CN105680751A - 实时读取和发送电机电阻、电感和磁链的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时读取电机电阻、电感和磁链的方法，包括：获取电机的温度；发送数据读取请求，所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据。本发明还公开了一种实时发送电机电阻、电感和磁链的方法，包括：获取电机控制器发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；响应所述数据读取请求，读取所述电机数据；向所述电机控制器发送所述电机数据。该方法不需要昂贵的处理器，省去了实时辨识过程，提供了一种可实时得到电机参数的低成本、高稳定性的解决方案。

Description

实时读取和发送电机电阻、电感和磁链的方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种实时读取和发送电机电阻、电感和磁链的方法及系统。

背景技术

目前同步电机的高精度控制中，特别是应用在半导体设备和精密机床设备中的同步电机控制器，为了精密完成对电机转矩和转速的控制，根据电机模型的状态方程可知，在测量电机定子电流，继而控制电机给定的电压矢量中，该时刻的电机定子电阻和电感、永磁体磁链参数的准确数值显得尤为重要，对于同一个厂家的同种型号的电机，其电机定子电阻、电感、永磁体磁链会有一定的差别，即使对同一台电机，不同相的相电阻、相电感以及不同位置的永磁体磁链也有一定程度的误差，这些对高精度位置控制的电机控制器来说，最终变成了对系统的一种扰动、极端情况下造成控制系统失控、震荡。目前的方案主要是通过电机模型或某种控制算法如卡尔曼滤波、Luenberger观测器、自适应算法、最小二乘法等算法实时对电机的相电阻、相电感、永磁体磁链等进行辨识。

在电机控制器内对电机的定子电阻、电感、永磁体磁链等实时进行辨识，试图完成该精度高速同步电机控制的缺点在于：

1)需要使用昂贵的处理器。以在实时辨识中普遍应用的卡尔曼滤波为例，该种算法中有大量的多维矩阵运算，即使是假设电机每相的电阻和电感都是绝对相等和永磁体每个位置的磁链均绝对相等的情况下，一些采用该方案的电机控制器往往使用150-300MHZ左右主频的32位浮点处理器，价格高昂。这样既因为简化的电机模型，得不到好的控制效果，又使整个系统成本居高不下。

2)现有实时辨识算法获取的电机的定子电阻和电感中含有电机动力线的电阻和杂散电感，存在误差。在工业现场电机和控制器距离远近不等，对于不同长度的电机电缆，该电机动力线的电阻和杂散电感不能不考虑控制算法之内，而目前的最优秀、最顶端的实时辨识电机定子电阻和定子电感的算法都不能将电缆的电阻和杂散电感从电机定子电阻和定子电感单独辨识出来。

3)辨识算法稳定性不高。A.辨识算法依赖于众多的控制调节系数，这些控制算法对不同的电机转速、电机结构、不同种类负载等情况下会造成系统失控、电机电流环震荡、啸叫等，稳定性不高。

B.实时辨识算法又严重依赖于电机的输入信号如电机电流的采样，这些高精度的弱电信号，在高电压、大电流、强干扰的工业环境中，容易叠加噪声，这些会造成辨识值和实际值相差较远，使用这些和真实值相差较大的电机参数进行控制容易造成电机转矩波动增大、继而可能电机振动、电机失控。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时读取和发送电机电阻、电感和磁链的方法及系统，该方法和系统不需要昂贵的处理器，省去了实时辨识过程，提供了一种可实时得到电机参数的低成本、高稳定性的解决方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种实时读取电机电阻、电感和磁链的方法，包括以下步骤：

