CN105553369A - 一种控制电机的方法及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制电机的方法，包括：实时检测获得所述电机的即时电流值；基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值；基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。本发明还公开了的一种电机，包括三相绕组、检测模块以及控制模块。

Description

一种控制电机的方法及电机

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种控制电机的方法及电机。

背景技术

众所周知，永磁同步电机电机的功率因数高，且无转子损耗，因此效率高。其转子转速严格与驱动电源频率保持同步，转子磁场由永久磁铁产生。电机配以高性能高速实时数字控制器构成的调速装置，系统控制相对简单，成本低，适合在家用电器产品中应用，例如变频空调、冰箱、洗衣机等。除了家电产品外，电机还可用于电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机等等。此外，它还可以作为伺服电动机用于工业控制场合，如数控机床、机器人和电梯驱动等。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中对电机的控制方法存在不必要的控制收敛，导致系统运行噪声增加，以及系统控制精确度和系统控制稳定性降低等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种控制电机的方法及电机，用于解决现有技术中对电机的控制方法存在不必要的控制收敛，导致系统运行噪声增加，以及系统控制精确度和系统控制稳定性降低等问题。

一方面，本发明实施例提供一种控制电机的方法，包括以下步骤：

实时检测获得所述电机的即时电流值；

基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值；

基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

可选地，实时检测获得所述电机的即时电流值；

基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值；

基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

可选的，所述实时检测获得所述电机的即时电流值，包括：

实时检测获得所述电机的检测电流值；

基于所述检测电流值，获得所述电机的d轴即时电流和所述电机的q轴即时电流。

可选的，所述基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，包括：

基于电流值和电感之间的对应关系，确定与所述d轴即时电流对应的所述电机的d轴命令电感，以及与所述q轴即时电流对应的所述电机的q轴命令电感。

可选的，所述基于电流值和电感之间的对应关系，确定与所述d轴即时电流对应的所述电机的d轴命令电感，以及与所述q轴即时电流对应的所述电机的q轴命令电感，包括：

基于电流值和电感之间的对应关系，获得所述电机的d轴即时电感和q轴即时电感；

基于所述d轴即时电流和所述d轴即时电感，通过直线拟合方法，计算所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α；

基于所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α，获得所述d轴命令电感；以及

基于所述q轴即时电流和所述q轴即时电感，通过直线拟合方法，计算所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β；

基于所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β，获得所述q轴命令电感。

可选的，所述方法还包括：

对所述d轴即时电流进行低通滤波，获得所述d轴即时电流的低通滤波值

对所述q轴即时电流进行低通滤波，获得所述q轴即时电流的低通滤波值

可选的，所述基于所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α，获得所述d轴命令电感，包括：

基于公式：获得所述电机的d轴命令电感L _d ；

所述基于所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β，获得所述q轴命令电感，包括：

基于公式：获得所述电机的q轴命令电感L _q 。

可选的，所述直线拟合方法为最小二乘法或分组平均点法。

另一方面，本发明实施例提供一种电机，包括三相绕组，所述电机还包括：

检测模块，与所述三相绕组的端点连接，用于实时检测获得所述电机的即时电流值；

控制模块，与所述三相绕组的端点以及检测模块连接，用于获取电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

可选地，所述控制模块包括智能功率模块和微控制单元；

所述微控制单元通过所述智能功率模块与所述三相绕组的端点连接，并通过所述智能功率模块控制所述电机的运行。

可选地，所述检测模块包括电流采样单元和至少一个电阻，其中，所述至少一个电阻连接在所述电流采样单元与所述三相绕组的端点之间；

所述电流采样单元用于获得所述三相绕组中每个相的检测电流值。

本发明有益效果如下：

由于在本发明实施例中，通过实时检测获得所述电机的即时电流值，并基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，从而能够基于所述命令电感值，控制所述电机的运行，因此能够去除不必要的系统控制收敛，从而降低系统运行的噪声并提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。

图1为本发明实施例中控制电机的方法的流程图；

图2为本发明实施例中电机的电流值和电感之间的直线拟合关系示意图；

图3为本发明实施例中电机的结构框图；

图4为本发明实施例中电机的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种控制电机的方法及电机，用于解决现有技术中对电机的控制方法存在不必要的控制收敛，导致系统运行噪声增加，以及系统控制精确度和系统控制稳定性降低等问题。

