CN103746635B - 一种电机转速限制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机控制技术领域，提供了一种电机转速限制方法及系统。本发明通过根据当前电机转速调取相应的预设转速限定值，根据该预设转速限定值与当前电机转速的差值获取电机转矩，在预设转速限定值为正且所述差值与预设转速误差值之差小于零时，或者在预设转速限定值为负且所述差值与预设转速误差值之和大于零时，判断电机转矩与预设转速限定值的乘积是否不小于零，如果是，则根据预设转矩控制电机的转速，不对电机的转速进行限制，如果否，则根据所述电机转矩与预设转矩逐步将电机的转速限制到预设转速限定值，从而实现了对电机进行稳定的转速限制，且可以在预设转矩控制状态与转速限制状态之间进行平稳的切换。

Description

一种电机转速限制方法及系统

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种电机转速限制方法及系统。

背景技术

目前，在电机通过转矩控制环路调整转速以驱动机械负载进行工作的过程中，电机是基于预设转矩对机械负载进行驱动的，在机械负载的转矩小于预设转矩时，电机转速会在驱动机械负载的过程中大幅度增加，而电机转速的大幅度增加会导致机械负载因转速过高而损坏，因此，为了保护机械负载，需要对电机转速进行限制。

现有技术提供了三种电机转速限制方法，第一种是通过判断当前的电机转速是否达到预设转速限定值，如果是，则将电机转矩设置为零（此为转速限制状态），如果否，则按照预设转矩控制电机工作（此为预设转矩控制状态），这种方法虽然可以在一定程度上限制电机转速，但其在限制电机转速的过程中会造成电机转速出现较大的波动，在转速限制状态与预设转矩控制状态之间的切换不平稳，容易导致电机工作不稳定。

现有技术提供的第二种电机转速限制方法则是根据当前的电机转速与预设转速限定值的差值生成相应的电机转矩，并判断该电机转矩与预设转矩的乘积是否不小于零，如果是，则不输出上述所生成的电机转矩，并按照预设转矩控制电机工作（此为预设转矩控制状态），如果否，则将按照上述所生成的电机转矩与预设转矩对电机进行转速限制（此为转速限制状态），此方法可以使电机在转速限制过程中的转速保持稳定而不出现较大的波动，但在转速限制状态与预设转矩控制状态之间的切换不平稳。

现有技术提供的第三种电机转速限制方法是根据当前的电机转速与预设转速限定值的差值生成相应的电机转矩，并判断该差值与所生成的电机转矩的乘积是否不小于零，如果是，则不输出上述所生成的电机转矩，并按照预设转矩控制电机工作（此为预设转矩控制状态），如果否，则将按照上述所生成的电机转矩与预设转矩对电机进行转速限制（此为转速限制状态），此方法能够在转速限制状态与预设转矩控制状态之间实现平稳的切换，但却又无法使电机在转速限制过程中的转速保持稳定。

综上所述，现有技术存在无法既对电机实现稳定的转速限制，又能够在转速限制状态与预设转矩控制状态之间实现平稳切换的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机转速限制方法，旨在解决现有技术所存在的无法既对电机实现稳定的转速限制，又能够在转速限制状态与预设转矩控制状态之间实现平稳切换的问题。

本发明是这样实现的，一种电机转速限制方法，其包括以下步骤：

A.根据当前电机转速从预设存储空间中调取相应的预设转速限定值；

B.根据所述预设转速限定值与所述当前电机转速的差值生成相应的电机转矩；

C.对所述预设转速限定值进行正负判断，如果所述预设转速限定值为正数，则执行步骤D，如果所述预设转速限定值为负数，则执行步骤E；

D.判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零，是，则执行步骤F，否，则执行步骤G；

E.判断所述差值与所述预设转速误差值之和是否大于零，是，则执行步骤F，否，则执行步骤G；

F.判断所述电机转矩与所述预设转速限定值的乘积是否不小于零，是，则执行步骤G，否，则执行步骤H；

G.根据预设转矩控制电机的转速；

H.根据所述电机转矩与所述预设转矩控制电机的转速。

本发明的另一目的还在于提供一种电机转速限制系统，其包括：

预设转速调取模块、电机转矩生成模块、预设转速判断模块、正向差值判断模块、负向差值判断模块、电机参数运算判断模块、预设转矩控制模块、转速限制模块以及存储模块；

所述预设转速调取模块用于根据当前电机转速从所述存储模块中调取相应的预设转速限定值；

所述电机转矩生成模块用于根据预设转速限定值与当前电机转速的差值生成相应的电机转矩；

所述预设转速判断模块用于对预设转速限定值进行正负判断；

所述正向差值判断模块用于在所述预设转速判断模块判定所述预设转速限定值为正数时，判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零；