获取电机的温度；

发送数据读取请求，所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

与上述实时读取电机电阻、电感和磁链的方法相应的，本发明还提供了一种实时读取电机电阻、电感和磁链的系统，包括：

温度获取单元，用于获取电机的温度；

数据读取请求发送单元，用于发送数据读取请求，所述读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

与上述实时读取电机电阻、电感和磁链的方法对应的，本发明还提供了一种实时发送电机电阻、电感和磁链的方法，包括以下步骤：

获取电机控制器发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

响应所述数据读取请求，读取所述电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

向所述电机控制器发送所述电机数据。

可选的，在响应所述数据读取请求，读取所述电机数据后，还包括：

将所述电机数据与所述编码器检测的数据打包；

所述向所述电机控制器发送所述电机数据，具体包括：

将打包后的数据发送至所述电机控制器。

可选的，所述向所述电机控制器发送所述电机数据，还包括：

发送所述编码器检测的数据。

与上述实时发送电机电阻、电感和磁链的方法相应的，本发明还提供了一种实时发送电机电阻、电感和磁链的系统，包括：

数据读取请求获取单元，用于获取电机控制器发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

响应单元，用于响应所述数据读取请求，读取所述电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

数据发送单元，用于向所述电机控制器发送数据。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明的技术方案是预先在电机编码器中存储了电机的定子各相的电阻、电感，以及永磁体在不同位置时的磁链随温度变化的数据，根据当下电机温度，调取电机编码器内预先存储的电机数据，通过查电机数据取得当前温度下的电机电参数---相电阻(线电阻)、相电感(线电感)、永磁体磁链，通过编码器发送给电机控制器，以此来取代计算量大，稳定性差的电机电参数实时辨识。本发明提供的技术方案仅需一个低至0.5元的存储器，就能实现电机控制器实时获得电机各相的精确电阻、电感和不同位置下的永磁体磁链，降低了系统成本；而且，采用本发明得到的电机参数精度高、系统鲁棒性好，同时降低了系统的算法复杂程度，提高了系统抗扰性能。

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为本发明提供的实时读取电机电阻、电感和磁链的方法的实施例的流程图；

图2为本发明提供的实时发送电机电阻、电感和磁链的方法的实施例的流程图；

图3为本发明提供的实时读取电机电阻、电感和磁链的系统的结构图；

图4为本发明提供的实时发送电机电阻、电感和磁链的系统的结构图；

图5为本发明提供的一种利用实时读取电机电阻、电感和磁链的系统的系统与实时发送电机电阻、电感和磁链的系统进行电机控制的电机控制系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。

实施例1：本发明提供了一种实时读取电机电阻、电感和磁链的方法，如图1所示，包括：

步骤101：获取电机的温度；

步骤102：发送数据读取请求，所述数据读取请求用于读取设置在电机1内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括电机1在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及电机1在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

本实施例中，在需要电机数据时，电机控制器2(包括伺服驱动器、变频器、无刷电机控制器、步进电机控制器、伺服控制器等)根据电机1的温度检测电路4检测的温度，向编码器3发送数据读取请求，待编码器3响应后，继而就能够从编码器3中的电机数据存储单元9中获得该温度对应的各相的电阻、相电感以及该温度下当前位置的永磁体磁链准确数据，这个数据的准确性，也就保证了该电机控制器2能够精密完成对电机1转矩和转速的控制。

本方法中，电机数据存储单元9可以是编码器3中内带的存储器，也可以是外扩连接与编码器3外部的存储器，该存储器相比处理器价格低廉。而且，本方法中的电机控制器2不需要实时电机参数辨识，也就不需要承载复杂算法的处理器，从而大幅度降低了电机控制系统的成本。利用本实施例所述的实时读取电机1电阻、电感和磁链的方法，可以将原系统的实时辨识的150-300MHZ左右主频、价格高昂的32位浮点处理器，更换为价格只为浮点处理器四分之一的72Mhz左右的32位处理器，大幅度降低系统成本，提高产品的市场竞争力。

