CN104901598B - 电机驱动装置、方法及电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，本发明提供一种电机驱动装置、方法及电机，电机驱动装置包括：交轴电压计算模块，根据速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量；交轴电流限制模块，根据预设交轴电流对交轴电流分量进行电流限幅，以将交轴电流分量限制在预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；加法器，获得交轴电压分量；电压限制器，根据位置反馈信号对直轴电压分量和交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；PWM控制器，将直轴电压和交轴电压转换成三相交流电压，通过预设交轴电流调节输入的交轴电流分量和第二交轴电压分量，实现对电机电流的进一步控制。

Description

电机驱动装置、方法及电机

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机驱动装置、方法及电机。

背景技术

目前，无刷电动机主要采用经典矢量控制方案，如图1和图2所示，电机驱动装置包括上位机控制模块和下位机控制模块，其中，上位机控制模块实现转速闭环控制，下位机控制模块实现调速功能，如图1所示，位置计算模块11输出位置反馈信号，速度计算模块12根据所述位置反馈信号输出转子电角速度，速度控制器1根据转子电角速度和速度控制指令输出调节指令给交轴电流计算模块3，直轴电流计算模块2输出预设直轴电流，第一电流控制器4输出直轴电压分量和交轴电压分量，电压限制器5输出直轴电压和交轴电压，PWM控制器6进行坐标变换后输出三相交流电压给逆变驱动模块9以驱动电动机10。

图2与图1的不同点在于速度指令模块14转换成电机速度指令，速度控制器接收所述电机速度指令与速度计算模块12的速度反馈指令生成电机的交轴指令，第一电流控制器4再输出直轴电压分量和交轴电压分量。

图1中的技术方案的优点在于矢量控制效率高，能耗小，结构简单，并且易于实现，但是下位机控制模块不能实现空载调速，甚至即使带上位机控制模块时，由于上位机控制模块调节精度和相应不够，空载调速也比较困难。

图2中的技术方案除了具有图1中技术方案的优点外，其下位机控制模块在单独给定调节指令时，也能进行调速，但是由于下位机控制模块用到转速指令，导致采用霍尔传感器和无位置传感器转速在低速时调速困难。

为了解决图1和图2中技术方案的缺陷，如图3所示，现有技术提出一种解决方案，即将速度控制器1输出的调节指令经过电压指令生成模块17后生成电压指令，PWM控制器根据电压指令驱动逆变器模块9以驱动电机，该技术方案虽然能够实现空载调速，但是电流波形较差，转矩脉动大并且输出给电机的电流不可控。

综上所述，现有技术中的电机驱动装置存在转矩脉动大并且输出给电机的电流不可控的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机驱动装置、方法及电机，旨在解决针对现有技术中的电机驱动装置存在转矩脉动大并且输出给电机的电流不可控的问题。

本发明是这样实现的，第一方面提供一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括：

旋转变换器，用于将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量；

位置计算器，用于检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置输出位置反馈信号；

速度计算模块，用于根据所述位置反馈信号输出转子电角速度；

速度控制器，用于根据所述转子电角速度输出速度控制器输出信号；

其特征在于，所述电机驱动装置还包括：

直轴电流生成模块，用于生成预设直轴电流；

第一减法器，用于将所述预设直轴电流与所述直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差；

第一电流控制器，用于输出所述直轴电流差趋向于零的直轴电压分量；

交轴电压计算模块，用于根据所述速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量；

交轴电流生成模块，用于生成预设交轴电流；

交轴电流限制模块，用于根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；

加法器，用于将所述第一交轴电压分量与所述第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量；

电压限制器，用于根据所述位置反馈信号对所述直轴电压分量和所述交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；

PWM控制器，用于将所述直轴电压和所述交轴电压转换成三相交流电压。

结合第一方面，作为第一方面的第一种可能的实施方式，所述交轴电流生成模块生成预设交轴电流的过程具体为：

所述预设交轴电流为所述交轴电流生成模块生成的固定值。

结合第一方面，作为第一方面的第二种可能的实施方式，所述交轴电流生成模块生成预设交轴电流的过程具体为：

所述预设交轴电流与所述速度控制器输出信号中的电压成正比关系；

根据所述正比关系生成预设交轴电流。

结合第一方面，作为第一方面的第三种可能的实施方式，所述交轴电流限制模块包括：

第二减法器，用于将所述预设交轴电流与所述交轴电流进行减法运算后获得交轴电流差；

电流控制器，用于根据所述交轴电流差输出交轴电压差；

电压限幅单元，用于判断所述交轴电压差是否大于0，当判断结果为是时，使输出的所述第二交轴电压分量为0，当判断结果为否时，再判断所述交轴电压是否小于预设电压，当判断结果为是时，使输出的所述第二交轴电压分量为所述预设电压，当判断结果为否时，使输出的所述第二交轴电压分量为所述交轴电压差。