本发明实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

通过实时检测获得所述电机的即时电流值，并基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，从而能够基于所述命令电感值，控制所述电机的运行，因此能够去除不必要的系统控制收敛，从而降低系统运行的噪声并提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施方式一

图1示出了本发明实施例中控制电机的方法的流程。图2示出了本发明实施例中电机的电流值和电感之间的直线拟合关系。表1示出了本发明实施例中电机的电流值和电感之间的对应关系的示例性数值。下面结合图1、图2以及表1对本发明实施例提供的控制电机的方法进行详细说明，该方法包括以下步骤：

S101：实时检测获得电机的即时电流值；

S102：基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值；

S103：基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

在步骤S101中，可以通过实时检测获得电机的检测电流值，然后对所获得的检测电流值进行坐标变换，获得所述电机的d轴即时电流和所述电机的q轴即时电流。

在优选的实施例中，例如可以通过对所获得的检测电流进行派克变换(Parktransformation)，或者通过将所获得的检测电流向d轴和q轴坐标投影，来获得所述电机的d轴即时电流和所述电机的q轴即时电流。

在步骤S102中，可以基于如下面表1所示的电流值和电感之间的对应关系，来实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值。

I	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	5	7
										Ld	15.79	15.74	15.56	15.29	14.98	14.65	14.27	13.56	12.44
Lq	19.18	18.71	18.13	17.57	17.03	16.56	16.12	15.39	14.17

表1

其中，I为电机的d轴即时电流I_d和电机的q轴即时电流I_q的均方根电流，单位为安培；L_d为电机的d轴即时电感，单位为毫亨；L_q为电机的q轴即时电感，单位为毫亨。

在优选的实施例中，可以基于如表1所示的电流值和L_d之间的对应关系，通过直线拟合方法，计算L_d随d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α；并基于如表1所示的电流值和L_q之间的对应关系，通过直线拟合方法，计算L_q随q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β。

其中，直线拟合方法可以包括最小二乘法、分组平均点法等。例如，可以基于如表1所示的电流值和电感之间的对应关系的示例性数值，通过最小二乘法获得如图2所示的电机的电流值和电感L_q之间的直线拟合关系，以及电流值和电感L_q之间的直线拟合关系。由此获得：L_d0＝16.644713，α＝-0.420007，L_q0＝19.781525，β＝-0.603407。

进一步地，可以通过对d轴即时电流进行低通滤波，来获得d轴即时电流的低通滤波值以及对q轴即时电流进行低通滤波，来获得q轴即时电流的低通滤波值

具体地，可以基于公式：获得电机的d轴命令电感L _d ；以及基于公式：获得电机的q轴命令电感L _q 。

然后，基于所获得的电机的d轴命令电感L _d 和q轴命令电感L _q ，来控制电机的运行。由于控制电机的电感能够随着电机的电流而实时地变换，因此能够去除不必要的系统控制收敛，从而降低系统运行的噪声并提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

实施方式二

图3示出了本发明实施例中电机的结构框图。图4示出了本发明实施例中电机的结构示意图。下面结合图3和图4对本发明实施例提供的电机进行详细说明。

如图3所示，电机200包括三相绕组202、控制模块201和检测模块203。具体地，电机200可以是永磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机等。

其中，检测模块203与三相绕组202的端点连接，用于实时检测获得电机200的即时电流值。控制模块201与三相绕组202的端点以及检测模块203连接，用于获取电流值和电感之间的对应关系，实时确定与即时电流值对应的命令电感值，基于命令电感值，控制电机200的运行。

在一个优选的实施例中，三相绕组202包括如图4所示的第一相U、第二相V、第三相W以及中性点N。三相绕组202的端点U+、V+、W+、U-、V-以及W-分别与逆变桥的控制端a、b、c、d、e以及f连接。

此外，控制模块201可以包括智能功率模块(IntelligentPowerModule，IPM)和微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)。其中，智能功率模块IPM可以包括如图4所示的由至少六只绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)组成的逆变桥。

