CN107453668A - 相电流检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及电机控制技术领域，公开了一种相电流检测方法及装置。本发明中，相电流检测方法包括：在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时；当计时达到预设时长时，启动相电流采样装置采样得到各相电流；其中，预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期。本发明实施方式使得始终能够在接近每个电流环周期的结束位置处采样得到电机的各相电流，从而可以提高电机的闭环控制性能。

Description

相电流检测方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，特别涉及一种相电流检测方法及装置。

背景技术

随着科技的迅速发展，对于电机控制精度要求愈来愈高。电机控制一般采用闭环控制系统。如图1所示，为永磁同步电机闭环控制系统的控制结构示意图。首先，系统根据检测到的电动机转速和输入的参考转速及转速与转矩的关系，通过速度PI(ProportionalIntegral，比例积分)控制器计算得到定子电流参考输入i_sqref。定子相电流ia和ib通过相电流检测电路被提取出来，然后用Clark(克拉克)变换将他们转换到定子相坐标系中，使用Park(帕克)变换再将他们转换到d-q旋转坐标系中。d-q坐标系中的电流信号再与他们的参考输入isqref和isdref相比较，其中isdref＝0，通过PI控制器获得理想的控制量。控制信号再进行Park逆变换，送到PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)逆变器，从而得到控制定子三相对称绕组的实际电流。这样，外环速度环产生了定子电流的参考值，内环电流环得到实际控制信号，从而构成一个完整的速度FOC(Field-Oriented Control，磁场导向控制)闭环控制系统。在伺服控制中，还需要在每个电流环周期内采样各相电流信号，其对于伺服系统的闭环控制至关重要。目前，相电流的检测中，Σ－Δ(signadelta)模数转换器(Analog to Digital Converter，简称ADC)，由于采用过采样技术和噪声整形技术，且可提供极高的采样速率和Σ－Δ调制技术，因此可获得极高的分辨率，故而逐渐替代传统模拟元件。Σ－Δ模数转换器还可采用极低位量化器(1位)，易于用半导体技术实现。同时，通过采用数字抽取滤波器对ADC输出的数字信号进行抽取得到各相电流。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在伺服控制中，电流环周期以及数字抽取滤波器各自独立运行，但是由于电流环周期与数字抽取滤波器的周期并不相同，所以导致采样到的各相电流不能满足伺服控制对于相电流的实时性要求，从而影响闭环控制性能。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种相电流检测方法及装置，使得始终能够在接近每个电流环周期的结束位置处采样得到电机的各相电流，从而可以提高电机的闭环控制性能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种相电流检测方法，用于检测得到电机各相电流，所述各相电流用于电机的闭环控制，所述相电流检测方法包括：在所述闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时；当计时达到预设时长时，启动相电流采样装置采样得到所述各相电流；其中，所述预设时长与所述相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于所述电流环的周期。

本发明的实施方式还提供了一种相电流检测装置，用于检测得到电机各相电流，所述各相电流用于电机的闭环控制，所述电机控制装置包括：计时模块、判断模块以及相电流采样装置；所述计时模块连接于所述判断模块，所述判断模块连接于所述相电流采样装置；所述计时模块用于在所述闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时；所述判断模块用于判断所述计时模块是否计时达到预设时长，并在计时达到预设时长时，触发所述相电流采样装置；所述相电流采样装置用于采样得到电机的各相电流；其中，所述预设时长与所述相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于所述电流环的周期。

本发明实施方式相对于现有技术而言，在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时，当计时达到预设时长时，再启动相电流采样装置采样得到各相电流，由于预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期，所以使得相电流采样装置基本在每个电流环的结束位置采样得到各相电流，从而使得检测得到的各相电流的实时性非常高，进而可以提高电机的闭环控制性能。

另外，所述相电流采样装置为数字抽取滤波器。

另外，所述数字抽取滤波器为Sinc3。该数字抽取滤波器结构简单，且抽取算法中无需乘法运算，易于实现。

另外，所述电机包括以下任意电机之一：永磁同步电机、感应电机、异步电机，从而使得本实施方式得到广泛应用。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是现有技术中永磁同步电机闭环控制结构示意图；

