端、二极管D5的正端、第一功率管Q1的控制端连接在一起。其LO输出端接电阻R12的一端、二极管D6的负端，电阻R12的另一端、二极管D6的正端、第二功率管Q2的控制端连接在一起，其VS端接电容C1的一端、第一功率管Q1的输出端、第二功率管Q2的输入端，连接到电机三相中的U相绕组输入端。第一功率管Q1的输入端接第一电压直流电，第二功率管Q2的输出端通过电流采样电阻R51接地GND。其中第一功率管Q1为上管，第二功率管Q2为下管。
[0044] 第二电压直流电通过二极管D3接功率驱动器芯片U2的VB端，在VB端与VS端之间接滤波电容C1。电容C1上的电压，用于提供驱动上管Q1的电压，在上管截止下管导通时，12V直流电通过二极管D3、电容C1、下管及采样电阻到地，给电容C1充电，在上管导通下管截止时，电容C1与二极管D3连接处的电压等于电容C1上的电压降与下管DS端的电压降之和，电容C1上的电压用于给上管提供导通电压。
[0045] V相逆变功率驱动电路的上管为第三功率管Q3，下管为第四功率管Q4，W相逆变功率驱动电路的上管为第五功率管Q5，下管为第六功率管Q6。
[0046] 第二功率管Q2的输出端、第四功率管Q4的输出端、第六功率管Q6的输出端通过电流采样电阻R51接地。
[0047] 功率驱动器芯片U2根据主控电路的PWMAP、PWMAN信号，输出HO/LO驱动信号，控制第一功率管Q1、第二功率管Q2的导通或截止。在第一功率管Q1导通、第二功率管Q2截止时，给电机的U相线圈一端施加310V电压，在第一功率管Q1截止、第二功率管Q2导通时，将电机的U相线圈一端通过第二功率管Q2接地。
[0048] 同理，V相逆变功率驱动电路的功率驱动器芯片U11，根据主控电路的PWMBP、PWMBN信号，输出HO/LO驱动信号，控制第三功率管Q3、第四功率管Q4的导通或截止。在第三功率管Q3导通、第四功率管Q4截止时，给电机的V相线圈一端施加310V电压，在第三功率管Q3截止、第四功率管Q4导通时，将电机的V相线圈一端通过第四功率管Q4接地。
[0049] W相逆变功率驱动电路的功率驱动器芯片U12，根据主控电路的PWMCP、PWMCN信号，输出HO/LO驱动信号，控制第五功率管Q5、第六功率管Q6的导通或截止。在第五功率管Q5导通、第六功率管Q6截止时，给电机的W相线圈一端施加310V电压，在第五功率管Q5截止、第六功率管Q6导通时，将电机的W相线圈一端通过第六功率管Q6接地。
[0050] 如图4所示，保护电路包括放大器芯片U8，放大器芯片U8包括两个运算放大器，第一运算放大器设置成正反馈电路，用于形成迟滞比较器电路，第一运算放大器的正输入端IN1+接电阻R13的一端、电阻R35的一端，其负输入端IN1‑接电阻R17的一端、电阻R42的一端，电阻R13的一端的另一端接其输出端OUT1，并输出OVT信号给主控电路，电阻R35的另一端接热敏电阻R23的一端、电阻R36的一端、电容C14的一端，电阻R17的另一端、热敏电阻R23的另一端接第三电压输出端，电阻R42的另一端、电阻R36的另一端、电容C14的另一端接地。
[0051] 电阻R17、电阻R42串联连接，用于对负输入端IN1‑一个设定电压，热敏电阻R23在温度发生变化时，阻值发生变化，热敏电阻R23与电阻R36串联连接后，在温度发生变化时，正输入端IN1+的电压发生变化，正输入端的电压与负输入端的电压进行比较后，其输出端OUT1的输出电压发生变化。
[0052] 在温度小于第一设定温度时，输出端OUT1输出低电平，在温度大于第二设定温度时，输出端OUT1输出高电平，在本申请的一个具体实施例中，低电平阈值为4.08V，高电平阈值为4.58V。主控电路根据输出端OUT1的OVT信号，判断电机是否存在过热情况。
