CN107846173B - 电机控制方法、电机控制系统及行驶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机控制方法，通过获取电机的地理位置，获取该地理位置上电机的控制参数的历史记录，根据历史记录中的控制参数控制电机工作。有利于实现电机根据地理位置快速获取适合该位置的控制参数的数据，提高电机自学习响应速度，进而提高电机整体的工作效率。

Description

电机控制方法、电机控制系统及行驶装置

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种电机控制方法、电机控制系统及行驶装置。

背景技术

电机控制是指对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行控制。根据电机不同的类型、使用场合、及使用要求，通过对电机的合理控制，使电机达到快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出或高过载能力的目的。电机在行驶装置上作为动力输出装置的作用越来越重要，而对于电机的控制也尤为重要。

当前较为先进的无人车通过图像感应器获取无人车周边环境数据进而控制电机的输出，判断响应速度较低。而且在相同的位置上，系统仍需要经过复杂判断计算电机的控制参数，电机控制的响应速度低，行驶装置工作效率较低。

目前的飞行器、电动车或船等行驶装置通常使用单模态电机，工作电压固定时只有一个最佳效率点。然而行驶装置在不同的工作环境下对电机的动力输出有不同的要求，如行驶装置在启动或负载较大时，需要低转速大扭矩，有较高的转速常数的适合高速运行的电机在这些工况下会产生过大的电枢电流，发热严重。然而有较低的转速常数的适合低速运行的电机利于行驶装置启动和重载运行，但无法高速运转，行驶装置只能低速行驶。单模态电机无法在不同的工况下达到最佳效率状态，从而使得行驶装置整体行驶效率较低。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种自学习响应速度高的电机控制方法。

本发明的第二目的是提供一种自学习响应速度高的电机控制系统。

本发明的第三目的是提供一种具有自学习响应速度高的电机控制系统的行驶装置。

为实现第一目的，本发明提供一种电机控制方法，控制步骤如下：

S1. 监测电机的地理位置信息。

S2. 判断电机在所述地理位置是否存在控制参数的历史记录。若是，执行步骤S3；

若否，执行步骤S5。

S3. 将历史记录中的控制参数的数据设为目标控制参数。

S4. 选择目标控制参数对电机进行控制，然后返回步骤S1。

S5. 返回步骤S1。

由上述方案可见，通过获取电机的地理位置，获取该地理位置上电机的控制参数的历史记录，根据历史记录中的控制参数控制电机工作。有利于实现电机根据地理位置快速获取适合该位置的控制参数的数据，提高电机自学习响应速度，进而提高电机整体的工作效率。无需繁琐的人为控制步骤，提高了电机的自适应能力。

进一步方案为，若电机在地理位置存在两条控制参数的历史记录，选择时间上最近一次使用的控制参数的数据作为目标控制参数。有利于提高选取控制参数的准确性。

进一步方案为，若电机在该地理位置存在最少三条控制参数的历史记录，执行以下步骤：

K1. 将控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第一预定数量。

K2. 获取所有具有最大频数的区间。

K3. 判断具有最大频数的区间的数量是否等于一。若否，执行步骤K4；若是，执行步骤K5。

K4. 再次将控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第二预定数量，返回步骤K2。

K5. 计算具有最大频数的区间对应的数据的平均值，将平均值作为目标控制参数。

由上述方案可见，通过将所得控制参数划分区间，选择具有频数最大区间的数据的平均值作为目标控制参数。有利于降低控制参数在异常工况下的数据的干扰，进一步提高选取控制参数的数据的可靠性和准确性。如果具有频数最大区间的数量大于一时，再次将控制参数的取值范围划分为数量不同的多个区间，有利于进一步提高选取控制参数的数据准确性。

进一步方案为，即将执行步骤S4之前，判断是否存在人为输入控制参数。若是，将人为输入的控制参数替换历史记录中的控制参数作为目标控制参数。有利于提高选取控制参数的数据的灵活性，提高电机整体控制的可靠性。

进一步方案为，电机具有至少两种模态，即将执行S5前，执行以下步骤：

S41. 电机在第一电压和第一模态下运行第一预定时间，获取第一工作参数，并根据第一电压和第一模态获取第一特性曲线，根据第一工作参数和第一特性曲线计算出电机的第一效率。