其中，微控制单元MCU可以包括单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer，SCM)、系统单芯片(System-on-a-chip，SoC)等。微控制单元MCU通过逆变桥的控制端a、b、c、d、e和f与三相绕组的端点U+、V+、W+、U-、V-以及W-连接，并通过控制逆变桥的通断来控制电机200的运行。

此外，检测模块203可以包括如图4所示的电流采样单元和至少一个电阻R0。电流采样单元的一端与智能功率模块IPM中逆变桥的下桥背电流输出端(d、e和f)连接，电流采样单元的另一端与直流母线电压源E_dc的地连接。其中，电阻R0连接在电流采样单元的两个端点之间。

在一个优选的实施例中，微控制单元MCU通过控制逆变桥的通断，使得电流采样单元能够通过电阻R0分时获得三相绕组202中每个相的检测电流值(Iu、Iv和Iw)。

在另一个优选的实施例中，检测模块203可以包括电流采样单元和三个电阻。其中，所述三个电阻分别设置在三相绕组的端点(U-、V-和W-)与直流母线电压源E_dc的地之间，电流采样单元连接在所述三个电阻中每个电阻的两端，从而能够直接获得三相绕组202中每个相的检测电流值(Iu、Iv和Iw)。

进一步地，微控制单元MCU可以对所获得的检测电流值(Iu、Iv和Iw)进行放大处理，并将经过放大处理的电流值输出至微控制单元MCU的模拟数字转换端口AD。微控制单元MCU根据该电流值，进行坐标变换，获得电机200的d轴电流I_{d_fil}和q轴电流I_{q_fil}。具体地，可以采用如上面实施方式一中所阐述的坐标变换方法，也可以采用其它合适的坐标变换方法。

在进一步优选的实施例中，微控制单元MCU还可以通过设置在其内部的滤波模块对所获得的电机200的d轴电流I_{d_fil}和q轴电流I_{q_fil}进行低通滤波，或者从设置在微控制单元MCU外部的滤波模块接收对电机200的d轴即时电流的低通滤波值和q轴即时电流的低通滤波值从而能够获得更高的系统控制精确度和系统控制稳定性。

具体地，滤波模块可以采用一阶低通滤波器，其传递函数G(s)为：

$G\left(s\right)=\frac{1}{1+T_{s}S}$

其中，T_s为低通滤波时间常数，其取值范围可以设置为50毫秒至200毫秒。

离散化计算公式为：

$I_{d\left(n\right)}=I_{d(n-1)}+(I_{d\_fil}-I_{d(n-1)})\frac{T_i}{T_s}$

$I_{q\left(n\right)}=I_{q(n-1)}+(I_{q\_fil}-I_{q(n-1)})\frac{T_i}{T_s}$

其中，T_i为采样计算周期，取值范围可以为0.1秒至9.9秒；n为正整数。

由此获得d轴即时电流的低通滤波值等于I_d(n)，以及q轴即时电流的低通滤波值等于I_q(n)。

在优选的实施例中，微控制单元MCU可以基于如表1所示的电流值和L_d之间的对应关系，通过直线拟合方法，计算L_d随d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α；并基于如表1所示的电流值和L_q之间的对应关系，通过直线拟合方法，计算L_q随q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β。其中，微控制单元MCU可以包括存储器，用于存储如表1所示的电流值和L_d之间的对应关系。微控制单元MCU也可以通过其输入接口从其它设备获得如表1所示的电流值和L_d之间的对应关系。

进一步地，微控制单元MCU可以基于公式：获得电机200的d轴命令电感L _d ；以及基于公式：获得电机200的q轴命令电感L _q 。

在优选的实施例中，微控制单元MCU可以先将上述获得的L_d0、α、L_q0以及β分别扩大到2ⁿ倍。然后，再将所计算出的电机200的d轴命令电感L _d 和q轴命令电感L _q 缩小到1/2ⁿ。其中，n为正整数，其取值范围可以为10至15。随着n的取值增大，系统的控制精确度和稳定性也随之提高。