[0053] 第二运算放大器设置成负反馈电路，用于对电机电流信号CMT进行放大，电机电流信号CMT输出端接电阻R34的一端，电阻R34的另一端接第二运算放大器的正输入端IN2+、电容C15的一端，第二运算放大器的负输入端接电阻R38的一端、电容C13的一端、电阻R30的一端，其输出端接电容C13的另一端、电阻R30的另一端、电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电容C12的一端，并作为电机电流放大信号CMT_AMP的输出端，连接到主控电路，电容C12的另一端接地。电容C15、电容C13用于滤波。主控电路根据电机电流放大信号CMT_AMP，判断电机是否存在过流、过载情况。
[0054] 如图5所示，反电动势采样电路包括三路分压电路，用于对电机的三相绕组的反电动势采样，并将采样结果传输给主控电路。
[0055] U相绕组反电动势采样：U相绕组的引出端接电阻R9的一端，电阻R9/R21/R22串联连接，电阻R21/R22的串联连接点，作为U相反电动势的采样信号BEMF_U输出端，还连接二极管D16的正端、电阻R31的一端、电容C23的一端，二极管D16的负端接第三电压输出端，电容C23的另一端、电阻R31的另一端接地，串联电阻R9/R21用于限流，电容C23用于滤波，串联电阻R9/R21组合和电阻R31用于分压。
[0056] 同样地，V相绕组反电动势采样：V相绕组的引出端接电阻R52的一端，电阻R52/R53/R24串联连接，电阻R53/R24的串联连接点，作为V相反电动势的采样信号BEMF_V输出端，还连接二极管D17的正端、电阻R29的一端、电容C21的一端，二极管D17的负端接第三电压输出端，电容C21的另一端、电阻R29的另一端接地，串联电阻R52/R53用于限流，电容C21用于滤波，串联电阻R52/R53组合和电阻R29用于分压。
[0057] W相绕组反电动势采样：W相绕组的引出端接电阻R54的一端，电阻R54/R55/R27串联连接，电阻R55/R27的串联连接点，作为W相反电动势的采样信号BEMF_W输出端，还连接二极管D14的正端、电阻R28的一端、电容C20的一端，二极管D14的负端接第三电压输出端，电容C20的另一端、电阻R28的另一端接地，串联电阻R54/R55用于限流，电容C20用于滤波，串联电阻R54/R55组合和电阻R28用于分压。
[0058] 电阻R22的另一端、电阻R24的另一端、电阻R27的另一端连接在一起，作为虚拟中性点CMP‑。主控电路将虚拟中性点CMP‑的电压与采样信号BEMF_U电压进行比较，得到U相绕组的反电动势信息，同样，主控电路将虚拟中性点CMP‑的电压与采样信号BEMF_V电压进行比较，得到V相绕组的反电动势信息；主控电路将虚拟中性点CMP‑的电压与采样信号BEMF_W电压进行比较，得到W相绕组的反电动势信息。
[0059] 在本申请的一个具体实施例中，U/V/W相绕组的反电动势采样电路，是同一电路的重复，即各相反电动势采样电路对应的参数相同。
[0060] 主控电路检测各相绕组的反电动势过零点，在各相过零点时，控制各相绕组上的电流方向和大小，从而控制电机的转动。
[0061] 如图6所示，电子制动器电路包括由三极管Q10及外围电路组成的第一控制开关电路，用于控制第一继电器Relay1的闭合或断开。
