CN106533301A - 一种电角度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电机矢量控制领域，提供了一种电角度控制方法及装置。所述方法包括：根据当前周期霍尔反馈的角速度计算当前周期电角度；根据当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；通过锁相环调节器调节所述当前电角度和前一周期锁相环电角度，确定相位补偿量；根据所述角速度与相位补偿量确定校正后的角速度；根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环电角度。通过上述方法获得的电角度无平台、无突变强拉，实时跟踪性强，无相位差，进而能够精确控制电机定子坐标系中电流矢量的两个正交分量，使电机运行中可以正确解耦；采用本方法所得电角度做电机FOC控制，明显减小了电机运行时的噪音及转矩脉动。

Description

一种电角度控制方法及装置

技术领域

本发明实施例属于电机矢量控制领域，尤其涉及一种电角度控制方法及装置。

背景技术

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，其以良好的输出转矩特性、高效的电能利用率、可智能化控制、使用寿命长等优点广泛应用在工业自动化领域中。无刷直流电机中，根据霍尔传感器的安装差异，可将电机分为60度电机和120度电机。现有技术中，无刷直流电机由于安装工艺导致霍尔安装存在偏差，最终导致角速度波动大，以及电角度有平台和突变强拉。

故，需提供一种新的方法以解决上述技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种电角度控制方法，旨在解决现有的方法中，霍尔传感器的安装过程中存在偏差，从而导致电机角速度波动大，电角度有平台和突变强拉的问题。

本发明实施例第一方面，提供了一种电角度控制方法，所述方法包括：

接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环角速度，以用校正后的锁相环电角度控制电机。

本发明实施例的第二方面，提供一种电角度控制装置，所述装置包括：

第一电角度确定单元，用于接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

第一角速度确定单元，用于根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

相位补偿量确定单元，用于获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，并通过锁相环调节器调节所述第一电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

第二角速度确定单元，用于根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

第二电角度确定单元，用于根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环电角度，以用校正后的锁相环电角度控制电机。

在本发明实施例中，根据当前控制周期中霍尔反馈信号计算所得的电角度与前一控制周期电角度确定角速度，再将所得角速度与前一周期控制电机的锁相环的电角度经调解后得到的相位补偿量相加后得到校正后的角速度，所述校正后角速度自身累加后得到用于控制电机的锁相环的电角度，采用上述方法获得的电角度无平台、无突变强拉，实时跟踪性强，无相位差，进而能够精确控制电机定子坐标系中电流矢量的两个正交分量，使电机运行中可以正确解耦；采用本发明实施例中所述方法处理后的电角度做电机磁场导向控制(FOC控制)，明显减小了电机运行时的噪音以及转矩脉动。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种电角度控制方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的一种电角度控制装置的结构图。

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。

本发明实施例中，根据当前控制周期中霍尔反馈信号计算所得的电角度与前一控制周期电角度确定角速度，再将所得角速度与前一周期控制电机的锁相环的电角度经调解后得到的相位补偿量相加后得到校正后的角速度，所述校正后角速度自身累加后得到用于控制电机的锁相环的电角度。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的一种电角度控制方法的流程图，详述如下：

步骤S110，接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

电角度是电机矢量控制中一个重要变量，电角度准确与否关系到电机定子坐标系中电流矢量两正交分量的解耦问题，解耦不正确时，电机模型与理论模型就会出现偏差；利用错误的电角度运行电机也会使电机出现功率降低，转矩降低，电机发热等问题。

因此，在该步骤中电机启动后，接受电机当前运转周期中霍尔传感器反馈的速度信号，根据所述速度信号计算一组电角度。

具体地，在接收当前周期霍尔反馈的角速度，将所述角速度进行累加得到当前电角度。将所述累加得到的当前电角度设定为最原始电角度。

步骤S120，根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

该步骤中，在确定电机当前运转周期电角度后，调用电机前一周期电角度，将两次的电角度作差，按照先进先出的原则将所得差值移动平均预设次数后(如移动平均32次后)得到角速度。经移动平均后将所得角速度修匀，避免出现角速度波动过大，影响用于控制电机下一周期运转的电角度的计算。

进一步地，根据电机的运行情况，预先设定前后两周期电角度差的差值限幅；在对电机当前运行周期电角度与电机前一周期电角度作差之后，首先对所得差值进行判断，再进行移动平均操作。

具体地，将所得差值与预先设定的前后两周期的差值限幅进行比较，若所得差值小于或等于预先设定的差值限幅，则判断所得差值为正常数值，可直接对其进行移动平均操作；若所得差值大于预先设定的差值限幅，则说明霍尔传感器可能受到干扰，当前周期所接收的霍尔速度信号有误，因此，舍弃所得差值，继续接收霍尔速度信号，并计算电角度后再将二者作差。

