CN102769420A - 电机启动的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机启动的控制方法和装置。其中，电机启动的控制装置包括：第一控制单元，与电机相连接，用于控制电机以设定的步进速度预启动；判断单元，与电机相连接，用于判断电机的实际转速是否达到步进速度；以及第二控制单元，与判断单元和电机均相连接，用于在判定电机的实际转速达到步进速度时，控制电机以设定的目标速度继续启动，其中，目标速度大于步进速度。通过本发明，解决现有技术中电机往往因为电流过大而退磁的问题。

Description

电机启动的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及控制领域，具体而言，涉及一种电机启动的控制方法和装置。
背景技术
传统的电机，在控制电机启动的控制方案中不管是方波驱动还是正弦波驱动，都需要经过定位环节，将电机转子定位在某个固定的初始位置，为了保证定位的可靠性，需要施加比较大的定位电流，容易引起电机的退磁；另外由于定位前初始位置的不确定性，定位脉冲可能产生更大的冲击电流，使电机退磁的风险增加，根据现有技术的控制方法控制电机启动时驱动电流的示意图如图1所示，可以看出，图1中存在一个明显的定位过程，定位过程中电流较大，不受控。现有技术中控制电机启动的方案中，在定位过程中系统处于驱动电流开环的状态，定位电流只能通过硬件保护，无法通过控制方式进行控制，尤其是控制无位置传感器的永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor，简称为PMSM)。
定位启动时，大部分都是先开环启动，当达到一定的转速后再切入闭环。这样在开环阶段，电机的电流就处于一种不可控状态，当电流过大也会引起电机转子退磁。
针对现有技术中电机往往因为电流过大而退磁的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电机启动的控制方法和装置，以解决现有技术中电机往往因为电流过大而退磁的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电机启动的控制方法，包括：控制电机以设定的步进速度预启动；判断电机的实际转速是否达到步进速度；以及在判定电机的实际转速达到步进速度时，控制电机以设定的目标速度继续启动，其中，目标速度大于步进速度。
进一步地，控制电机以设定的步进速度预启动包括：根据步进速度计算第一目标电流值；以及根据第一目标电流值控制电机的电输入参数以控制电机以步进速度预启动。
进一步地，在根据第一目标电流值控制电机的电输入参数以控制电机以步进速度预启动之后，控制方法还包括：在电机预启动过程中获取电机的第一实际电流值，其中，第一实际电流值为对电机进行电流采样得到的电流值；计算第一电流误差，其中，第一电流误差为第一目标电流值与第一实际电流值的差值；以及根据第一电流误差，调节电机的电输入参数，以控制电机的实际转速达到步进速度。
进一步地，在判定电机的实际转速达到步进速度时，控制电机以设定的目标速度继续启动包括：在电机继续启动过程中获取电机的实际转速和第二实际电流值，其中，实际转速为对电机进行转速采样得到的转速，第二实际电流值为对电机进行电流采样得到的电流值；计算转速误差，其中，转速误差为实际转速与目标速度的差值；根据转速误差，得到第二目标电流值；计算第二电流误差，其中，第二电流误差为第二目标电流值与第二实际电流值的差值；以及根据第二电流误差，调节电机的电输入参数，以控制电机的实际转速达到目标速度。
进一步地，电机为永磁同步电机。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电机启动的控制装置，包括：第一控制单元，与电机相连接，用于控制电机以设定的步进速度预启动；判断单元，与电机相连接，用于判断电机的实际转速是否达到步进速度；以及第二控制单元，与判断单元和电机均相连接，用于在判定电机的实际转速达到步进速度时，控制电机以设定的目标速度继续启动，其中，目标速度大于步进速度。
进一步地，控制装置还包括：第一计算单元，与第一控制单元相连接，用于根据步进速度计算第一目标电流值，其中，第一控制单元根据第一目标电流值控制电机的电输入参数以控制电机以步进速度预启动。