[0062] NPN三极管Q10的基极通过电阻R41接主控电路的RELAY信号输出端，通过电阻R19接地，其发射极接地，其集电极接继电器Relay1线圈的一端、续流二极管D15的正极，第一继电器Relay1线圈的另一端、续流二极管D15的负极接第二电压输出端。
[0063] 第一继电器Relay1包括三组开关端，每组对应一相电断开或接通控制。
[0064] U相电的控制端包括U_OUT/U/U1三端，U_OUT作为中间端，在第一继电器Relay1关闭或断开后，U_OUT端或与U端接通，或与U1端接通。
[0065] 同样地，V相电的控制端包括V_OUT/V/V1三端，V_OUT作为中间端，在第一继电器关闭或断开后，V_OUT端或与V端接通，或与V1端接通。
[0066] W相电的控制端包括W_OUT/W/W1三端，W_OUT作为中间端，在第一继电器关闭或断开后，W_OUT端或与W端接通，或与W1端接通。
[0067] V1端、U1端、W1端连接在一起，在需要电机停车或断电时，第一继电器断开，V_OUT端、U_OUT端、W_OUT端通过V1端、U1端、W1端连接在一起，同步电机的UVW三相绕组短接，电机由于惯性转动发电，电机电流在三相绕组之间形成闭环，被绕组消耗掉，实现电机的立即制动，同时，在静止状态时，永磁同步电机的UVW三相始终保持短接，即保持制动力，避免出现意外溜车的情况。在第一继电器闭合时，U_OUT端与U端连接在一起，V_OUT端与V端连接在一起，W_OUT端与W端连接在一起，U端、V端、W端分别连接到三相逆变电路的三个输出端，给同步电机提供电能，驱动同步电机运行。V_OUT端、W_OUT端、U_OUT端分另对应接电机的三相引出端。
[0068] 通信电路包括第二控制开关电路和隔离电路，隔离电路用于将上位机的信号转换为控制装置的信号，第二控制开关电路用于将控制电路的信号转换到上位机中，隔离电路用于将上位机的信号传输给控制电路。
[0069] 如图7所示，第二控制开关电路包括NPN三极管Q7及其外围电路，用于控制第二继电器Relay2的闭合或断开。
[0070] NPN三极管Q7的基极通过电阻R25接主控电路的ERROR信号输出端，通过电阻R33接地，其发射极接地，其集电极接第二继电器Relay2线圈的一端、续流二极管D13的正极，第二继电器Relay2线圈的另一端、续流二极管D13的负极接第二电压输出端。
[0071] 第二继电器Relay2包括一组开关端CO/NO/NC，CO端作为中间端，在第二继电器Relay2关闭或断开后，CO端或与NO端接通，或与NC端接通。第二控制开关电路将控制装置与上位机进行了隔离。其中，CO端为错误输出公共端，用于连接到上位机，NO为错误输出常开点，NC为错误输出常闭点。
[0072] 如图8所示，第一隔离电路包括光耦U1，用于将上位机的输入信号CW_INPUT信号经过光耦U1转换为控制装置的CW信号，传输给主控芯片的CW端，CW_INPUT信号用于控制同步电机正转。
[0073] 光耦U1输入侧的一个输入端通过电阻R1/R11的串联组合，连接到CW_INPUT信号端，输入侧的另一个输入端接COM‑端，COM‑端是上位机的公共端。其输出侧的一端作为CW信号输出端，通过电阻R16接第三电压端，另一端接地GND。
[0074] 如图9所示，第二隔离电路包括光耦U10，用于将上位机的输入信号CCW_INPUT信号经过光耦U10转换为控制装置的CCW信号，传输给主控芯片的CCW端，CCW_INPUT信号用于控制同步电机反转。
[0075] 光耦U10输入侧的一个输入端通过电阻R57/R58的串联组合，连接到CCW_INPUT信号端，输入侧的另一个输入端接COM‑端，COM‑端是上位机的公共端。其输出侧的一端作为CCW信号输出端，通过电阻R59接第三电压端，另一端接地GND。