S42. 电机在第二电压和第二模态下运行第二预定时间，获取第二工作参数，并根据第二电压和第二模态获取第二特性曲线，根据第二工作参数和第二特性曲线计算出电机的第二效率。

S43. 比较第一效率和第二效率的高低，选择较高效率所对应的模态作为工作模态。工作模态为电机执行的目标控制参数。

由上述方案可见，通过获取电机工作参数、工作电压和特性曲线，计算电机在不同模态下的效率，进而比较各模态下的工作效率的高低，选择效率较高的模态为电机工作模态。该方案还允许电机在第一电压和第一模态下运行的转速与在第二电压和第二模态下运行的转速相当。有利于平稳地实现电机在不同模态下的效率检测，从而提高电机整体的工作效率。实现电机在不同的工况下自动快速地选择效率较高的工作模态，无需繁琐的人为控制步骤，提高电机的自适应能力。

进一步方案为，第一工作参数为第一工作电流；第二工作参数为第二工作电流。该方案通过检测电流获取电机的效率，有利于提高电机参数检测的响应速度及可靠性，降低成本。获取与需要进行比较的模态对应的不同电压下的转矩转速曲线的集合；获取电机的转速和转矩，根据转速、转矩和转矩转速曲线的集合计算电机的工作电压。该方案还可以使电机在模态切换时维持恒定转速，减少检测过程的输出波动，简单可靠。

进一步方案为，即将返回步骤S1之前，存储执行的目标控制参数的数据和地理位置信息。准确地将地理位置与电机控制参数的数据关联地存储，为根据地理位置获取电机控制参数的数据提供可靠的保障。

为实现本发明的第二目的，本发明提供一种电机控制系统，其包括：位置监测单元，用于监测电机的地理位置信息；数据存储单元，用于存储电机的地理位置信息和电机所在地理位置的控制参数的数据；控制单元，用于获取根据位置监测单元监测电机的地理位置信息、获取数据存储单元中的控制参数的数据，将该数据设为目标控制参数对电机进行控制。该方案有利于电机系统根据地理位置快速获取控制参数的数据，调整电机工作状态，提高电机整体的工作效率。

进一步方案为，电机控制系统还包括用于切换电机的工作模态的模态切换单元。有利于电机切换工作模态，使电机具有较高工作效率的工作模态，提高电机整体的工作效率。

为实现本发明的第三目的，本发明提供一种行驶装置，行驶装置的驱动系统包括上述任一电机控制系统。行驶装置在不同的地理位置上，智能选取适应该地理位置的电机控制参数的数据，调整电机的工作状态，进而调整行驶装置的行驶状态，有利于提高行驶装置的响应速度和行驶装置整体的工作效率，可靠性高。

附图说明

图1是本发明电机控制方法的流程图；

图2是图1的步骤S2的具体流程图；

图3是图1优化的电机控制方法的流程图；

图4是本发明的一种电机控制系统的结构框图；

图5是本发明又一种电机控制系统的结构框图。

具体实施例

频数，又称“次数”。在本方案指控制参数在预定的参数范围内出现的次数。平均数包括有算术平均值， 几何平均值，平方平均值，调和平均值，加权平均值等，其中以算术平均值最为常见。

多模态电机具有最少一个可变的内部特征，如绕组或磁通。通过切换线圈匝数、串并联支路数或星线圈的三角连接方式即可实现电机的绕组特征的改变。将电机绕组引出，通过继电器切换电路或MOS开关切换电路即可实现绕组的连接方式的切换，此时继电器或MOS开关切换电路充当模态切换单元。通过调节气隙大小、永磁体或励磁绕组的磁通即可实现磁通量的改变。例如，将定子齿的工作面和转子上永磁体的工作面设置为吻合的锥面，控制转子相对定子轴向移动即可调节气隙大小，此时，控制转子轴向移动的机构为模态切换单元。用于电机永磁体充消磁的装置充当模态切换单元。控制励磁绕组电流强弱的电流控制模块充当模态切换单元。模态切换不限于控制电机的单个内部特征，还可以控制电机的两个或更多的内部特征。例如，模态切换单元可以由MOS开关切换电路和控制励磁绕组电流强弱的电流控制模块共同组成。