图2是现有技术中相电流检测时序图；

图3是根据本发明第一实施方式的相电流检测方法的流程图；

图4是根据本发明第一实施方式的相电流检测方法的相电流检测的控制时序图；

图5是根据本发明第一实施方式的相电流检测方法的检测时序图；

图6是根据本发明第二实施方式的相电流检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

发明人发现现有的相电流检测方案中，一般通过Σ－Δ模数转换器对电机的各相电流进行模数转换，然后使用Sinc3数字抽取滤波器抽取采样得到各相电流。假定Sinc3的抽取时钟为13.3MHz(兆赫兹)，抽取率为128，则Sinc3数字抽取滤波器完成一次采样需要128/13.3＝9.6us(微秒)，且通常Sinc3需要采样四次才能得到可靠的采样值，这样，Sinc3采样得到所需的数值的周期即为四个9.6us(即38.4us)。假设电流环周期为50us，当电流环周期和数字抽取滤波器各自独立工作时，如图2所示，假定第一个电流环周期内Sinc3数据与电流环周期同步(即Sinc3采样得到相电流的位置接近电流环周期的结束位置)，则随着时间的推移，第二个电流环周期内Sinc3数据和电流环周期的结束位置就会相差2us，第三个电流环周期内Sinc3数据和电流环周期的结束位置就会相差4us，第四个电流环周期内Sinc3数据和电流环周期的结束位置就会相差6us，因此，现有的相电流检测方案中，由于数字抽取滤波器的相电流采样周期与电流环周期不相同，因此在两者各自独立运行时，不能始终在接近每个电流环周期的结束位置处采样得到电机的各相电流。

因此，本发明的第一实施方式提供了一种相电流检测方法，用于检测得到电机各相电流，各相电流用于电机的闭环控制。其中，本实施方式的相电流检测方法适用于以下任意电机之一：永磁同步电机、感应电机、异步电机。本实施方式对于电机的类型不作具体限制。本实施方式的核心在于：在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时，当计时达到预设时长时，启动相电流采样装置采样得到各相电流，其中，预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期。本发明实施方式相对于现有技术而言，在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时，当计时达到预设时长时，再启动相电流采样装置采样得到各相电流，由于预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期，所以使得相电流采样装置基本在每个电流环的结束位置采样得到各相电流，从而使得检测得到的各相电流的实时性非常高，进而可以提高电机的闭环控制性能。下面对本实施方式的相电流检测方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的相电流检测方法如图1所示，具体包括步骤301至步骤304。

步骤301：判断闭环控制的电流环周期是否开始，在闭环控制的每个电流环周期开始时，执行步骤302，否则，返回步骤301。

其中，电流环的周期为N个电流环的平均周期，N为大于1的整数。在实际应用中，各电流环的周期之间会存在一些误差，并非完全相等。因此，可以通过抓取多个电流环的实际周期，并求出平均周期。

步骤302：开始计时。

步骤303：判断计时是否达到预设时长，当计时达到预设时长时，执行步骤304，否则，返回步骤303。

其中，预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期。

步骤304：启动相电流采样装置采样得到各相电流，从而检测得到电机的各相电流。

下面通过举例说明本实施方式的相电流检测方法。其中，电机闭环控制系统通过模数转换器对电机的各相电流进行数模转换，并通过Sinc3数字抽取滤波器对转换后的各相电流进行抽取从而得到各相电流。其中，Sinc3数字抽取滤波器的抽取时钟例如为13.3MHz，抽取率为128，则Sinc3数字抽取滤波器完成一次采样需要128/13.3＝9.6us，本实施方式中，以Sinc3完成4次采样作为相电流采样装置的采样周期。假设电流环周期为50us，则预设时长小于且接近于电流环周期与相电流采样装置的采样周期之差，即小于且接近于11.6us，例如取11.5us，其中，预设时长和电流环周期之差可以根据电流环周期的平均误差确定，本实施方式对于预设时长不做具体限制。

如图4所示，为相电流检测方法的控制时序图。其中，在电流环周期开始时，Sync_Cnt(同步计数器)开始计数，当计数延时到达预设时长(即11.5us)时，将Sync_Cnt清零并保持，等待下一次电流环周期到来。Sample_En信号为相电流采样装置的采样使能信号，当Sync_Cnt计数延时达到预设时长时，Sample_En拉高，在Sample_En为高时，Sinc3才开始进行采样。