[0076] 如图10所示，第三隔离电路包括光耦U7，用于将上位机的输入信号EN_INPUT信号经过光耦U10转换为控制装置的ENA信号，传输给主控芯片的ENA端，EN_INPUT信号用于对同步电机启动使能。
[0077] 光耦U7输入侧的一个输入端通过电阻R18/R43的串联组合，连接到EN _INPUT信号端，输入侧的另一个输入端接COM‑端，COM‑端是上位机的公共端。其输出侧的一端作为ENA信号输出端，通过电阻R44接第三电压端，另一端接地GND。
[0078] 通信电路用于将上位机的电机正转、反转与使能信号，传输给控制电路，将控制电路的电机的错误信号ERROR转换后，传输给上位机。
[0079] 主控电路包括主控芯片U9及其外围电路，如图11所示，主控芯片U9接收反电动势采样电路的采样信号BEMF_U、BEMF_V和BEMF_W，确定转子的具体位置，输出PWMAP/PWMAN/ PWMBP/PWMBN/ PWMCP/PWMCN信号，控制三相逆变电路的电力开关，实现对电机的驱动；接收过流、过载、过热保护电路的信号OVT/CMT_AMP，对电机制动，实现对整个系统的过流、过载、过热保护；与可编程逻辑编辑器进行通信，反馈电机的健康状态给可编程逻辑编辑器，同时接收可编程逻辑编辑器发送的电机的启停及正反转控制信号，驱动电机运行。
[0080] 主控电路通过通信电路与上位机进行信息交互，接收上位机的控制指令，发送电机状态信息给上位机。
[0081] 上位机包括可编辑逻辑控制器。
[0082] 控制电路对输入交流电进行滤波整流，得到第一电压直流电，再对第一电压直流电进行滤波，经过降压稳压电路，得到第二电压直流电，第二电压直流电经过降压电路降压后，得到第三电压直流电。第一电压直流电用于在三相逆变电路中转换为交流电，提供给同步电机的三相绕组。第二电压直流电，用于提供给电子制动器电路和通信电路中的继电器，用于驱动继电器线圈，第三电压直流电用于提供给三相逆变电路、保护电路、反电动势采样电路、通信电路中的低电压元件。
[0083] 主控电路输出PWM信号，控制三相逆变电路中各相的逆变功率驱动电路，具体地，驱动各相逆变功率驱动电路中功率管半桥中上管与下管的导通与截止，从而给电机三相绕组提供交流电。
[0084] 保护电路采用热敏电阻检测三相逆变电路中功率管桥堆的温度，在温度过高时，主控电路控制电子制动器电路动作，将电机的三相绕组短接，断开与三相逆变电路的连接，迅速制动电机并发送故障信号。
[0085] 同样地，保护电路采样电机电流，对电机电流进行放大，主控电路根据放大后电流值，判断电机是否过载过流，在电机过载过流的情况下，控制电子制动器电路动作，将电机的三相绕组短接，断开与三相逆变电路的连接，迅速制动电机并发送故障信号。
[0086] 在电机运行时，采样电机三相绕组的反电动势，主控电路根据实时反电动势，控制三相逆变电路的PWM信号占空比，从而使电机以预设速度运行。
[0087] 主控电路根据保护电路的数值及电机运行参数，输出制动信号给电子制动器电路，控制电子制动器电路中第一继电器的通电或断电，在电机运行出现异常或电机需要停止时，断开第一继电器的电源，使电机的三相绕组短接，实现电机制动，在电机需要启动运行时，接通第一继电器电源，给同步电机的三相绕组通电，并根据电机反电动势，在电机反电动势过零点，进行换相，实现对电机的控制。
[0088] 在本申请的一个具体实施例中，根据反电动势实现换相操作，方法如下：在U相反电动势下降沿，控制三相逆变电路中，W相逆变功率驱动电路中的上管导通和U相逆变功率驱动电路中的下管导通，W相绕组、U相绕组中有电流，电流由W相绕组流到U相绕组，V相绕组中无电流。