进一步地，控制装置还包括：电流采样单元，与电机相连接；第一比较器，与第一计算单元和电流采样单元均相连接；以及第一调节单元，连接在第一比较器和电机之间。
进一步地，控制装置还包括：转速采样单元，与电机相连接；第二比较器，与第二控制单元和转速采样单元均相连接；以及第二调节单元，连接在第二比较器和第一比较器之间。
进一步地，电机为永磁同步电机。
通过本发明，采用控制电机以设定的步进速度预启动；判断电机的实际转速是否达到步进速度；以及在判定电机的实际转速达到步进速度时，控制电机以设定的目标速度启动，当电机转速达到目标速度时，就实现了电机边运行边定位，完成了电机的启动过程；其中，目标速度大于步进速度，通过控制电机先以设定的较小的步进速度预启动，并在电机预启动后的速度达到步进速度后再控制电机以目标速度启动，这样，先给电机一个对应于步进速度的较小的电流输入，当电机实际速度达到了设定的步进速度后，再输入一个与设定的目标速度相适应的电流输入，控制电机达到目标速度，这样就避免了传统电机需要输入一个很大的电流进行专门定位，引起电机退磁，从而避免了现有技术中电机往往因为电流过大而退磁的问题，进而达到了使电机平稳启动的效果。
同时，本发明在电机启动过程中，采用了电流闭环控制方式，保证电机启动过程中的电输入是可控的，避免了电机定位不准确或者其它原因引起的电机电流过大的风险，提高了电机运行的稳定性和可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据现有技术的控制方法控制电机启动时驱动电流的示意图；
图2是根据本发明实施例的控制装置与电机的连接示意图；
图3是根据本发明第一优选实施例的控制装置与电机的连接示意图；
图4是根据本发明第二优选实施例的控制装置与电机的连接示意图；
图5是根据本发明实施例的控制方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的控制方法控制电机预启动的示意图；
图7是根据本发明实施例的控制方法控制电机继续启动的示意图；
图8是根据本发明实施例的控制方法控制电机启动时驱动电流的波形；以及
图9是根据本发明实施例的控制方法控制电机启动时电机速度的走向图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种电机启动的控制装置，图2是根据本发明实施例的控制装置与电机的连接示意图，如图2所示，该实施例中的控制装置包括：第一控制单元10、判断单元20和第二控制单元30，图2中的电机可以为永磁同步电机。
第一控制单元10，与电机相连接，用于控制电机以设定的步进速度V0预启动，其中，V0＝300r/min，当然V0的取值范围可以是：0r/min＜V0＜300r/min；
判断单元20，与电机相连接，用于判断电机的实际转速是否达到步进速度V0；以及
第二控制单元30，与判断单元20和电机均相连接，用于在判定电机的实际转速达到步进速度V0时，控制电机以设定的目标速度V1继续启动，其中，V1＝900r/min，当然V1的取值范围可以是：300r/min＜V1≤900r/min步进速度。
通过控制电机先以设定的较小的步进速度V0预启动，并在电机预启动后的速度达到步进速度V0后再控制电机以目标速度V1启动，这样，首先对电机输入一个对应于步进速度V0的较小的电流，在电机达到了V0后，再给电机一个对应于目标速度V1的适当的电流以使电机运转到达目标速度V1，这样，不需要一开始就给电机一个很大的定位电流，克服了现有技术中电机在启动定位过程中，定位电流过大而引起转子退磁的技术问题，达到了使电机平稳启动的效果。
图3是根据本发明第一优选实施例的控制装置与电机的连接示意图，如图3所示，本发明第一优选实施例的控制装置还包括：第一计算单元、电流采样单元、第一比较器11和第一调节单元。