本发明第二方面提供一种电机，其包括逆变器模块和电机模块，所述电机还包括上述第一方面提供的电机驱动装置。

本发明第三方面提供一种电机驱动方法，所述电机驱动方法包括以下步骤：

将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量；

检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置输出位置反馈信号；

根据所述位置反馈信号输出转子电角速度，并根据所述转子电角速度和所输入的速度指令输出使所述转子电角速度和所输入的速度指令趋向于零的速度控制器输出信号；

生成预设直轴电流，将所述预设直轴电流与所述直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差，并根据所述直轴电流差输出使所述直轴电流差趋向于零的直轴电压分量；

根据所述速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量；

生成预设交轴电流，并根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；

将所述第一交轴电压分量与所述第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量；

根据所述位置反馈信号对所述直轴电压分量和所述交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；

将所述直轴电压和所述交轴电压转换成三相交流电压。

结合第三方面，作为第三方面的第一种可能的实施方式，所述设定预设交轴电流的步骤具体为：

将所述预设交轴电流设定为固定值。

结合第三方面，作为第三方面的第二种可能的实施方式，所述设定预设交轴电流的步骤具体为：

将所述预设交轴电流与所述速度控制器输出信号中的电压设定成正比关系；

根据所述正比关系生成预设交轴电流。

结合第三方面，作为第三方面的第三种可能的实施方式，所述根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量的步骤具体为：

将所述预设交轴电流与所述交轴电流进行减法运算后获得交轴电流差；

根据所述交轴电流差输出交轴电压差；

判断所述交轴电压差是否大于0，是，则使输出的所述第二交轴电压分量为0，否，则再判断所述交轴电压是否小于预设电压，是，则使输出的所述第二交轴电压分量为所述预设电压，否，则使输出的所述第二交轴电压分量为所述交轴电压差。

本发明提供一种电机驱动装置、方法及电机，通过将交轴电压分量分成第一交轴电压分量和第二交轴电压分量，其中第一交轴电压分量通过速度控制器输出的速度控制器输出信号获得，第二交轴电压分量通过对交轴电流分量在预定电流限幅后进行计算得到，通过设定预设交轴电流以对交轴电流分量进行限幅，即通过调节输入的交轴电流分量和第一交轴电压分量，从而进一步实现了对电机电流的控制，解决了单独转矩控制的空载调速问题，同时提高了速度响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的一种电机驱动装置的结构示意图；

图2是现有技术中提供的另一种电机驱动装置的结构示意图；

图3是现有技术中提供的另一种电机驱动装置的结构示意图；

图4是本发明一种实施例提供的电机驱动装置的结构示意图；

图5是本发明另一种实施例提供的电机驱动装置的结构示意图；

图6是本发明另一种实施例提供的电机驱动装置中的交轴电流限制模块的结构示意图；

图7是本发明另一种实施例提供的电机驱动方法的流程图。

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。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明一种实施例提供一种电机驱动装置，如图4所示，一种电机驱动装置，电机驱动装置包括：

旋转变换器13，用于将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量。

位置计算器11，用于检测电机转子的位置，并根据电机转子的位置输出位置反馈信号。

速度计算模块12，用于根据位置反馈信号输出转子电角速度。

速度控制器1，用于输出使转子电角速度和所输入的速度指令趋向于零的速度控制器输出信号。

电机驱动装置还包括：

直轴电流生成模块2，用于生成预设直轴电流。

第一减法器21，用于将预设直轴电流与直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差。

第一电流控制器4，用于输出使所述直轴电流差趋向于零的直轴电压分量；交轴电压计算模块20，用于根据速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量。

交轴电流生成模块14，用于生成预设交轴电流。

交轴电流限制模块15，用于根据预设交轴电流对交轴电流分量进行电流限幅，以将交轴电流分量限制在预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；

加法器22，用于将第一交轴电压分量与第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量；

电压限制器5，用于根据位置反馈信号对直轴电压分量和交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；

PWM控制器6，用于将直轴电压和交轴电压转换成三相交流电压。

具体的，本发明实施例在获取交轴电压分量时，将其分为第一交轴电压分量和第二交轴电压分量并进行加法运算后得到，其中第一交轴电压分量通过速度控制器输出的速度控制器输出信号获得，即将该速度控制器输出信号经过运算后获得第一交轴电压分量，第二交轴电压分量通过对交轴电流分量在预定电流限幅后进行计算得到，此处的预定过电流限幅值可以通过设定的预设交轴电流得到，通过设定预设交轴电流以对交轴电流分量进行限幅，即通过调节输入的交轴电流分量和第二交轴电压分量，以进一步调节控制电动机的电流。