[0089] 在U相反电动势上升沿，控制三相逆变电路中，W相逆变功率驱动电路中的下管导通和U相逆变功率驱动电路中的上管导通，W相绕组、U相绕组中有电流，电流由U相绕组流到W相绕组，V相绕组中无电流。
[0090] 在V相反电动势下降沿，控制三相逆变电路中，U相逆变功率驱动电路中的上管导通和V相逆变功率驱动电路中的下管导通，U相绕组、V相绕组中有电流，电流由U相绕组流到V相绕组，W相绕组中无电流。
[0091] 在V相反电动势上升沿，控制三相逆变电路中，U相逆变功率驱动电路中的下管导通和V相逆变功率驱动电路中的上管导通，U相绕组、V相绕组中有电流，电流由V相绕组流到U相绕组，W相绕组中无电流。
[0092] 在W相反电动势下降沿，控制三相逆变电路中，V相逆变功率驱动电路中的上管导通和W相逆变功率驱动电路中的下管导通，V相绕组、W相绕组中有电流，电流由V相绕组流到W相绕组，U相绕组中无电流。
[0093] 在W相反电动势上升沿，控制三相逆变电路中，V相逆变功率驱动电路中的下管导通和W相逆变功率驱动电路中的上管导通，V相绕组、W相绕组中有电流，电流由W相绕组流到V相绕组，U相绕组中无电流。
[0094] 本申请的一种立体车库横移车位的永磁同步电机控制装置，包括本申请所述控制电路，用于根据上位机的操作信号，驱动电机动作，其接口如图12所示，包括单向交流电输入端AC、同步电机的三相绕组连接端U/V/W、上位机可编程逻辑控制器连接端，包括错误信号端 NO/COM/NC、电机控制信号端 COM/CCW/CW/EN。
[0095] 本申请的一种立体车库横移车位的永磁同步电机控制控制系统，包括上位机和控制装置，控制系统对同步电机进行控制，上位机接收到操作者对于电机的操作信号后，发送电机状态问询信号给控制装置，控制装置收到电机状态问询信号后，发送电机状态信号给上位机，上位机确认电机运行正常，未出现过流、过载和过热等问题时，发送操作信号给控制装置，控制装置根据操作信号，驱动电机动作。操作信号包括电机正转信号、反转信号和使能信号，电机状态信号包括电机是否出现过流、过载、过热等错误状态。
[0096] 本申请的一种立体车库横移车位的永磁同步电机控制控制方法，包括在上位机接收到操作者对于电机的操作信号后，发送电机状态问询信号给控制装置，接收到控制装置的电机状态信息，确认电机正常，未出现过流、过载和过热等问题时，发送操作信号给控制装置。
[0097] 控制装置在接收到上位机的电机状态问询信号后，发送电机状态信息给上位机，在电机正常时，接收上位机的操作信号，根据操作信号，结合电机参数和电路参数，驱动电机运行。
[0098] 在只有电机正向转动和电机启动同时有信号，或电机反向转动和电机启动同时有信号时，电机才能够被使能。避免使能信号或者方向信号丢失后电机继续运转，造成安全事故。
[0099] 当操作信号为启动、电机为起动阶段时，控制电路首先进行预定位，即给同步电机定子其中两相以固定占空比通电，由于电磁力的作用，电机转子会转到相应的特定位置，再以特定位置为起点，给电机定子三相循环通电，在通电过程中逐步减小定子的通电时间，实现电机起动及加速。此过程中，并没有根据电机反电动势进行换相，而是以设定时间来进行换相，此过程也称为“强拖”。
[0100] 在预定位时，主控电路控制电子制动器电路中的第一继电器通电，将电机三相分别与三相逆变电路的三相对应连接，主控电路通过控制PWMAP、PWMAN、PWMBP、PWMBN、PWMCP、PWMCN信号，控制三相逆变电路的三相电输出。