本方法中的电机控制更加稳定，鲁棒性好，原因在于：一、本方法是从电机数据存储单元9中获取与当前温度相对应的电机数据，该电机数据时预先存储在编码器3的存储器中，该电机数据并不包含电机1与电机控制器2的连接电缆的电阻和杂散电感，因此，根据本方法获得的电机数据是将连接电缆的电阻和杂散电感分离出的电机数据，提高了系统稳定性。二、本方法无需实时辨识算法，也就不会有这些算法所必需的多个调节系数，电机1的控制输出不易发散。三、本方法在获取电机数据过程中，是直接获取编码器3中预先存储的电机数据，因此电机1电流采样信号上的干扰不会影响到电机1定子电阻、电感的准确数值的获取以及永磁体磁链数据获取的准确性，系统抗扰性能优越。

实施例2：与上述实时读取电机电阻、电感和磁链的方法对应的，本发明还提供了一种实时发送电机电阻、电感和磁链的方法，如图2所示，包括：

步骤201：获取电机控制器2发送的数据读取请求；数据读取请求用于读取设置在电机1内的编码器3中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

步骤202：响应数据读取请求，读取电机数据；电机数据包括电机1在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机1在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

步骤203：向电机控制器2发送电机数据。

本实施方式是与实施例1所述的读取方法相对的发送方法，该方法是预先在电机编码器3中存储了电机1的定子各相的电阻、电感，以及永磁体在不同位置时的磁链随温度变化的数据，在编码器3获取到来自电机控制器2发送的数据读取请求后，响应该数据读取请求，并从编码器3的电机数据存储单元9中读取电机控制器2所需的电机数据，并发送给电机控制器2。

本方法中，电机数据存储单元9可以是编码器3中内带的存储器，也可以是外扩连接与编码器3外部的存储器，该存储器相比处理器价格低廉。而且，本方法中的电机控制器2不需要实时电机参数辨识，也就不需要承载复杂算法的处理器，从而大幅度降低了电机控制系统的成本。利用本实施例所述的实时读取电机电阻、电感和磁链的方法，可以将原系统的实时辨识的150-300MHZ左右主频、价格高昂的32位浮点处理器，更换为价格只为浮点处理器四分之一的72Mhz左右的32位处理器，大幅度降低系统成本，提高产品的市场竞争力。

本方法将电机控制器2所需的电机参数发送给电机控制器2的过程使电机控制更加稳定，鲁棒性好，原因在于：一、本方法是从电机数据存储单元9中获取与当前温度相对应的电机数据再发送给电机控制器2的，该电机数据时预先存储在编码器3的存储器中，该电机数据并不包含电机1与电机控制器2的连接电缆的电阻和杂散电感，因此，根据本方法发送的电机数据是将连接电缆的电阻和杂散电感分离出的电机数据，提高了系统稳定性。二、本方法发送的电机数据，使得电机控制过程中无需实时辨识算法，也就不会有这些算法所必需的多个调节系数，电机1的控制输出不易发散。三、本方法向电机控制器2发送电机数据过程中，是直接获取编码器3中预先存储的电机数据，因此电机1电流采样信号上的干扰不会影响到电机1定子电阻、电感的准确数值的获取以及永磁体磁链数据获取的准确性，系统抗扰性能优越。

作为一种可选的实施方式，在响应数据读取请求，读取电机数据后，还包括：

将电机数据与编码器3检测的数据打包；

向电机控制器2发送电机数据，具体包括：

将打包后的数据发送至电机控制器2。

该实施方式，能够一并将编码器3检测的数据与电机控制器2当下预获取的数据发送至电机控制器2，缩短了电机控制器2控制的过程，从而能够更精准的控制电机1的转速和转矩。

作为一种可选的实施方式，向电机控制器2发送电机数据，还包括：

发送编码器3检测的数据。

该实施方式是单独发送电机数据和编码器3检测的数据，能够简化控制算法，提高控制效率。

实施例3：与上述实时读取电机电阻、电感和磁链的方法相应的，本发明还提供了一种实时读取电机电阻、电感和磁链的系统，如图3所示，包括：

温度获取单元5，用于获取电机1的温度；

数据读取请求发送单元，用于发送数据读取请求；数据读取请求用于读取设置在电机1内的编码器3中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括电机1在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及电机1在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

