CN105071709A - 一种电机优化控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机优化控制装置及方法，包括：目标获取单元，用于获取电机目标转速；状态获取单元，用于获取电机状态参数；转速测量单元，用于获取当前转速；调速单元，用于根据电机目标和当前转速调节电机控制参数1，以使得电机工作于目标转速；调节单元，用于调节电机控制参数2；优化单元，用于设定最优化状态参数，及根据电机目标转速和最优化状态参数，获取电机控制参数1和控制参数2；控制和驱动单元，用于根据所述优化单元获取的电机控制参数1和控制参数2，施加各相驱动电压，使得电机工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。本发明通过多个控制参数的协同调节和优化，使得电机在工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。

Description

一种电机优化控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电机优化控制装置及方法，属于电机控制的技术领域。

背景技术

电机已经广泛应用于工农业生产、交通运输、国防军事及日常生活中，并且随着技术的提高能够满足越来越多的需求。对于电机控制而言，现在已经不再是简单的转速控制，而是多目标的协同控制。在能源危机日益严重的今天，考虑到电机所消耗的能量在总耗能中占比很大，效率必然是电机控制的目标。此外，振动和噪音等也在不同场合受到不同程度的关注。电机的控制参数包括线电压、各相驱动电压的相位和调制方式等等。因此，可以说电机控制实质上是一个多参数，多目标的控制过程。

在风扇类电机,例如空调，空气净化器和风扇等应用，恒转速控制非常普遍。一般情况下,在恒转速控制中其他的状态参数，如效率等是采用经验公式近似地对部分控制参数进行优化,因而无法自适应目标转速、负载和母线电压等参数的变化，也就无法使电机始终工作于最优状态上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电机优化控制装置及方法，解决现有的电机无法自适应目标转速、负载和母线电压等参数的变化，无法使电机始终工作于最优状态上的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电机优化控制装置，所述装置包括：

目标获取单元，用于获取电机的目标转速；

状态获取单元，用于获取电机状态参数；

转速测量单元，用于获取电机的当前转速；

调速单元，用于根据电机的目标转速和当前转速调节电机控制参数1，以使得电机工作于目标转速；

调节单元，用于调节电机控制参数2；

优化单元，用于设定最优化状态参数，及根据电机目标转速和最优化状态参数，获取电机控制参数1和控制参数2；

控制和驱动单元，用于根据所述优化单元获取的电机控制参数1和控制参数2，施加各相驱动电压，使得电机工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述电机控制参数1包括电机的线电压；所述电机控制参数2包括电机各相驱动电压的相位；所述电机状态参数包括电机的母线电流。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述目标获取单元和状态获取单元通过多通道模数转换器进行获取。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述转速测量单元包括电机转子位置检测电路和周期测量电路，根据电机转子位置采用高速时钟测量电周期的长度，获得电机的当前转速。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述调速单元包括目标转速与当前转速之差的比例、积分和微分电路的部分或全部。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述调节单元在所述调速单元调节结束，即电机转速达到目标转速后才开始工作。

本发明还提供了一种基于上述电机优化控制装置的优化控制方法，所述方法包括：

调节电机控制参数1，使得电机工作于目标转速；

调节电机控制参数2，使得电机状态参数达到最优；

所述电机控制参数1和电机控制参数2的调节共同起作用，使得电机工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述电机控制参数1的调节采用PID方法。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述电机控制参数2的调节是在一定范围内逐个遍历，或是根据调节机制自动调节。

进一步地，作为本发明第一种优选技术方案，所述电机控制参数2每一次改变后，先通过电机控制参数1的调节使得电机工作于目标转速,然后再进行下一次电机控制参数2的调节。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明所提供的电机优化控制装置及方法，通过多个控制参数的协同调节和优化,使得电机满足多目标的控制需求。具体而言,通过多个控制参数的协同调节和优化，使得电机在工作于目标转速的同时获得最优的状态参数,如电机效率等；利用自适应的变化，不断优化调节，使电机始终工作于最优状态上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电机优化控制装置的结构图。

图2为本发明实施例提供的一种控制参数调节电路的结构图。

图3为本发明实施例提供的一种电机优化控制装置的结构图。

图4为本发明实施例提供的一种电机优化控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一提供了一种电机优化控制装置，如图1所示，所述装置包括：目标获取单元110，调速单元120，调节单元130，转速测量单元140，优化单元150、状态获取单元160，控制与驱动单元170和无刷电机180。

如图1所示，目标获取单元110获取电机目标转速，转速测量单元140获取电机当前转速，调速单元120根据所获取的目标转速与当前转速调节电机控制参数1，使得电机当前转速与目标转速满足设定的调节精度要求。前述电路共同构成电机速度的闭环调速模块。进一步地，所述电机控制参数1包括电机的线电压。

进一步地，所述转速测量单元140优选包括电机转子位置检测电路和周期测量电路；基于电机转子位置，采用高速时钟测量电周期的长度，进而获得电机的当前转速。

更进一步地，所述调速单元120包括比例、积分和微分电路的部分或全部，如图2所示。目标转速与当前转速经减法器210获得差值后，分别送入乘法单元220、积分单元230和微分单元240，并将各自结果通过加法器250相加后得到所述控制参数1。

如图1所示，调节单元130用于调节电机控制参数2，状态获取单元160用于获取电机的状态参数。具体地，所述电机控制参数2包括电机各相驱动电压的相位，所述电机状态参数包括电机的母线电流。为使得电机始终工作于目标转速，每一次调节单元130改变所述控制参数2后，先通过调速单元110使得电机工作于目标转速,然后才进行下一次电机控制参数2的调节。对应于调节单元130的每一次调节，在通过调速单元110使得电机工作于目标转速后，通过状态获取单元160获取电机的状态参数。