所述负向差值判断模块用于在所述预设转速判断模块判定所述预设转速限定值为负数时，判断所述差值与所述预设转速误差值之和是否大于零；

所述电机参数运算判断模块用于在所述正向差值判断模块的判断结果为是，或者所述负向差值判断模块的判断结果为是时，判断所述电机转矩与所述预设转速限定值的乘积是否不小于零；

所述预设转矩控制模块用于在所述正向差值判断模块的判断结果为否、所述负向差值判断模块的判断结果为否或者所述电机参数运算判断模块的判断结果为是时，根据预设转矩控制电机的转速；

所述转速限制模块用于在所述电机参数运算判断模块的判断结果为否时，根据所述电机转矩与所述预设转矩控制电机的转速；

所述存储模块用于存储所述预设转速限定值、所述预设转矩以及所述预设转速误差值。

本发明通过根据当前电机转速调取相应的预设转速限定值，根据该预设转速限定值与当前电机转速的差值获取电机转矩，在预设转速限定值为正且所述差值与预设转速误差值之差小于零时，或者在预设转速限定值为负且所述差值与预设转速误差值之和大于零时，判断电机转矩与预设转速限定值的乘积是否不小于零，如果是，则根据预设转矩控制电机的转速，不对电机的转速进行限制，如果否，则根据所述电机转矩与预设转矩逐步将电机的转速限制到预设转速限定值，从而实现了对电机进行稳定的转速限制，且可以在预设转矩控制状态与转速限制状态之间进行平稳的切换，解决了现有技术所存在的无法既对电机实现稳定的转速限制，又能够在转速限制状态与预设转矩控制状态之间实现平稳切换的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电机转速限制方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的电机转速限制方法所涉及的四象限电机转速控制示意图；

图3是本发明实施例提供的电机转速限制系统的结构图；

图4是本发明实施例提供的电机转速限制系统的应用示例结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的电机转速限制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S1中，根据当前电机转速从预设存储空间中调取相应的预设转速限定值。

其中，预设转速限定值为正向转速限定值或负向转速限定值，且正向转速限定值大于零，负向转速限定值小于零，正向转速限定值与负向转速限定值的绝对值相等。

步骤S1具体包括以下步骤：

对电机进行转速检测，并获取当前电机转速；

在当前电机转速为正数时，从预设存储空间中调取正向转速限定值作为预设转速限定值；

在当前电机转速为负数时，从预设存储存储空间中调取负向转速限定值作为预设转速限定值。

在步骤S2中，根据预设转速限定值与当前电机转速的差值生成相应的电机转矩。

在步骤S3中，对预设转速限定值进行正负判断，如果预设转速限定值为正数，则执行步骤S4，如果预设转速限定值为负数，则执行步骤S5。

在步骤S4中，判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零，是，则执行步骤S6，否，则执行步骤S7。