电机控制方法实施例

电机控制方法，图1所示，其控制方法如下：

S1. 监测电机的地理位置信息；

S2. 判断电机在该地理位置是否存在控制参数的历史记录。若是，执行步骤S3；若否，执行步骤S5。

S3. 将历史记录中的控制参数设为目标控制参数；

S4. 选择目标控制参数对电机进行控制，然后返回步骤S1；

S5. 返回步骤S1。

由此可见，通过获取电机的地理位置，获取该地理位置上电机的控制参数的历史记录，根据历史记录中的控制参数控制电机工作。有利于实现电机根据地理位置快速获取适合该位置的控制参数的数据，提高电机自学习响应速度，进而提高电机整体的工作效率。无需繁琐的人为控制步骤，提高了电机的自适应能力。

具体的，在步骤S3判断所在地理位置的控制参数历史记录的数量。控制参数历史记录的数量可以是一条、两条或三条以上。若电机所在的地理位置仅存在一条控制参数的历史记录，直接将该控制参数的数据设为目标参数；若电机所在的地理位置存在两条控制参数的历史记录，选择时间上最近一次使用的控制参数的数据作为目标控制参数。若电机在该地理位置存在最少三条控制参数的历史记录，则执行以下步骤，如图2所示：

K1. 将控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第一预定数量。

K2. 获取所有具有最大频数的区间。

K3. 判断具有最大频数的区间的数量是否等于一。若否，执行步骤K4。若是，执行步骤K5。

K4. 再次将控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第二预定数量，返回步骤K2。

K5. 计算具有最大频数的区间对应的数据的平均值，将该平均值作为目标控制参数。

通过将所得控制参数划分区间，选择具有频数最大区间的数据的平均值作为目标控制参数。有利于降低控制参数在异常工况下的数据的干扰，进一步提高选取控制参数的数据的可靠性和准确性。如果具有频数最大区间的数量大于一时，再次将控制参数的取值范围划分为数量不同的多个区间，有利于进一步提高选取控制参数的数据准确性。

如图3所示，优化的电机控制方法的步骤如下：

S51. 监测电机的地理位置信息。

S52. 判断电机在该地理位置是否存在控制参数的历史记录。若是，执行步骤S53；若否，执行步骤S41。

S53. 将控制参数的数据设为目标控制参数。

S54. 判断是否存在人为输入控制参数。若是执行步骤S55，将人为输入的控制参数替换历史记录中的控制参数作为目标控制参数，并执行步骤S56，选择目标控制参数对电机进行控制。若否，步骤S52判断所得控制参数的数据不改变，执行步骤S56，选择目标控制参数对电机进行控制。有利于提高选取控制参数的灵活性，提高电机适应异常工况的能力。所述人为输入的控制参数包括电流、电压、转矩、功率等至少一种。

S57. 存储执行的目标控制参数的数据和地理位置信息。准确地将地理位置与电机控制参数的数据关联地存储，为根据地理位置获取电机控制参数的数据提供可靠的保障。

S58. 返回步骤S51。

优选的，电机具有至少两种模态，当步骤S52的判断为否时，控制步骤如下：

S41. 电机在第一电压和第一模态下运行第一预定时间，获取第一工作参数，并根据第一电压和第一模态获取第一特性曲线，根据第一工作参数和第一特性曲线计算出电机的第一效率。

S42. 电机在第二电压和第二模态下运行第二预定时间，获取第二工作参数，并根据第二电压和第二模态获取第二特性曲线，根据第二工作参数和第二特性曲线计算出电机的第二效率。

S43. 比较第一效率和第二效率的高低，选择较高效率所对应的模态作为工作模态。工作模态为电机执行的目标控制参数。

执行步骤S57，存储执行的目标控制参数的数据和地理位置信息。

该方案通过获取电机工作电压、特性曲线和工作参数，计算电机在不同模态下的效率，进而比较各模态下的工作效率的高低，选择效率较高的模态为电机工作模态。有利于平稳地实现电机在不同模态下的效率检测，从而提高电机整体的工作效率。实现电机在不同的工况下自动快速地选择效率较高的工作模态，无需繁琐的人为控制步骤，提高了电机的自适应能力。

显然，用于比较的不同模态不限于两种，还可以是三种或更多，选择效率最高的模态作为电机的工作模态即可。电机的工作参数优选为电机的工作电流，也可以电机的转速、转矩等。获取与需要进行比较的模态对应的不同电压下的转矩转速曲线的集合；通过获取的转速、转矩和转矩转速曲线的集合计算电机的工作电压。从而简单可靠的实现多模态切换的平稳监测。