在调节单元130完成所有电机控制参数2的调节后,获得使电机工作于目标转速的同时具有最优的状态参数1的电机控制参数1和控制参数2。在电机状态参数设定为电机的母线电流时，前述优化过程即是使得电机母线电流最小。在负载扭矩不变的情况下，输出功率是不变的，那么当母线电流最小时，电机的效率达到最高。因此，本发明实施例能够使得通过电机控制参数1和控制参数2的协同调节，使得电机在设定目标转速下工作时获取最高的效率。

需要指出的是，前述过程是自适应地进行的，当目标转速，负载或母线电压变化时，前述过程自动启动，开始新的优化过程，并最终获取新的外界条件下的最优工作状态。

控制与驱动单元170负责根据控制参数1和控制参数2向无刷电机180的各相线圈施加驱动电压。

目标获取单元110和状态获取单元160可以通过多通道模数转换器310实现，将与目标转速成一定比例关系的模拟电压及电机状态参数分别转换为对应的数字量，如图3所示。

本发明实施例二提供了一种电机优化控制方法，如图4所示，所述包括如下步骤：

步骤410，获取电机目标转速。

步骤420，调节电机控制参数2；具体地，电机控制参数2包括电机各相驱动电压的相位。

步骤430，调节电机控制参数1。

具体地，电机控制参数1包括电机的线电压；当使用脉冲宽度调制（PWM）技术控制电机时，电机线电压与所施加的PWM信号的占空比成比例。

步骤440，获取电机当前转速，并判断电机转速是否已经接近或等于目标转速，即电机转速与目标转速之差是否满足设定的调节精度要求；如果不满足要求，转入步骤430；否则，开始步骤450。

步骤450，获取电机状态参数；优选地，电机状态参数包括电机的母线电流。

步骤460，判断电机控制参数2的调节是否结束；如果没有结束，则转入步骤420；否则，开始步骤470。

具体地，电机控制参数2的调节可以是在一定范围内逐个遍历，或者是根据一定的调节机制自动调节所述电机控制参数2。

步骤470，根据一定的优化原则，在电机状态参数达到最优时，获取使得电机工作于目标转速的同时获得最优状态参数的控制参数1和控制参数2。

步骤480，在步骤470中获取的控制参数1和控制参数2的共同作用下，电机工作于目标转速的同时获得最优状态参数。

进一步地，所述步骤430中对所述电机控制参数1的调节采用PID方法；更进一步地，所述步骤420中电机控制参数2的调节可以是在一定范围内逐个遍历，也可以是根据一定的调节机制自动调节。以及，所述电机控制参数2每一次改变后，先通过电机控制参数1的调节使得电机工作于目标转速,然后才进行下一次电机控制参数2的调节。由此利用自适应的变化，不断优化调节，使电机始终工作于最优状态上。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件来实现，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。具体地，所述运算和控制部分都可以通络逻辑硬件实现，其可以是使用集成电路工艺制造出来的逻辑集成电路，本实施例对此不作限定。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机优化控制装置，其特征在于，所述装置包括：

目标获取单元，用于获取电机的目标转速；

状态获取单元，用于获取电机状态参数；

转速测量单元，用于获取电机的当前转速；

调速单元，用于根据电机的目标转速和当前转速调节电机控制参数1，以使得电机工作于目标转速；

调节单元，用于调节电机控制参数2；

优化单元，用于设定最优化状态参数，及根据电机目标转速和最优化状态参数，获取电机控制参数1和控制参数2；

控制和驱动单元，用于根据所述优化单元获取的电机控制参数1和控制参数2，施加各相驱动电压，使得电机工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。

2.根据权利要求1所述电机优化控制装置，其特征在于，所述电机控制参数1包括电机的线电压；所述电机控制参数2包括电机各相驱动电压的相位；所述电机状态参数包括电机的母线电流。

3.根据权利要求1所述电机优化控制装置，其特征在于，所述目标获取单元和状态获取单元通过多通道模数转换器进行获取。

4.根据权利要求1所述电机优化控制装置，其特征在于，所述转速测量单元包括电机转子位置检测电路和周期测量电路，根据电机转子位置采用高速时钟测量电周期的长度，获得电机的当前转速。

5.根据权利要求1所述电机优化控制装置，其特征在于，所述调速单元包括目标转速与当前转速之差的比例、积分和微分电路的部分或全部。

6.根据权利要求1所述电机优化控制装置，其特征在于，所述调节单元在所述调速单元调节结束，即电机转速达到目标转速后才开始工作。

7.一种基于权利要求1所述电机优化控制装置的优化控制方法，其特征在于，所述方法包括：

调节电机控制参数1，使得电机工作于目标转速；

调节电机控制参数2，使得电机状态参数达到最优；

所述电机控制参数1和电机控制参数2的调节共同起作用，使得电机工作于目标转速的同时获得最优的状态参数。

8.根据权利要求7所述电机优化控制方法，其特征在于，所述电机控制参数1的调节采用PID方法。

9.根据权利要求7所述电机优化控制方法，其特征在于，所述电机控制参数2的调节是在一定范围内逐个遍历，或是根据调节机制自动调节。

10.根据权利要求7所述电机优化控制方法，其特征在于，所述电机控制参数2每一次改变后，先通过电机控制参数1的调节使得电机工作于目标转速,然后再进行下一次电机控制参数2的调节。