在步骤S5中，判断所述差值与预设转速误差值之和是否大于零，是，则执行步骤S6，否，则执行步骤S7。

在本发明实施例中，上述的预设转速误差值存储于预设存储空间中，其可优选为30转/分钟，此外，在实际应用中，根据电机类型的不同可以对预设转速误差值进行相应的取值。

在步骤S6中，判断所生成的电机转矩与预设转速限定值的乘积是否不小于零，是，则执行步骤S7，否，则执行步骤S8。

在步骤S7中，根据预设转矩控制电机的转速。

步骤S7具体包括以下步骤：

将所述电机转矩置为零；

从预设存储空间中调取预设转矩，并根据该预设转矩调整电机工作电流以控制电机运转。

在上述步骤S7中，由于所生成的电机转矩被置为零，预设转矩与零之和仍为预设转矩，所以只根据预设转矩对电机进行常规的转速控制，不对电机进行转速限制。

在步骤S8中，根据所生成的电机转矩与预设转矩控制电机的转速。

步骤S8具体包括以下步骤：

从预设存储空间中调取预设转矩，并将上述所生成的电机转矩与该预设转矩进行求和运算以获得总转矩；

根据总转矩对电机工作电流进行调整以控制电机的转速。

通过上述的电机转速限制方法，由步骤S4、步骤S5及步骤S6组成的转速限制状态进入判断条件，在进入转速限制状态后，通过步骤S8对电机进行转速控制过程中不会引起电机转速的剧烈波动，从而能够保持对电机转速的稳定限制，进而也提高了电机转速限制的准确性。再者，包含由步骤S4、步骤S5及步骤S6组成的转速限制状态进入判断条件的上述电机转速限制方法不会造成电机转矩的突变，由于能够对电机转速进行稳定限制，所调取的预设转速限定值（正向转速限定值或负向转速限定值）的正负性与当前电机转速的正负性相同，且是一个定值，所以对电机进行转速限制的决定性要素则是步骤S2所生成的电机转矩，而该电机转矩在进入和退出转速限制状态时是正负交替变换的，在交替变换时，该电机转矩可视为零，预设转矩与电机转矩之和仍为预设转矩，所以对电机的转速控制就只需按照预设转矩进行即可，即执行上述的步骤S7，则此时步骤S2所生成的电机转矩为零且对上述的步骤S7不产生影响，因此能够实现转速限制状态与预设转矩控制状态之间的平稳切换，且不会使电机的转速发生突变。

对于上述的电机转速限制方法，实际上是在分别以转速和转矩为横坐标轴和纵坐标轴的二维坐标系中的四个象限对电机转速进行限制，具体如下：

假设当前电机转速为n_fdb，预设转速限定值为n_lim，预设转矩为T_cmd，步骤S2所获取的电机转矩为T_asr，则二维坐标系的横坐标轴为n，纵坐标轴为T，在四个象限中的具体情况如下：

当n_fdb>0，则n_lim>0（+），如果此时T_cmd>0（+），则是在第一象限中对电机进行转速限制，为了克服当前电机转速过高的情况，则需要使T_cmd与T_asr之和小于T_cmd，以抵消T_cmd中导致转速过高的那部分转矩，即减小电机转矩，所以此时T_asr<0，电机转速会稳定在正向转速限定值，直到T_asr与n_lim的乘积不小于零，则退出转速限制状态，恢复到按照T_cmd控制电机转速的预设转矩控制状态。

当n_fdb<0，则n_lim<0（－），如果此时T_cmd>0（+），则是在第二象限中对电机进行转速限制，为了克服负载转矩所导致的当前电机转速过低的情况，则需要使T_cmd与T_asr之和大于T_cmd，即增大电机转矩以克服负载转矩，所以此时T_asr>0，电机转速会稳定在负向转速限定值，直到T_asr与n_lim的乘积不小于零，则退出转速限制状态，恢复到按照T_cmd控制电机转速的预设转矩控制状态。

当n_fdb<0，则n_lim<0（－），如果此时T_cmd<0（－），则是在第三象限中对电机进行转速限制，为了克服当前电机转速过低的情况，则需要使T_cmd与T_asr之和大于T_cmd，即增大电机转矩，所以此时T_asr>0，电机转速会稳定在负向转速限定值，直到T_asr与n_lim的乘积不小于零，则退出转速限制状态，恢复到按照T_cmd控制电机转速的预设转矩控制状态。

当n_fdb>0，则n_lim>0（+），如果此时T_cmd<0（－），则是在第四象限中对电机进行转速限制，为了克服负载转矩所导致的当前电机转速过高的情况，则需要使T_cmd与T_asr之和小于T_cmd，即减小电机转矩以克服负载转矩，所以此时T_asr<0，电机转速会稳定在正向转速限定值，直到T_asr与n_lim的乘积不小于零，则退出转速限制状态，恢复到按照T_cmd控制电机转速的预设转矩控制状态。

从上述的在四象限中对电机转速进行限制的工作过程可知，本发明实施例所提供的电机转速限制方法能够以T_asr与n_lim的乘积不小于零这一判断条件兼容多种不同转速限制状态的进入与退出，使整个电机转速限制方法的控制流程简单，且易于实现。

图3示出了本发明实施例提供的电机转速限制系统的示意结构，为了便于说明，仅示出了与发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供的电机转速限制系统包括预设转速调取模块100、电机转矩生成模块200、预设转速判断模块300、正向差值判断模块400、负向差值判断模块500、电机参数运算判断模块600、预设转矩控制模块700、转速限制模块800以及存储模块900。其中：

预设转速调取模块100用于根据当前电机转速从存储模块900中调取相应的预设转速限定值。

电机转矩生成模块200用于根据预设转速限定值与当前电机转速的差值生成相应的电机转矩。

预设转速判断模块300用于对预设转速限定值进行正负判断。

正向差值判断模块400用于在预设转速判断模块300判定预设转速限定值为正数时，判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零。

负向差值判断模块500，用于在预设转速判断模块300判定预设转速限定值为负数时，判断所述差值与预设转速误差值之和是否大于零。

电机参数运算判断模块600，用于在正向差值判断模块400的判断结果为是，或者负向差值判断模块500的判断结果为是时，判断电机转矩生成模块200所生成的电机转矩与预设转速限定值的乘积是否不小于零。