具体地，第一计算单元与第一控制单元10相连接，接收第一控制单元10的步进速度V0，由步进速度V0计算出控制电机运行的第一目标电流值I目标1，以使电机按照第一目标电流值I目标1预启动直至达到步进速度V0；在电机预启动过程中，由与电机相连接的电流采样单元对电机的实际电流进行采样，得到电机的第一实际电流值I实际1，第一比较器11计算出第一电流误差值I误差1，即第一目标电流值I目标1与第一实际电流值的差值，将第一电流误差传送给第一调节单元，第一调节单元根据第一电流误差调节电机的电输入参数，并根据调节后的电输入参数对电机输入电源，以控制电机的运行使其运转速度达到步进速度V0。其中，调节电机的电输入参数可以调节电机的输入电流，也可以调节电机的输入电压；第一调节单元可以为PID调节器。当判断单元20判断出电机的实际运行速度达到步进速度V0后，第二控制单元30控制电机以设定的目标速度V1启动。
通过本发明第一优选实施例的控制装置在电机预启动过程中采用电流闭环控制方式，对电机实际运转时的电流进行采样，以及时调整电机的电输入参数，使电机的转速达到步进速度V0后，再控制电机以目标速度V1启动，这样，即使电机在预启动过程中电流出现异常，电机的电流也是可控的，保证电机第一实际电流值I实际1接近或者等于第一目标电流值I目标1，避免了电机的驱动电流过大，引起电机退磁的危险，进而达到了使电机平稳启动的效果。
图4是根据本发明第二优选实施例的控制装置与电机的连接示意图，与本发明第一优选实施例相比，二者区别在于：如图4所示，在本发明第二优选实施例中，控制装置还包括：转速采样单元、第二比较器21和第二调节单元。
具体地，当判断单元20判断出电机的转速达到步进速度V0之后，第二控制单元30控制电机以目标速度V1继续启动，在电机继续启动过程中，与电机相连接的转速采样单元对电机的实际运行速度进行采样，得到电机的实际速度V实际，第二比较器21将采样得到的实际速度V实际和目标速度V1比较，得到速度误差值后，将速度误差值传送给第二调节单元，第二调节单元根据速度误差值得到第二目标电流值I目标2，同时，电流采样单元对电机在继续启动过程中的电流进行采样，获取第二实际电流值I实际2(图中，I实际1和I实际2均用I实际表示)，通过第一比较器11得到第二电流误差I误差2(图中，I误差1和I误差2均用I误差表示)，其中，第二电流误差I误差2为第二目标电流值I目标2和第二实际电流值I实际2的差值，第一比较器11将第二电流误差I误差2发送给第一调节单元，由第一调节单元根据第二电流误差I误差2，调节电机的电输入参数，并根据调节后的电输入参数对电机输入电源，以控制电机的运行使其运转速度达到目标速度V1，并保证了电机第二实际电流值I实际2接近或者等于第二目标电流值I目标2。其中，调节电机的电输入参数可以调节电机的输入电流，也可以调节电机的输入电压；第一调节单元和第二调节单元均可以为PID调节器。
本发明第二优选实施例的控制装置既达到了控制电机平稳预启动的效果，还实现了在电机平稳预启动后，对电机转速和电流均进行闭环控制。在电机整个启动过程，电机电流都是可控的，因此，即使在电机输入电源异常，或者电机在目标电流驱动下，定位出现异常而引起电流异常，也能及时调节电机的电输入参数，保证电机第一实际电流值I实际1接近或者等于第一目标电流值I目标1，第二实际电流值I实际2接近或者等于第二目标电流值I目标2，这样，电机电流的变化就控制在了电机可承受的范围内，避免电机启动过程中电流过大而引起电机退磁的危险，达到了有效控制电机平稳运行至目标速度的效果。
本发明实施例还提供了一种电机的控制方法，该控制方法可以通过本发明上述实施例所提供的任一种控制装置来执行。
图5是根据本发明实施例的控制方法的流程图，如图5所示，该实施例的控制方法包括步骤S502至步骤S506。
S502：控制电机以设定的步进速度V0预启动。具体地，控制电机以步进速度V0预启动的过程可以通过图6来表示，如图6所示，在控制电机预启动过程中，通过第一计算单元计算出与步进速度V0所对应的电机的第一目标电流值I目标1，以使电机按照第一目标电流值预启动直至达到步进速度V0，此过程中，由与电机相连接的电流采样单元对电机的电流进行采样，得到电机的第一实际电流值I实际1，第一比较器11计算出第一目标电流值I目标1与第一实际电流值的差值第一误差电流值I误差1后，将第一误差电流值I误差1传送给第一调节单元，第一调节单元根据电流误差值I误差1调节电机的电输入参数，并根据调节后的电输入参数对电机输入电源，以控制电机的运行使其运转速度达到步进速度V0，并保证电机第一实际电流值I实际1接近或者等于第一目标电流值I目标1，这样，电机电流的变化就控制在了电机可承受的范围内，避免电机预启动过程中电流过大而引起电机退磁的危险。其中，调节电机的输入参数可以调节电机的输入电流，也可以调节电机的输入电压；第一调节单元可以为PID调节器。