进一步地，生成预设交轴电流可通过以下两种实施方式得到，其中一种实施方式为预设交轴电流为固定值。

具体的，可以通过人为设定预设交轴电流的电流值，实现对交轴电流分量进行限幅。

作为生成预设交轴电流的另外一种实施方式中，如图5所示，交轴电流生成模块14生成预设交轴电流的过程具体为：

预设交轴电流与速度控制器输出信号的大小成正比关系；

根据正比关系生成预设交轴电流。

具体的，可以将预设交轴电流与速度控制器输出信号的大小形成一种线性比例关系，使预设交轴电流随着速度控制器输出信号的大小变化而变化，此时，形成一种动态的预设交轴电流，以实现对交轴电流分量进行动态限幅。

进一步地，如图6所示，交轴电流限制模块15包括：

第二减法器151，用于将预设交轴电流与交轴电流进行减法运算后获得交轴电流差；

电流控制器152，用于根据交轴电流差输出交轴电压差；

电压限幅单元153，用于判断交轴电压差是否大于0，当判断结果为是时，使输出的第二交轴电压分量为0，当判断结果为否时，再判断交轴电压是否小于预设电压，当判断结果为是时，使输出的第二交轴电压分量为预设电压，当判断结果为否时，使输出的第二交轴电压分量为交轴电压差。

本发明另一种实施例提供一种电机，包括上述的电机驱动装置、逆变器模块和电动机。

本发明另一种实施例提供一种电机驱动方法，如图7所示，电机驱动方法包括以下步骤：

步骤S101.将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量。

步骤S102.检测电机转子的位置，并根据电机转子的位置输出位置反馈信号。

步骤S103.根据位置反馈信号输出转子电角速度，并根据转子电角速度和所输入的速度指令输出使转子电角速度和所输入的速度指令趋向于零速度控制器输出信号。

步骤S104.生成预设直轴电流，将预设直轴电流与直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差，并根据直轴电流差输出使直轴电流差趋向于零的直轴电压分量。

步骤S105.根据速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量。

步骤S106.生成预设交轴电流，并根据预设交轴电流对交轴电流分量进行电流限幅，以将交轴电流分量限制在预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量。

步骤S107.将第一交轴电压分量与第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量。

步骤S108.根据位置反馈信号对直轴电压分量和交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压。

步骤S109.将直轴电压和交轴电压转换成三相交流电压。

具体的，本发明实施例在获取交轴电压分量时，将其分为第一交轴电压分量和第二交轴电压分量并进行加法运算后得到，其中第一交轴电压分量通过速度控制器输出的速度控制器输出信号获得，即将该速度控制器输出信号经过认为预定的运算后得到第一交轴电压分量，第二交轴电压分量通过对交轴电流分量在预定电流限幅后进行计算得到，此处的预定过电流限幅值可以通过设定的预设交轴电流得到，通过设定预设交轴电流以对交轴电流分量进行限幅，即通过调节输入的交轴电流分量和第二交轴电压分量，以进一步调节控制电动机的电流。

其中，作为一种实施方式，步骤S107中的设定预设交轴电流的步骤具体为：

将预设交轴电流设定为固定值。

具体的，可以通过人为设定预设交轴电流的电流值，实现对交轴电流分量进行限幅。

其中，作为另一种实施方式，步骤S107中的设定预设交轴电流的步骤具体为：

将预设交轴电流与速度控制器输出信号中的电压设定成正比关系；

根据正比关系生成预设交轴电流。

具体的，可以将预设交轴电流与速度控制器输出信号的大小形成一种线性比例关系，使预设交轴电流随着速度控制器输出信号的大小变化而变化，此时，形成一种动态的预设交轴电流，以实现对交轴电流分量进行动态限幅。

进一步地，根据预设交轴电流对交轴电流分量进行电流限幅，以将交轴电流分量限制在预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量的步骤具体为：

将预设交轴电流与交轴电流进行减法运算后获得交轴电流差；

根据交轴电流差输出交轴电压差；

判断交轴电压差是否大于0，是，则使输出的第二交轴电压分量为0，否，则再判断交轴电压是否小于预设电压，是，则使输出的第二交轴电压分量为预设电压，否，则使输出的第二交轴电压分量为交轴电压差。