预设转矩控制模块700，用于在正向差值判断模块400的判断结果为否、负向差值判断模块500的判断结果为否或者电机参数运算判断模块600的判断结果为是时，根据预设转矩控制电机的转速。

转速限制模块800，用于在电机参数运算判断模块600的判断结果为否时，根据电机转矩生成模块200所生成的电机转矩与预设转矩控制电机的转速。

存储模块900，用于存储预设转速限定值、预设转矩以及预设转速误差值。

进一步地，存储模块900中所存储的预设转速限定值为正向转速限定值或或负向转速限定值，且正向转速限定值大于零，负向转速限定值小于零，正向转速限定值与负向转速限定值的绝对值相等。

预设转速调取模块100包括：

电机转速获取单元101，用于对电机进行转速检测，并获取当前电机转速；

正向转速调取单元102，用于在当前电机转速为正数时，从存储模块900中调取正向转速限定值作为预设转速限定值；

负向转速调取单元103，用于在当前电机转速为负数时，从存储模块900中调取负向转速限定值作为预设转速限定值。

进一步地，预设转矩控制模块700包括：

转矩设置单元701，用于将电机转矩生成模块200所生成的电机转矩置为零；

预设转矩控制单元702，用于从存储模块900中调取预设转矩，并根据该预设转矩调整电机工作电流以控制电机运转。

进一步地，转速限制模块800包括：

总转矩获取单元801，用于从存储模块900中调取预设转矩，并将电机转矩生成模块200所生成的电机转矩与该预设转矩进行求和运算以获得总转矩；

转速限制单元802，用于根据总转矩对电机工作电流进行调整以控制电机的转速。

在上述的电机转速限制系统中，预设转速调取模块100、电机转矩生成模块200、预设转速判断模块300、正向差值判断模块400、负向差值判断模块500、电机参数运算判断模块600、预设转矩控制模块700及转速限制模块800分别用于执行图1所示的电机转速限制方法中的步骤S1至步骤S8。

在实际应用中，如图4所示的电机转矩控制环路，预设转速调取模块100中的电机转速获取单元101相当于电机检测器1与转速运算器2的组合；电机转矩生成模块200相当于转矩输出控制器3；预设转速判断模块300、正向差值判断模块400、负向差值判断模块500及电机参数运算判断模块600可集成于一个逻辑控制器4（如单片机或ARM处理器等微处理器）中，该逻辑控制器4还对预设转速限定值n_lim与当前电机转速n_fdb的差值n_err进行计算，以便转矩输出控制器3根据差值n_err生成相应的电机转矩T_asr；转矩设置单元701可以是一个转矩输出控制开关5，其根据正向差值判断模块400、负向差值判断模块500及电机参数运算判断模块600的判断结果确定是否将电机转矩生成模块200所生成的电机转矩进行输出，前述的将电机转矩置为零就是不对电机转矩进行输出，反之，则正常输出电机转矩；总转矩获取单元801则可以是一个加法器6，其将转矩输出控制开关5输出的电机转矩与预设转矩进行求和运算以获得总转矩；由于预设转矩控制单元702与转速限制单元802均是对电机工作电流进行调整以控制电机7的转速，所以预设转矩控制模块700与转速限制单元802可以集成于一个电流控制器8中，其用于对电机7的工作电流进行调整；存储模块900则相当于一个存储器9，用于存储预设转速限定值n_lim、预设转矩T_cmd以及预设转速误差值n_rerr，其可以是ROM（Read-onlyMemory，只读存储器）、EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦可编程只读存储器）、EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦可编程只读存储器）、FLASH（闪存）等存储器。

本发明实施例通过根据当前电机转速调取相应的预设转速限定值，根据该预设转速限定值与当前电机转速的差值获取电机转矩，在预设转速限定值为正且所述差值与预设转速误差值之差小于零时，或者在预设转速限定值为负且所述差值与预设转速误差值之和大于零时，判断电机转矩与预设转速限定值的乘积是否不小于零，如果是，则根据预设转矩控制电机的转速，不对电机的转速进行限制，如果否，则根据所述电机转矩与预设转矩逐步将电机的转速限制到预设转速限定值，从而实现了对电机进行稳定的转速限制，且可以在预设转矩控制状态与转速限制状态之间进行平稳的切换，解决了现有技术所存在的无法既对电机实现稳定的转速限制，又能够在转速限制状态与预设转矩控制状态之间实现平稳切换的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电机转速限制方法，其特征在于，所述电机转速限制方法包括以下步骤：