如图5所示，为与如图4所示的控制时序所对应的相电流检测时序图。不难发现，本实施方式的相电流检测方法中，在每个电流环周期内，检测得到的各相电流的位置均在电流环周期的结束位置。

本实施方式相对于现有技术而言，在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时，当计时达到预设时长时，再启动相电流采样装置采样得到各相电流，由于预设时长与相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于电流环的周期，所以使得相电流采样装置在每个电流环的结束位置采样得到各相电流，从而使得检测得到的各相电流的实时性非常高，进而可以提高电机的闭环控制性能。此外，本实施方式中，在获取相电流时，可以将Sinc3数字抽取滤波器每采样4个周期得到的值作为各相电流值，而现有技术中，各电流环周期对应的各相电流值并非是Sinc3数字抽取滤波器每采样4个周期所得到，还需要将Sinc3数字抽取滤波器的输出值与电流环周期进行对照，才能得到各电流环周期内的各相电流值，因此，本实施方式使得各相电流值的获取更为方便。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第二实施方式涉及一种相电流检测装置，用于检测得到电机各相电流，各相电流用于电机的闭环控制。如图6所示，本实施方式的相电流检测装置包括：计时模块601，判断模块602以及相电流采样装置603。其中，计时模块601连接于判断模块602，判断模块602连接于相电流采样装置603。

计时模块601用于在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时。判断模块602用于判断计时模块601是否计时达到预设时长，并在计时达到预设时长时，触发相电流采样装置603。相电流采样装置603用于采样得到电机的各相电流。

其中，预设时长与相电流采样装置的采样周期之和等于电流环的周期，或者小于且接近电流环的周期。

本实施方式相对于现有技术而言，在闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时，当计时达到预设时长时，再启动相电流采样装置采样得到各相电流，由于预设时长与相电流采样装置的采样周期之和等于电流环的周期，所以使得相电流采样装置在各电流环的结束位置采样得到各相电流，从而使得检测得到的各相电流的实时性非常高，进而可以提高电机的闭环控制性能。此外，本实施方式中，在获取相电流时，可以将Sinc3数字抽取滤波器每采样4个周期得到的值作为各相电流值，而现有技术中，各电流环周期对应的各相电流值并非是Sinc3数字抽取滤波器每采样4个周期所得到，还需要将Sinc3数字抽取滤波器的输出值与电流环周期进行对照，才能得到各电流环周期内的各相电流值，因此，本实施方式使得各相电流值的获取更为方便。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种相电流检测方法，用于检测得到电机各相电流，所述各相电流用于电机的闭环控制，其特征在于，所述相电流检测方法包括：

在所述闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时；

当计时达到预设时长时，启动相电流采样装置采样得到所述各相电流；其中，所述预设时长与所述相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于所述电流环的周期。

2.根据权利要求1所述的相电流检测方法，其特征在于，所述相电流采样装置为数字抽取滤波器。

3.根据权利要求2所述的相电流检测方法，其特征在于，所述数字抽取滤波器为Sinc3。

4.根据权利要求1所述的相电流检测方法，其特征在于，所述电机包括以下任意电机之一：永磁同步电机、感应电机、异步电机。

5.根据权利要求1所述的相电流检测方法，其特征在于，所述电流环的周期为N个所述电流环的平均周期；其中，N为大于1的整数。

6.一种相电流检测装置，用于检测得到电机各相电流，所述各相电流用于电机的闭环控制，其特征在于，所述电机控制装置包括：计时模块、判断模块以及相电流采样装置；

所述计时模块连接于所述判断模块，所述判断模块连接于所述电流采样装置；

所述计时模块用于在所述闭环控制的每个电流环周期开始时，开始计时；

所述判断模块用于判断所述计时模块是否计时达到预设时长，并在计时达到预设时长时，触发所述相电流采样装置；

所述相电流采样装置用于采样得到电机的各相电流；

其中，所述预设时长与所述相电流采样装置的采样周期之和小于且接近于所述电流环的周期。