在本实施方式中，温度获取单元5与设置在电机1内的温度检测电路4或温度传感器相连接，能够准确的获取电机1当下温度，并为电机控制器2提供准确的温度数据，进而通过控制单元6发送与该温度数据对应的准确的数据读取请求，在根本上提高了获得电机数据的精度。

数据读取请求发送单元包括控制单元6，和与控制单元6相连接的第一数据串口收发单元7，控制单元6控制第一数据串口收发单元7向编码器3发送数据读取请求，等待编码器3的相应单元响应后，才能获取所需的电机数据。

本系统是与实施例1中的实时读取电机电阻、电感和磁链的方法相应的实时读取电机电阻、电感和磁链的系统，该系统与上述方法具备相应的有益效果。

本实施例所述的系统，能够用于电机控制器读取电机数据的控制系统中，当该系统在需要电机数据时，电机控制器2(包括伺服驱动器、变频器、无刷电机控制器、步进电机控制器、伺服控制器等)根据电机1的温度检测电路4检测的温度，向编码器3发送数据读取请求，待编码器3响应后，继而就能够从编码器3中的电机数据存储单元9中获得该温度对应的各相的电阻、相电感以及该温度下当前位置的永磁体磁链准确数据，这个数据的准确性，也就保证了该电机控制器2能够精密完成对电机1转矩和转速的控制。

本系统中，电机数据存储单元9可以是编码器3中内带的存储器，也可以是外扩连接与编码器3外部的存储器，该存储器相比处理器价格低廉。而且，本系统中电机控制器2的控制单元6不需要实时电机参数辨识，也就不需要承载复杂算法的处理器，从而大幅度降低了电机控制系统的成本。利用本实施例所述的实时读取电机1电阻、电感和磁链的系统，可以将原系统的实时辨识的150-300MHZ左右主频、价格高昂的32位浮点处理器，更换为价格只为浮点处理器四分之一的72Mhz左右的32位处理器，大幅度降低系统成本，提高产品的市场竞争力。

本系统的电机控制更加稳定，鲁棒性好，原因在于：一、本系统是从电机数据存储单元9中获取与当前温度相对应的电机数据，该电机数据时预先存储在编码器3的存储器中，该电机数据并不包含电机1与电机控制器2的连接电缆的电阻和杂散电感，因此，根据本方法获得的电机数据是将连接电缆的电阻和杂散电感分离出的电机数据，提高了系统稳定性。二、本系统无需实时辨识算法，也就不会有这些算法所必需的多个调节系数，电机1的控制输出不易发散。三、本系统在获取电机数据过程中，是直接获取编码器3中预先存储的电机数据，因此电机1电流采样信号上的干扰不会影响到电机1定子电阻、电感的准确数值的获取以及永磁体磁链数据获取的准确性，系统抗扰性能优越。

实施例4：与上述实时发送电机电阻、电感和磁链的方法相应的，本发明还提供了一种实时发送电机电阻、电感和磁链的系统，如图4所示，包括：

数据读取请求获取单元，用于获取电机控制器2发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机1内的编码器3中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

响应单元，用于响应数据读取请求，读取电机数据；所述电机数据包括电机1在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及电机1在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

数据发送单元，用于向电机控制器2发送数据。

数据读取请求获取单元包括第二数据串口收发单元8，与第一数据串口收发单元7相连接，获取由控制单元6控制第一数据串口收发单元7向编码器3发送数据读取请求；响应单元包括电机数据存储单元9，在响应单元响应了第二数据串口收发单元8获取数据读取请求后，向电机数据存储单元9读取电机数据；数据发送单元通过第二数据串口收发单元8将响应单元获取的电机数据发送至电机控制器2中，完成电机数据的发送。