步骤S130，获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

该步骤中，首先调用电机运行前一周期用于FOC控制的锁相环的电角度，将所述前一周期用于电机FOC控制的锁相环电角度，与电机当前运行周期霍尔反馈速度信号累加所得的电角度进行PI调节，经锁相环PI调节器调节后输出相位补偿；调节过程中，以电机当前运行周期霍尔反馈速度信号累加所得的电角度作为参考信号，前一周期用于电机FOC控制的锁相环电角度作为反馈信号，进行PI调节。经PI调节后所得的相位补偿及限幅用于相位补偿及上述当前周期电角度与前一周期电角度移动平均后得到角速度的相位差。

进一步地，在所述通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量之前，还包括：根据电机运行情况设置锁相环PI调节器的输出限幅。在通过锁相环调节器调节所述当前电角度和前一周期用于控制电机的锁相环电角度，输出相位补偿量之后，对所得相位补偿量进行判断，若所得相位补偿量小于或等于所述输出限幅，则判断所得相位补偿量正确；若所得相位补偿量大于所述输出限幅，则判断所得相位补偿量错误并将其舍弃，取所述输出限幅为相位补偿量。

步骤S140，根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

该步骤中，将上述经移动平均后得到的角速度与经锁相环PI调节器调节后得到的相位补偿量相加求和，用以确定校正后的角速度。所述经移动平均后得到的角速度减小了电机运行中角速度的偏差，而经锁相环PI调节器调节后得到相位补偿量又能补偿移动平均后所得角速度的相位偏差，保证了后续计算控制电机用锁相环电角度的精度。

步骤S150，根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环角速度，以用校正后的锁相环角速度控制电机。

具体地：将所述校正后角速度进行自身累加以确定校正后的锁相环电角度；存储所述校正后的锁相环电角度，以参与下一周期电角度的计算。

该步骤中，将上述计算所得校正后的角速度自身进行累加，累加后得到用于控制电机下一周期运行的电角度，即用于控制电机的锁相环的电角度。存储所述锁相环的电角度，将其作为锁相环PI调节器调节过程中的反馈信号，参与电机运行下一周期中锁相环输出限幅的计算。

本发明第一实施例中，根据当前控制周期中霍尔反馈信号计算所得的电角度与前一控制周期电角度确定角速度，再将所得角速度与前一周期控制电机的锁相环的电角度经调解后得到的相位补偿量相加后得到校正后的角速度，所述校正后角速度自身累加后得到用于控制电机的锁相环的电角度，采用上述方法获得的电角度无平台、无突变强拉，实时跟踪性强，无相位差，进而能够精确控制电机定子坐标系中电流矢量的两个正交分量，使电机运行中可以正确解耦；采用本法案处理后的电角度做电机FOC控制，明显减小了电机运行时的噪音以及转矩脉动。

应理解，在本发明实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

实施例二：

图2示出了本发明第二实施例提供的一种电角度控制装置的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。详述如下：

该电角度控制装置包括：第一电角度确定单元210，第一角速度确定单元220，相位补偿量确定单元230，第二角速度确定单元240，第二电角度确定单元250。其中：

第一电角度确定单元210，用于接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

电机启动后，接受电机当前运转周期中霍尔传感器反馈的速度信号，根据所述速度信号计算一组电角度。

具体地，在接收当前周期霍尔反馈的角速度，将所述角速度进行累加得到当前电角度。将所述累加得到的当前电角度设定为最原始电角度，即，第一电角度。

第一角速度确定单元220，用于根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

确定电机当第一电角度后，调用电机前一周期电角度，将两次的电角度作差，按照先进先出的原则将所得差值移动平均预设次数后(如移动平均32次后)得到角速度。经移动平均后将所得角速度修匀，避免出现角速度波动过大，影响用于控制电机下一周期运转的电角度的计算。

进一步地，根据电机的运行情况，预先设定前后两周期电角度差的差值限幅；在对电机第一电角度与电机前一周期电角度作差之后，首先对所得差值进行判断，再进行移动平均操作。

具体地，将所得差值与预先设定的前后两周期的差值限幅进行比较，若所得差值小于或等于预先设定的差值限幅，则判断所得差值为正常数值，可直接对其进行移动平均操作；若所得差值大于预先设定的差值限幅，则说明霍尔传感器可能受到干扰，当前周期所接收的霍尔速度信号有误，因此，舍弃所得差值，继续接收霍尔速度信号，并计算电角度后再将二者作差。

相位补偿量确定单元230，用于获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，并通过锁相环调节器调节所述第一电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