[0101] 采用“强拖”方式使电机运转起来，电机运转起来后产生反电动势，实时采样反电动势，主控电路根据实时采样反电动势结果，确定电机所在位置，当电机速度达到设定速度后，根据反电动势，控制三相逆变电路的输出，从而改变定子绕组的电流次序，控制同步电机的运行，在运行过程中进行速度、电流双闭环控制。在电机到达指定位置后，给第一继电器断电，将电机三相短接，实现对电机的制动。在静止状态或断电时，同步电机的三相始终保持短接，即电机保持在制动状态，避免出现电机意外溜车的情况。
[0102] 在本申请的一个具体实施例中，当操作信号为启动，且电机为运行阶段时，主控电路输出PWM信号，PWM信号包括PWMAP、PWMAN、PWMBP、PWMBN、PWMCP、PWMCN信号，调整PWM信号的占空比，控制电机启动并加速至预设速度后，保持预设速度匀速旋转。
[0103] 在本申请的一个具体实施例中，当操作信号为启动，且电机为运行阶段时，控制电路采集电机反电动势，监测电机的实时转速，根据实时转速与预设转速，进行速度PID运算，根据运算结果调整PWM信号的占空比，控制电机加速至预设速度后，保持预设速度匀速旋转。
[0104] 通过对电机转速实时监测，并根据预设转速实时调整PWM信号占空比，实现机构的匀速运动。
[0105] 在本申请的一个具体实施例中，当操作信号为启动，且电机为运行阶段时，运行过程中控制电路实时读取电机的反电动势状态参数，若持续一段时间内没有任何反电动势参数，控制电路判断电机出现堵转情况，控制电路控制电子制动器电路动作，将电机的三相绕组短接，断开与三相逆变电路的连接，迅速制动电机并发送故障信号。
[0106] 在本申请的一个具体实施例中，当操作信号为启动，且电机为运行阶段时，运行过程中控制电路实时采样电机电流，在检测到电机实时电流超过电流额定值时，说明电机负载超过负载额定值，为了保护电机驱动和电机，采用电流PID算法，计算PWM信号的占空比，而不再采用速度PID运算进行计算，保证电机在过载的情况下以较低的速度运行；在电机实时电流超过电流最大值时，说明电机负载也超过了负载预设最大值，控制电路控制电子制动器电路动作，将电机的三相绕组短接，断开与三相逆变电路的连接，迅速制动电机并发送故障信号。
[0107] 通过对电机电流实时监测，并在电机过载时根据预设电流实时调整，实现对电机和控制电路的保护。
[0108] 三相逆变电路中，各功率管是主要发热器件，在电机运行过程中，采用热敏电阻实时检测功率管桥堆的温度，当功率管桥堆温度高于温度预定值时，控制电路控制电子制动器电路动作，将电机的三相绕组短接，断开与三相逆变电路的连接，迅速制动电机并发送故障信号。在桥堆温度过高时主动暂停电机运行，实现对电机和控制电路的保护。
[0109] 当操作信号为停止，即启动指令撤除或发出故障信号，控制电路停止PWM信号输出，启动电子制动器电路动作，断开第一继电器供电，将电机三相绕组短接，实现电机快速制动目的。短接电机三相绕组，使定子绕组能够形成闭合回路，由于转子内嵌有永磁体，在转子转动时，定子绕组切割磁感线并感生电流，由于电流的磁效应，转子和定子之间相互作用产生制动力，实现电机制动效果。
[0110] 在没有操作信号时，第一继电器保持断开，即常闭触点闭合、常开触点断开，电机的三相定子绕组处于短接状态，且没有任何外力作用，电机转子处于静止状态，没有任何励磁现象。由于齿槽转矩的存在，此时电机仍然具有制动力。齿槽转矩是永磁同步电机的一种特有属性，是由于其转子和定子有自行调整至磁阻最小位置的趋势而产生的周期性转矩，其转矩能够提供一定的制动力。