本系统是与实施例2中的发送方法相应的发送系统，该系统与上述方法具备相同的有益效果。

本实施例所述的系统，能够用于电机控制器读取电机数据的控制系统中，当该系统在需要电机数据时，电机控制器2(包括伺服驱动器、变频器、无刷电机控制器、步进电机控制器、伺服控制器等)根据电机1的温度检测电路4检测的温度，向编码器3发送数据读取请求，待编码器3响应后，继而就能够从编码器3中的电机数据存储单元9中获得该温度对应的各相的电阻、相电感以及该温度下当前位置的永磁体磁链准确数据，这个数据的准确性，也就保证了该电机控制器2能够精密完成对电机1转矩和转速的控制。

本系统中，电机数据存储单元9可以是编码器3中内带的存储器，也可以是外扩连接与编码器3外部的存储器，该存储器相比处理器价格低廉。而且，本系统中电机控制器2的控制单元6不需要实时电机参数辨识，也就不需要承载复杂算法的处理器，从而大幅度降低了电机控制系统的成本。利用本实施例所述的实时读取电机1电阻、电感和磁链的系统，可以将原系统的实时辨识的150-300MHZ左右主频、价格高昂的32位浮点处理器，更换为价格只为浮点处理器四分之一的72Mhz左右的32位处理器，大幅度降低系统成本，提高产品的市场竞争力。

本系统的电机控制更加稳定，鲁棒性好，原因在于：一、本系统是从电机数据存储单元9中获取与当前温度相对应的电机数据，该电机数据时预先存储在编码器3的存储器中，该电机数据并不包含电机1与电机控制器2的连接电缆的电阻和杂散电感，因此，根据本方法获得的电机数据是将连接电缆的电阻和杂散电感分离出的电机数据，提高了系统稳定性。二、本系统无需实时辨识算法，也就不会有这些算法所必需的多个调节系数，电机1的控制输出不易发散。三、本系统在获取电机数据过程中，是直接获取编码器3中预先存储的电机数据，因此电机1电流采样信号上的干扰不会影响到电机1定子电阻、电感的准确数值的获取以及永磁体磁链数据获取的准确性，系统抗扰性能优越。

在上述实施例中，编码器预先存储的电机数据是在电机出厂前对数个工作温度下的定子三相的电阻、相电感以及不同位置的永磁体磁链进行测定。并将多个温度下的定子三相的电阻、相电感以及不同位置的永磁体磁链通过曲线拟合方式获得更多连续温度下的定子三相的电阻、相电感以及不同位置的永磁体磁链，并存储在电机的编码器的电机数据存储单元9中。

实施例3和实施例4可以以图5的方式结合使用，将实时读取电机电阻、电感和磁链的系统和实时发送电机电阻、电感和磁链的系统相结合，构成一种电机控制系统，能够实现精确电机数据的获取与发送，进而能够实现电机控制器对电机转速与转矩的精确控制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种实时读取电机电阻、电感和磁链的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电机的温度；

发送数据读取请求，所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

2.一种实时读取电机电阻、电感和磁链的系统，其特征在于，包括：

温度获取单元，用于获取电机的温度；

数据读取请求发送单元，用于发送数据读取请求，所述读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链。

3.一种实时发送电机电阻、电感和磁链的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取电机控制器发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

响应所述数据读取请求，读取所述电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

向所述电机控制器发送所述电机数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在响应所述数据读取请求，读取所述电机数据后，还包括：

将所述电机数据与所述编码器检测的数据打包；

所述向所述电机控制器发送所述电机数据，具体包括：

将打包后的数据发送至所述电机控制器。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述向所述电机控制器发送所述电机数据，还包括：

发送所述编码器检测的数据。

6.一种实时发送电机电阻、电感和磁链的系统，其特征在于，包括：

数据读取请求获取单元，用于获取电机控制器发送的数据读取请求；所述数据读取请求用于读取设置在所述电机内的编码器中预先存储的与所述温度对应的电机数据；

响应单元，用于响应所述数据读取请求，读取所述电机数据；所述电机数据包括所述电机在各个温度时定子的三相的电阻、电感以及所述电机在各个温度时的不同位置的永磁体的磁链；

数据发送单元，用于向所述电机控制器发送数据。