然后，微控制单元MCU可以基于所获得的电机200的d轴命令电感L _d 和q轴命令电感L _q ，通过智能功率模块IPM精确稳定地控制电机200的运行，即采用电感可变的控制方法，根据电机的d轴即时电流和q轴即时电流实时地修正电机的电感。因此能够去除不必要的系统控制收敛，从而降低系统运行的噪声并提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

在优选的实施例中，微控制单元MCU还可以基于电机的d轴命令电感L _d 和q轴命令电感L _q ，来获得电机的轴误差值，并通过解耦合计算来获得电机的反电动势以及最大力矩，由此能够根据所获得轴误差和反电动势来进一步提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

进一步地，微控制单元MCU还可以包括自动电流调节器(AutomaticCurrentRegulator，ACR)、自动速度调节器(AutomaticSpeedRegulator，ASR)、自动电压调节器(AutomaticVoltageRegulator，AVR)等。微控制单元MCU可以基于电机的d轴命令电感L _d 和q轴命令电感L _q ，来获得电机的d轴命令电流值和q轴命令电流值，进而将所获得的电机的d轴命令电流值和q轴命令电流值通过ACR、ASR、AVR等来控制电机的运行。因此能够提高对电机的控制速度，并进一步提高系统控制精确度和系统控制稳定性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的基本构思和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种控制电机的方法，其特征在于，所述方法包括：

实时检测获得所述电机的即时电流值；

基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值；

基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

2.根据权利要求1所述的控制电机的方法，其特征在于，所述实时检测获得所述电机的即时电流值，包括：

实时检测获得所述电机的检测电流值；

基于所述检测电流值，获得所述电机的d轴即时电流和所述电机的q轴即时电流。

3.根据权利要求2所述的控制电机的方法，其特征在于，所述基于电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，包括：

基于电流值和电感之间的对应关系，确定与所述d轴即时电流对应的所述电机的d轴命令电感，以及与所述q轴即时电流对应的所述电机的q轴命令电感。

4.根据权利要求3所述的控制电机的方法，其特征在于，所述基于电流值和电感之间的对应关系，确定与所述d轴即时电流对应的所述电机的d轴命令电感，以及与所述q轴即时电流对应的所述电机的q轴命令电感，包括：

基于电流值和电感之间的对应关系，获得所述电机的d轴即时电感和q轴即时电感；

基于所述d轴即时电流和所述d轴即时电感，通过直线拟合方法，计算所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α；

基于所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α，获得所述d轴命令电感；以及

基于所述q轴即时电流和所述q轴即时电感，通过直线拟合方法，计算所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β；

基于所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β，获得所述q轴命令电感。

5.根据权利要求2至4任一项所述的控制电机的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述d轴即时电流进行低通滤波，获得所述d轴即时电流的低通滤波值

对所述q轴即时电流进行低通滤波，获得所述q轴即时电流的低通滤波值

6.根据权利要求5所述的控制电机的方法，其特征在于，所述基于所述d轴即时电感随所述d轴即时电流变化的直线拟合截距L_d0和直线拟合斜率α，获得所述d轴命令电感，包括：

基于公式：获得所述电机的d轴命令电感L _d ；

所述基于所述q轴即时电感随所述q轴即时电流变化的直线拟合截距L_q0和直线拟合斜率β，获得所述q轴命令电感，包括：

基于公式：获得所述电机的q轴命令电感L _q 。

7.根据权利要求4或6所述的控制电机的方法，其特征在于，所述直线拟合方法为最小二乘法或分组平均点法。

8.一种电机，包括三相绕组，其特征在于，所述电机还包括：

检测模块，与所述三相绕组的端点连接，用于实时检测获得所述电机的即时电流值；

控制模块，与所述三相绕组的端点以及所述检测模块连接，用于获取电流值和电感之间的对应关系，实时确定与所述即时电流值对应的命令电感值，基于所述命令电感值，控制所述电机的运行。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述控制模块包括智能功率模块和微控制单元；

所述微控制单元通过所述智能功率模块与所述三相绕组的端点连接，并通过所述智能功率模块控制所述电机的运行。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于，所述检测模块包括电流采样单元和至少一个电阻，其中，所述至少一个电阻连接在所述电流采样单元与所述三相绕组的端点之间；

所述电流采样单元用于获得所述三相绕组中每个相的检测电流值。