具体地，调用电机运行前一周期用于电机FOC控制的锁相环的电角度，将所述前一周期用于电机FOC控制的锁相环电角度，与所述第一电角度进行PI调节，经锁相环PI调节器调节后输出相位补偿量；调节过程中，以所述第一电角度作为参考信号，前一周期用于电机FOC控制的锁相环电角度作为反馈信号，进行PI调节。经PI调解后所得的相位补偿及限幅用于补偿上述当前周期电角度与前一周期电角度移动平均后得到角速度的相位差。

进一步地，在所述通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量之前，还包括：根据电机运行情况设置锁相环PI调节器的输出限幅。在通过锁相环调节器调节所述当前电角度和前一周期用于控制电机的锁相环电角度，输出相位补偿量之后，对所得相位补偿量进行判断，若所得相位补偿量小于或等于所述输出限幅，则判断所得相位补偿量正确；若所得相位补偿量大于所述输出限幅，则判断所得相位补偿量错误并将其舍弃，取所述输出限幅为相位补偿量。

第二角速度确定单元240，用于根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

具体地，将上述经移动平均后得到的角速度与经锁相环PI调节器调节后得到的相位补偿量相加求和，用以确定校正后的角速度，即第二角速度。所述经移动平均后得到的角速度减小了电机运行中角速度的偏差，而经锁相环PI调节器调节后得到的相位补偿量又能补偿移动平均后所得角速度的相位偏差，保证了后续计算控制电机用锁相环电角度的精度。

第二电角度确定单元250，用于根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环角速度，以用校正后的锁相环角速度控制电机。

所述第二电角度确定单元，具体包括:

校正后的锁相环电角度确定模块，用于将所述校正后角速度进行自身累加以确定校正后的锁相环电角度；

校正后的锁相环电角度存储模块，用于存储所述校正后的锁相环电角度，以参与下一周期电角度的计算。

具体地，将上述计算所得校正后的角速度自身进行累加，累加后得到用于控制电机下一周期运行的电角度，即，第二电角度，所述电角度用于控制电机运行。存储所述锁相环的电角度，将其作为锁相环PI调节器调节过程中的反馈信号，参与电机运行下一周期中锁相环输出限幅的计算。

本发明第二实施例中，通过第一电角度计算模块确定出电机当前运行周期的电角度，然后再结合前一周期电角度确定出第一角速度，将所述当前电角度和所述锁相环电角度经锁相环调节器调节后，确定相位补偿量，再由第一角速度与相位补偿量计算出第二角速度，即，校正后的角速度，最终由第二角速度自身累加后获得第二电角度，所述第二电角度用于控制电机。采用上述方法获得的电角度无平台、无突变强拉，实时跟踪性强，无相位差，进而能够精确控制电机定子坐标系中电流矢量的两个正交分量，使电机运行中可以正确解耦；采用本发明实施例中所述方法处理后的电角度做电机FOC控制，明显减小了电机运行时的噪音以及转矩脉动。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以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的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电角度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环电角度，以用校正后的锁相环电角度控制电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前电角度，具体为：接收当前周期霍尔反馈的角速度，将所述角速度进行累加得到当前电角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度，具体为：将所述当前周期电角度与前一周期电角度作差，对所得差值进行移动平均以确定角速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度，具体为：将所述角速度与所述相位补偿量作和，以确定校正后的角速度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环电角度，具体包括:

将所述校正后角速度进行自身累加以确定校正后的锁相环电角度；

存储所述校正后的锁相环电角度，以参与下一周期电角度的计算。

6.一种电角度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

第一电角度确定单元，用于接收当前周期霍尔反馈的角速度，并计算当前周期电角度；

第一角速度确定单元，用于根据所述当前周期电角度与前一周期电角度确定角速度；

相位补偿量确定单元，用于获取前一周期用于控制电机的锁相环电角度，通过锁相环调节器调节所述当前电角度和所述锁相环电角度，以确定相位补偿量；

第二角速度确定单元，用于根据所述角速度与所述相位补偿量确定校正后的角速度；

第二电角度确定单元，用于根据所述校正后的角速度确定校正后的锁相环电角度，以用校正后的锁相环电角度控制电机。

7.根据权利要求6所述的装置其特征在于，所述第一电角度确定单元，具体为：接收当前周期霍尔反馈的角速度，将所述角速度进行累加得到当前电角度。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一角速度确定单元，具体为：将所述当前周期电角度与前一周期电角度作差，对所得差值进行移动平均以确定角速度。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二角速度确定单元，具体为：将所述角速度与所述相位补偿量作和，以确定校正后的角速度。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二电角度确定单元，具体包括:

校正后的锁相环电角度确定模块，用于将所述校正后角速度进行自身累加以确定校正后的锁相环电角度；

校正后的锁相环电角度存储模块，用于存储所述校正后的锁相环角速度，以参与下一周期电角度的计算。