S504：判断电机的实际转速是否达到步进速度V0。具体地，可以通过监测电机预启动过程中电机的实际转速来实现。
S506：在判定电机的实际转度达到步进速度V0时，控制电机以设定的目标速度V1继续启动，其中，目标速度V1大于步进速度V0。具体地，控制电机以目标速度V1启动的过程可以通过图7来表示，如图7所示，当电机的转速达到步进速度V0之后，系统根据目标速度V1和电机在继续启动过程中的实际转速的转速误差得到第二目标电流值I目标2；在电机继续启动过程中，与电机相连接的转速采样单元对电机的实际运行速度进行采样，得到电机的实际速度V实际，第二比较器21将采样得到的实际速度V实际和目标速度V1比较，得到速度误差值后，将速度误差值传送给第二调节单元，第二调节单元根据速度误差值得到的第二目标电流值I目标2，同时，电流采样单元对电机实际运行时的第二实际电流进行采样，得到第二实际电流值I实际2，并通过第一比较器11与调节得到的第二目标电流值I目标2进行比较，得到第二实际电流值I实际2与第二目标电流值I目标2的差值即第二电流误差I误差2后，由第一调节单元根据第二电流误差I误差2调节电机的电输入参数，并根据调节后的电输入参数对电机输入电源，以控制电机的运行使其运转速度达到目标速度V1，并保证电机的第二实际电流值I实际2接近或者等于第二目标电流值I目标2；这样，电机电流的变化就控制在了电机可承受的范围内，避免电机在预启动过程和继续启动过程中电流过大而引起电机退磁的危险。其中，调节电机的电输入参数可以调节电机的输入电流，也可以调节电机的输入电压，第二调节单元也可以为PID调节器，电机启动时驱动电流的波形如图8所示，电机速度的走向如图9所示，图9中，V1＞V0，其中，V0＝300r/min，当然V0的取值范围也可以是0r/min＜V0≤300r/min，V1＝900r/min，V1的取值范围也可以是300r/min＜V1≤900r/min；该实施例的控制方法可以用于对永磁同步电机进行控制。
由于在电机刚启动时，其转速低，检测到的转速不够准确，所以本发明实施例的控制方法在电机预启动阶段采取速度开环控制方式。当实际转速达到V0后，采用速度闭环控制的控制方式。在电机继续启动阶段，对目标转速和实际转速之间的误差转速进行PID调节得到第二目标电流，这样就实现转速闭环控制，当电机负荷变大后引起实际转速下降，目标转速与实际转速的误差也就加大，经PID调节后输出较大的目标电流，从而提高电机的转速，克服负荷变大后引起转速下降的问题，使得转速稳定在目标转速上。
通过以设定的步进速度V0控制电机预启动，以在启动过程中实现转子定位，根据设定的步进转速V0计算得到目标电流，再与当前实际的电流比较，其电流误差值经PID调节器调节后，输出适当的电源给电机，这样就保证了电机的第一实际电流接近或者等于第一目标电流，避免了电流失控过大而造成转子退磁，达到了控制电机平稳预启动的效果。当电机的实际转速由开始启动时的0加速达到了设定的步进速度V0后，再对电机输入一个目标速度值V1，控制电机继续启动，并对电机的实际速度进行采样，将采样得到的实际转速与目标转速V1进行比较得到速度误差值，第二调节单元根据速度误差值得到电机的第二目标电流值，并将第二目标电流值发送给第一比较器，同时，电流采样单元在电机继续启动过程中，采样得到电机的第二实际电流值，并将第二实际电流值发送给第一比较器，第一比较器将第二目标电流值和第二实际电流值比较后得到第二电流误差值，并将第二电流误差值发送给第一调节单元，第一调节单元根据第二电流误差值调节电机的电输入参数，并根据调节后的电输入参数对电机输入电源，以控制电机达到目标速度V1，实现了闭环控制电机启动。