电机控制系统实施例

如图4所示，一种电机控制系统20包括电机21、数据存储单元22、控制单元23、位置监测单元24。数据存储单元22存储电机21的地理位置信息和电机21所在地理位置的控制参数的数据。位置监测单元24监测电机21的地理位置信息。控制单元23根据所述位置监测单元24监测所述电机21的地理位置信息获取所述数据存储单元22中的控制参数的数据，将该数据设为目标控制参数对所述电机21进行控制。该方案有利于电机系统根据地理位置快速获取控制参数的数据，调整电机工作状态，提高电机整体的工作效率。

优选的，如图5所示，一种电机控制系统30，包括电机31、数据存储单元32、控制单元33、位置监测单元34、检测单元35、调速单元36、模态切换单元37，电机31具备最少两种模态。数据存储单元32存储电机31的地理位置信息和电机31所在地理位置的控制参数的数据；位置监测单元34用于监测电机的地理位置信息；控制单元33根据所述位置监测单元34监测所述电机31的地理位置信息获取所述数据存储单元32中的控制参数的数据，将该数据设为目标控制参数对所述电机31进行控制；检测单元35用于检测电机31参数；模态切换单元37用于切换电机的工作模态。控制单元33分别与数据存储单元32、位置检测单元34、检测单元35、调速单元36、模态切换单元37电连接。

该方案，电机控制系统30可以通过位置监测单元34监测电机的地理位置，根据地理位置的信息，控制单元33从数据存储单元32迅速获取电机31在该地理位置的控制参数的数据，根据控制参数的数据调整电机31的工作状态。电机控制系统30还能快速获取陌生地理位置的工作参数。控制单元33通过检测单元34获取电机31在第一电压和第一模态下运行第一预定时间的第一工作参数，电机31在第二电压和第二模态下运行第二预定时间的第二工作参数。控制单元33从数据存储单元32中获取电机31在第一电压和第一模态下的第一特性曲线，电机31在第二电压和第二模态下的第二特性曲线。控制单元33根据第一工作参数和第一特性曲线计算出电机31的第一效率，根据第二工作参数和第二特性曲线计算出电机31的第二效率。控制单元33比较第一效率和第二效率的高低，通过模态切换单元35控制电机31在较高效率的模态下工作。实现电机在不同的工况下自动快速地选择效率较高的工作模态，无需繁琐的人为控制步骤，提高电机的自适应能力。

检测单元35包括电流传感器351、转速传感器352和转矩传感器353。检测单元不限于由三种传感器组成，也可以由其中至少一种传感器构成。模态切换37不限于由继电器切换电路371、MOS开关切换电路372、转子轴向移动机构373、充消磁装置374 组成，还可以由其中最少一种构成。控制单元33和检测单元35不限于上述的功能，还可以配合使用检测电机31是否完成目标模态的切换。

行驶装置实施例

一种行驶装置，行驶装置的驱动系统包括上述任一电机控制系统。行驶装置在不同的地理位置上，智能快速地选取适应该地理位置的电机控制参数的数据，根据获取控制参数的数据调节电机的输出的，进而调整行驶装置的行驶状态，有利于提高行驶装置的响应速度和行驶装置整体的工作效率，可靠性高。行驶装置在陌生的地理位置上，电机控制系统智能判断各工作模态的效率，选择较高工作效率的工作模态，有利于提高行驶装置的工作效率。此电机控制系统的控制方法允许检测电机在不同模态下运行的效率时，维持电机的恒定转速，有效减少检测过程的输出波动，有效提高行驶装置行驶速度的稳定性。

此电机控制系统不限于根据当前地理位置获取电机的控制参数的数据，还可以根据行驶装置预设的行驶路线，提前快速获取电机的目标控制参数的数据，有效地提高电机控制系统的计算速度，有利于提高行驶装置整体的工作效率。

行驶装置中的控制单元可以通过三维地图获取电机或行驶装置所在地理位置的地理空间信息。地理空间信息包括：空间坐标、行驶路径坡度。地理空间信息可作为行驶装置行驶工况的依据。行驶装置上安装有检测行驶姿态的姿态传感器，如陀螺仪、加速器、电子罗盘。通过姿态传感器获取的姿态信息，可用于校正三维地图的地理空间信息，有效提高三维地图的地理空间信息的准确性，从而提高行驶装置行驶工况的依据的准确性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.电机控制方法，所述电机用于调整行驶装置的行驶状态，其特征在于：