本发明提供一种电机驱动装置、方法及电机，通过将交轴电压分量分成第一交轴电压分量和第二交轴电压分量，其中第一交轴电压分量通过速度控制器输出的速度控制器输出信号获得，第二交轴电压分量通过对交轴电流分量在预定电流限幅后进行计算得到，通过设定预设交轴电流以对交轴电流分量进行限幅，即通过调节输入的交轴电流分量和第二交轴电压分量，从而进一步实现了对电机电流的控制，解决了单独转矩控制的调速问题，同时提高了速度响应速度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种电机驱动装置，所述电机驱动装置包括：

旋转变换器，用于将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量；

位置计算器，用于检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置输出位置反馈信号

速度计算模块，用于根据所述位置反馈信号输出转子电角速度；

速度控制器，用于输出使所述转子电角速度和所输入的速度指令趋向于零的速度控制器输出信号；

其特征在于，所述电机驱动装置还包括：

直轴电流生成模块，用于生成预设直轴电流；

第一减法器，用于将所述预设直轴电流与所述直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差；

第一电流控制器，用于输出使所述直轴电流差趋向于零的直轴电压分量；

交轴电压计算模块，用于根据所述速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量；

交轴电流生成模块，用于生成预设交轴电流；

交轴电流限制模块，用于根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；

加法器，用于将所述第一交轴电压分量与所述第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量；

电压限制器，用于根据所述位置反馈信号对所述直轴电压分量和所述交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；

PWM控制器，用于将所述直轴电压和所述交轴电压转换成三相交流电压。

2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述交轴电流生成模块生成预设交轴电流的过程具体为：

所述预设交轴电流为所述交轴电流生成模块生成的固定值。

3.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述交轴电流生成模块生成预设交轴电流的过程具体为：

所述预设交轴电流与所述速度控制器输出信号中的电压成正比关系；

根据所述正比关系生成预设交轴电流。

4.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述交轴电流限制模块包括：

第二减法器，用于将所述预设交轴电流与所述交轴电流分量进行减法运算后获得交轴电流差；

电流控制器，用于根据所述交轴电流差输出交轴电压差；

电压限幅单元，用于判断所述交轴电压差是否大于0，当判断结果为是时，使输出的所述第二交轴电压分量为0，当判断结果为否时，再判断所述交轴电压是否小于预设电压，当判断结果为是时，使输出的所述第二交轴电压分量为所述预设电压，当判断结果为否时，使输出的所述第二交轴电压分量为所述交轴电压差。

5.一种电机，其包括逆变器模块和电机模块，其特征在于，所述电机还包括权利要求1至4任一项所述的电机驱动装置。

6.一种电机驱动方法，其特征在于，所述电机驱动方法包括以下步骤：

将定子电流经过坐标旋转变换后输出交轴电流分量和直轴电流分量；

检测电机转子的位置，并根据所述电机转子的位置输出位置反馈信号；

根据所述位置反馈信号输出转子电角速度，并根据所述转子电角速度和所输入的速度指令输出使所述转子电角速度和所输入的速度指令趋向于零的速度控制器输出信号；

生成预设直轴电流，将所述预设直轴电流与所述直轴电流分量进行减法运算后获得直轴电流差，并根据所述直轴电流差输出使所述直轴电流差趋向于零的直轴电压分量；

根据所述速度控制器输出信号输出第一交轴电压分量；

生成预设交轴电流，并根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量；

将所述第一交轴电压分量与所述第二交轴电压分量进行加法运算后获得交轴电压分量；

根据所述位置反馈信号对所述直轴电压分量和所述交轴电压分量进行坐标变换后输出直轴电压和交轴电压；

将所述直轴电压和所述交轴电压转换成三相交流电压。

7.如权利要求6所述的电机驱动方法，其特征在于，所述生成预设交轴电流的步骤具体为：

将所述预设交轴电流设定为固定值。

8.如权利要求6所述的电机驱动方法，其特征在于，所述生成预设交轴电流的步骤具体为：

将所述预设交轴电流与所述速度控制器输出信号中的电压设定成正比关系；

根据所述正比关系生成预设交轴电流。

9.如权利要求6所述的电机驱动方法，其特征在于，所述根据所述预设交轴电流对所述交轴电流分量进行电流限幅，以将所述交轴电流分量限制在所述预设交轴电流范围内，并经过计算后输出第二交轴电压分量的步骤具体为：

将所述预设交轴电流与所述交轴电流分量进行减法运算后获得交轴电流差；

根据所述交轴电流差输出交轴电压差；

判断所述交轴电压差是否大于0，是，则使输出的所述第二交轴电压分量为0，否，则再判断所述交轴电压是否小于预设电压，是，则使输出的所述第二交轴电压分量为所述预设电压，否，则使输出的所述第二交轴电压分量为所述交轴电压差。