A.根据当前电机转速从预设存储空间中调取相应的预设转速限定值；

B.根据所述预设转速限定值与所述当前电机转速的差值生成相应的电机转矩；

C.对所述预设转速限定值进行正负判断，如果所述预设转速限定值为正数，则执行步骤D，如果所述预设转速限定值为负数，则执行步骤E；

D.判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零，是，则执行步骤F，否，则执行步骤G；

E.判断所述差值与所述预设转速误差值之和是否大于零，是，则执行步骤F，否，则执行步骤G；

F.判断所述电机转矩与所述预设转速限定值的乘积是否不小于零，是，则执行步骤G，否，则执行步骤H；

G.根据预设转矩控制电机的转速；

H.根据所述电机转矩与所述预设转矩控制电机的转速；

所述步骤G包括以下步骤：

将所述电机转矩置为零；

从预设存储空间中调取预设转矩，并根据所述预设转矩调整电机工作电流以控制电机运转；

所述步骤H包括以下步骤：

从预设存储空间中调取预设转矩，并将所述电机转矩与所述预设转矩进行求和运算以获得总转矩；

根据所述总转矩对电机工作电流进行调整以控制电机的转速。

2.如权利要求1所述的电机转速限制方法，其特征在于，所述预设转速限定值为正向转速限定值或负向转速限定值，且所述正向转速限定值大于零，所述负向转速限定值小于零，所述正向转速限定值与所述负向转速限定值的绝对值相等。

3.如权利要求2所述的电机转速限制方法，其特征在于，所述步骤A包括以下步骤：

对电机进行转速检测，并获取当前电机转速；

在所述当前电机转速为正数时，从预设存储空间中调取所述正向转速限定值作为预设转速限定值；

在所述当前电机转速为负数时，从预设存储存储空间中调取所述负向转速限定值作为预设转速限定值。

4.一种电机转速限制系统，其特征在于，所述电机转速限制系统包括：

预设转速调取模块、电机转矩生成模块、预设转速判断模块、正向差值判断模块、负向差值判断模块、电机参数运算判断模块、预设转矩控制模块、转速限制模块以及存储模块；

所述预设转速调取模块用于根据当前电机转速从所述存储模块中调取相应的预设转速限定值；

所述电机转矩生成模块用于根据预设转速限定值与当前电机转速的差值生成相应的电机转矩；

所述预设转速判断模块用于对预设转速限定值进行正负判断；

所述正向差值判断模块用于在所述预设转速判断模块判定所述预设转速限定值为正数时，判断所述差值与预设转速误差值之差是否小于零；

所述负向差值判断模块用于在所述预设转速判断模块判定所述预设转速限定值为负数时，判断所述差值与所述预设转速误差值之和是否大于零；

所述电机参数运算判断模块用于在所述正向差值判断模块的判断结果为是，或者所述负向差值判断模块的判断结果为是时，判断所述电机转矩与所述预设转速限定值的乘积是否不小于零；

所述预设转矩控制模块用于在所述正向差值判断模块的判断结果为否、所述负向差值判断模块的判断结果为否或者所述电机参数运算判断模块的判断结果为是时，根据预设转矩控制电机的转速；

所述转速限制模块用于在所述电机参数运算判断模块的判断结果为否时，根据所述电机转矩与所述预设转矩控制电机的转速；

所述存储模块用于存储所述预设转速限定值、所述预设转矩以及所述预设转速误差值；

所述预设转矩控制模块包括：

转矩设置单元，用于将所述电机转矩置为零；

预设转矩控制单元，用于从所述存储模块中调取预设转矩，并根据所述预设转矩调整电机工作电流以控制电机运转；

所述转速限制模块包括：

总转矩获取单元，用于从所述存储模块中调取预设转矩，并将所述电机转矩与所述预设转矩进行求和运算以获得总转矩；

转速限制单元，用于根据所述总转矩对电机工作电流进行调整以控制电机的转速。

5.如权利要求4所述的电机转速限制系统，其特征在于，所述预设转速限定值为正向转速限定值或负向转速限定值，且所述正向转速限定值大于零，所述负向转速限定值小于零，所述正向转速限定值与所述负向转速限定值的绝对值相等。

6.如权利要求5所述的电机转速限制系统，其特征在于，所述预设转速调取模块包括：

电机转速获取单元，用于对电机进行转速检测，并获取当前电机转速；

正向转速调取单元，用于在当前电机转速为正数时，从所述存储模块中调取所述正向转速限定值作为预设转速限定值；

负向转速调取单元，用于在当前电机转速为负数时，从所述存储模块中调取所述负向转速限定值作为预设转速限定值。