S1. 监测所述电机的地理位置信息；

S2. 判断所述电机在所述地理位置是否存在控制参数的历史记录；

若是，执行步骤S3；

若否，执行步骤S5；

S3. 将所述历史记录中的控制参数的数据设为目标控制参数；

S4. 选择所述目标控制参数对所述电机进行控制；

S5. 返回步骤S1；

所述电机具有至少两种模态；

所述电机具有最少一个可变的内部特征；

所述内部特征为绕组连接方式或磁通；

即将执行S5前，执行以下步骤：

S41. 所述电机在第一电压和第一模态下运行第一预定时间，获取第一工作参数，并根据所述第一电压和所述第一模态获取第一特性曲线，根据所述第一工作参数和所述第一特性曲线计算出所述电机的第一效率；

S42. 所述电机在第二电压和第二模态下运行第二预定时间，获取第二工作参数，并根据所述第二电压和所述第二模态获取第二特性曲线，根据所述第二工作参数和所述第二特性曲线计算出所述电机的第二效率；

S43. 比较所述第一效率和所述第二效率的高低，选择较高效率所对应的模态作为工作模态；所述工作模态为所述电机执行的目标控制参数。

2.根据权利要求1所述电机控制方法，其特征在于：

若所述电机在所述地理位置存在两条控制参数的历史记录，选择时间上最近一次使用的控制参数的数据作为目标控制参数。

3.根据权利要求1所述电机控制方法，其特征在于：

若所述电机在所述地理位置存在最少三条控制参数的历史记录，执行以下步骤：

K1. 将所述控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第一预定数量；

K2. 获取所有具有最大频数的区间；

K3. 判断所述具有最大频数的区间的数量是否等于一；

若否，执行步骤K4；

若是，执行步骤K5；

K4. 再次将所述控制参数的取值范围划分为多个区间，该区间的数量为第二预定数量，返回步骤K2；

K5. 计算所述具有最大频数的区间对应的数据的平均值，将所述平均值作为目标控制参数。

4.根据权利要求1所述电机控制方法，其特征在于：

即将执行步骤S4之前，判断是否存在人为输入控制参数；

若是，将人为输入的控制参数替换历史记录中的控制参数作为目标控制参数。

5.根据权利要求1所述电机控制方法，其特征在于：

所述第一工作参数为第一工作电流；

所述第二工作参数为第二工作电流；

获取与需要进行比较的模态对应的不同电压下的转矩转速曲线的集合；

获取所述电机的转速和转矩，根据所述转速、所述转矩和所述转矩转速曲线的集合计算所述电机的工作电压。

6.根据权利要求1至5任一所述电机控制方法，其特征在于：

即将返回步骤S1之前，存储执行的目标控制参数的数据和地理位置信息。

7.电机控制系统，所述电机用于调整行驶装置的行驶状态，其特征在于，包括：

位置监测单元，用于监测所述电机的地理位置信息；

数据存储单元，用于存储所述电机的地理位置信息和所述电机在所述地理位置的控制参数的数据；

控制单元，根据所述位置监测单元监测所述电机的地理位置信息获取所述数据存储单元中的控制参数的数据，将该数据设为目标控制参数对所述电机进行控制；

所述电机具有至少两种模态；

所述电机具有最少一个可变的内部特征；

所述内部特征为绕组连接方式或磁通；

模态切换单元，用于切换所述电机的工作模态；

所述控制单元通过检测单元获取所述电机在第一电压和第一模态下运行第一预定时间的第一工作参数，所述电机在第二电压和第二模态下运行第二预定时间的第二工作参数；

所述控制单元从所述数据存储单元中获取所述电机在所述第一电压和所述第一模态下的第一特性曲线，所述电机在所述第二电压和所述第二模态下的第二特性曲线；

所述控制单元根据所述第一工作参数和所述第一特性曲线计算出所述电机的第一效率，根据所述第二工作参数和所述第二特性曲线计算出所述电机的第二效率；

所述控制单元比较所述第一效率和所述第二效率的高低，通过所述模态切换单元控制所述电机在较高效率的模态下工作。

8.一种行驶装置，其特征在于：

所述行驶装置的驱动系统为权利要求7所述电机控制系统。

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