[0111] 在本申请中，电机负载为横移车库，由于齿槽转矩的存在，横移车库的横移轨道若存在变形，且变形程度在国标钢结构设计规范最大允许范围之内，横移车库在满载的情况下不会出现溜车的情况，能够满足安全设计规范。
[0112] 如图13所示，控制方法包括以下步骤：S1、开始；
S2、控制器上电；
S3、读取温度参数；
S4、判断功率管桥堆是否过温，若是，置位过温标记，进入下一步，若否，进入下一步；
S5、读取同步电机健康状态；
S6、判断是否有过温标记，若否，进入下一步，若是，转S27；
S7、判断堵转参数是否大于堵转预设值，若否，进入下一步，若是，转S27；
S8、判断过流参数是否大于过流预设值，若否，进入下一步，若是，转S27；
S9、读取控制信号，包括启停信号、方向信号；
S10、判断是否有控制信号，若是，进入下一步，若否，转S26；
S11、控制第一继电器吸合；
S12、根据启动标志位，判断电机是否处于启动阶段，若否，进入下一步，若是，转S25；
S13、读取电机反电动势状态及电机转速；
S14、判断电机是否存在堵转情况，若否，进入下一步，若是，设置堵转标记，转S23；
S15、读取电机三相电流参数；
S16、判断电机是否存在过流情况，若否，进入下一步，若是，设置过流标记，转S23；
S17、根据反电动势进行换相；
S18、判断电机电流是否大于电流预设值，若否，进入下一步，若是，转S21；
S19、将实时转速输入速度PID算法，进行速度PID运算；
S20、根据转速PID运算结果，控制PWM信号占空比，转S3；
S21、将实时电流输入电流PID算法，进行电流PID运算；
S22、根据电流PID运算结果，控制PWM信号占空比，转S3；
S23、控制第一继电器断开；
S24、制动电机，转S3；
S25、开环带动电机转动，转S13；
S26、第一继电器保持断电状态，制动电机，转S3；
S27、发送故障信号；
S28、第一继电器保持断电状态，制动电机；
S29、结束。
[0113] 控制器上电之后首先读取功率管桥堆温度情况，若温度超过温度预设值，则存在过温，将过温标志置1；接着读取电机健康状态，判断过温标志位是否为1、过流标志位是否大于过流预设值以及堵转标志位是否大于堵转预设值，如有任何一个标志位大于预设值，则发送故障信号并迅速制动电机，循环结束；若所有标志都符合要求，没有任何标志位为1，即表明电机与控制器状态健康；
接着读取控制信号，包括启停信号及方向信号，并判断是否有启动信号，若没有启动信号，则继电器保持断电状态，即电机保持制动，并重新回到循环的起始点，根据运行标志位，判断电机是否处于运行阶段；
若存在启动信号及方向信号，则闭合继电器常开接触点，并判断是否为启动阶段，若为启动阶段，则开环带动电机转动，即“强拖”；
接着读取反电动势状态及电机转速，并判断是否存在堵转情况，若存在堵转，则将堵转标志位加1，断开继电器，电机制动，并回到循环起始点；
若没有堵转情况，接着读取电机三相电流，并判断是否有过流情况，若存在过流，则将过流标志位加1，断开继电器，电机制动，并回到循环起始点；
若没有过流情况，接着根据反电动势进行换相，并判断电流是否大于电流环的额定值，若小于电流环额定值，则将实时转速输入速度PID算法，且PWM信号占空比根据速度PID结果进行调整；若电流大于电流环额定值，则将实时电流输入电流PID算法，且PWM信号占空比根据电流PID结果进行调整。
[0114] 若没有任何异常和故障，程序将以一定的频率进行循环，循环的频率由定时器决定。
[0115] 以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