通过以上描述可以看出，本发明实施例的控制方法使电机的整个启动过程中不需要提供很大的电流进行专门定位，可以先以步进速度运行，达到步进速度后，再控制电机以目标速度运行，这样电流由小到大，符合电机运转规律，避免了电机启动过程中电流过大而造成转子退磁。同时，为了克服电机启动过程中，电流开环会出现电流异常的技术问题，或者电机定位异常而出现电机电流过大的技术问题，采用电流闭环控制方式，使电机的实际电流均处于可控状态，可以边运行边实现转子定位，不需要专门的定位过程，电机一启动后就以较小的电流运行，根据实际转速的大小闭环调节电机的电输入参数，使电机的实际电流接近或者等于目标电流，电流是可控的，避免电机的电流失控出现异常，从而导致电机退磁的危险；同时，本发明实施例的控制方法通过根据目标电流与实际电流的差值控制电机的运行，实现了闭环控制电机的加速运行的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机启动的控制方法，其特征在于，包括：
控制电机以设定的步进速度预启动；
判断所述电机的实际转速是否达到所述步进速度；以及
在判定所述电机的实际转速达到所述步进速度时，控制所述电机以设定的目标速度继续启动，其中，所述目标速度大于所述步进速度。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制电机以设定的步进速度预启动包括：
根据所述步进速度计算第一目标电流值；以及
根据所述第一目标电流值控制所述电机的电输入参数以控制所述电机以所述步进速度预启动。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在根据所述第一目标电流值控制所述电机的电输入参数以控制所述电机以所述步进速度预启动之后，所述控制方法还包括：
在所述电机预启动过程中获取所述电机的第一实际电流值，其中，所述第一实际电流值为对所述电机进行电流采样得到的电流值；
计算第一电流误差，其中，所述第一电流误差为所述第一目标电流值与所述第一实际电流值的差值；以及
根据所述第一电流误差，调节所述电机的电输入参数，以控制所述电机的实际转速达到所述步进速度。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在判定所述电机的实际转速达到所述步进速度时，控制所述电机以设定的目标速度继续启动包括：
在所述电机继续启动过程中获取所述电机的实际转速和第二实际电流值，其中，所述实际转速为对所述电机进行转速采样得到的转速，所述第二实际电流值为对所述电机进行电流采样得到的电流值；
计算转速误差，其中，所述转速误差为所述实际转速与所述目标速度的差值；
根据所述转速误差，得到第二目标电流值；
计算第二电流误差，其中，所述第二电流误差为所述第二目标电流值与所述第二实际电流值的差值；以及
根据所述第二电流误差，调节所述电机的电输入参数，以控制所述电机的实际转速达到所述目标速度。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。
6.一种电机启动的控制装置，其特征在于，包括：
第一控制单元，与电机相连接，用于控制所述电机以设定的步进速度预启动；
判断单元，与所述电机相连接，用于判断所述电机的实际转速是否达到所述步进速度；以及
第二控制单元，与所述判断单元和所述电机均相连接，用于在判定所述电机的实际转速达到所述步进速度时，控制所述电机以设定的目标速度继续启动，其中，所述目标速度大于所述步进速度。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
第一计算单元，与所述第一控制单元相连接，用于根据所述步进速度计算第一目标电流值，
其中，所述第一控制单元根据所述第一目标电流值控制所述电机的电输入参数以控制所述电机以所述步进速度预启动。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
电流采样单元，与所述电机相连接；
第一比较器，与所述第一计算单元和所述电流采样单元均相连接；以及
第一调节单元，连接在第一比较器和所述电机之间。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
转速采样单元，与所述电机相连接；
第二比较器，与所述第二控制单元和所述转速采样单元均相连接；以及
第二调节单元，连接在所述第二比较器和所述第一比较器之间。
10.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。
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