CN108400745B

CN108400745B - 一种电机控制方法及装置

Info

Publication number: CN108400745B
Application number: CN201810253263.1A
Authority: CN
Inventors: 璧甸福; 赵鸣
Original assignee: Hangzhou Leaderway Electronics Co ltd
Current assignee: Hangzhou Leaderway Electronics Co ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2038-03-26
Also published as: CN108400745A

Abstract

本发明实施例公开了一种电机控制方法及装置，应用于双闭环控制系统；该方法，包括：获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令；根据d轴电压指令和q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率；判断电压饱和率是否大于预设饱和阈值；若是，则修正d轴电压指令和q轴电压指令，或，修正输出至电机的三相电压指令，能够快速的使输出电压有效作用于电压极限圆以内，有效快速的防止了电压饱和的发生，从而解决了由此引起的驱动不良或停机等问题，使电机能够在电压突变或满功率运行时保持运行状态。

Description

一种电机控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机控制方法及装置。

背景技术

在利用正弦波控制电机的过程中，电源电压固定。然而，随着电机转速的提高或负荷的增大，电机功率逐渐增大，电机相电压增大。当电机的相电压增大至超过电源电压时，即达到电压饱和状态。另外，当电网发生波动导致电源电压瞬时降低时，同样会出现电机的相电压超过电源电压的情况，达到电压饱和状态。而在电压饱和状态下，相电压的波形会产生畸变，容易引起驱动不良从而导致电机停机等情况的发生。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电机控制方法及装置，能够解决现有技术中电压饱和状态引起的驱动不良和电机停机的问题。

本申请实施例提供的一种电机控制方法，应用于双闭环控制系统；所述方法，包括：

获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令；

根据所述d轴电压指令和所述q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率；

判断所述电压饱和率是否大于预设饱和阈值；

若是，则修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，或，修正输出至所述电机的三相电压指令。

可选的，所述根据所述d轴电压指令和所述q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率，具体包括：

依据

计算所述电压饱和率Ratio；

其中，Vdc和Vqc分别为所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，Ed为所述电源电压。

可选的，所述修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，具体包括：

根据所述电压饱和率和所述预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令。

可选的，所述利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，具体包括：

依据Vd＝Vdc×K修正所述d轴电压指令，依据Vq＝Vqc×K修正所述q轴电压指令；

其中，Vd和Vq分别为修正后的d轴电压指令和q轴电压指令，K为所述电压衰减系数。

可选的，所述修正输出至所述电机的三相电压指令，具体包括：

依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令。

可选的，所述依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令，具体包括：

依据Vu＝Vu0×K修正u相电压指令Vu0，依据Vv＝Vv0×K修正v相电压指令Vv0，依据Vw＝Vw0×K修正w相电压指令Vw0；所述三相电压指令，包括：所述u相电压指令、所述v相电压指令和所述w相电压指令；

其中，Vu、Vv和Vw分别为修正后的u相电压指令、v相电压指令和w相电压指令，K为所述电压衰减系数。

本申请实施例提供的一种电机控制装置，应用于双闭环控制系统；所述装置，包括：获取单元、确定单元和判断单元；所述装置，还包括：第一修正单元或第二修正单元；

所述获取单元，用于获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令；

所述确定单元，用于根据所述d轴电压指令和所述q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率；

所述判断单元，用于判断所述电压饱和率是否大于预设饱和阈值；

所述第一修正单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令；

所述第二修正单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，修正输出至所述电机的三相电压指令。

可选的，所述确定单元，具体用于：

依据

计算所述电压饱和率Ratio；

可选的，所述第一修正单元，具体包括：第一确定子单元和第一修正子单元；

所述第一确定子单元，用于根据所述电压饱和率和所述预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

所述第一修正子单元，用于利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令。

可选的，所述第二修正单元，具体包括：第二确定子单元和第二修正子单元；

所述第二确定子单元，用于根据所述电压饱和率和所述预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

所述第二修正子单元，用于依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

在本申请实施例中，在双闭环控制系统中，首先获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，根据稳定平缓的直流电压指令，即d轴电压指令和q轴电压指令以及电机的电源电压确定电机的电压饱和率。当电压饱和率大于预设饱和阈值时，对电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，或者对经两相三相转换后的三相电压指令进行修正，直接在电流环输出处对电压进行衰减处理，能够快速的使输出电压有效作用于电压极限圆以内，有效快速的防止了电压饱和的发生，从而解决了由此引起的驱动不良或停机等问题，使电机能够在电压突变或满功率运行时保持运行状态。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种双闭环控制系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种电机控制方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电机控制装置的结果示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种电机控制装置的结果示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解本申请方案，首先介绍本申请的具体应用场景。

本申请实施例提供的电机控制方法及装置应用于双闭环控制系统，例如图1所示，该系统包括：速度环100和电流环200。

速度环100根据输入的速度环指令ω*(如目标转速)和根据电机M反馈推定出的电机速度ω，经PI调制后得到电流指令ic*，而后经MTPA控制或弱磁调制生成d轴电流指令idc和q轴电流指令iqc输出至电流环200。

电流环200根据输入的d轴电流指令idc和q轴电流指令iqc以及输出至电机M的d轴电流反馈id和q轴电流反馈iq，经PI调制和解耦后，输出d轴电压指令Vdc和q轴指令Vqc。d轴电压指令Vdc和q轴指令Vqc变换成三相电压指令Vu、Vv和Vw后输出线性转化为实际PWM脉冲，再输入到功率器件，经过功率器件以变化的占空比的快速开断实现电机M的驱动。

目前，在面临电压饱和这一问题时，常见的处理方式会对电机进行降频限频处理，调整输入至速度环的速度环信号，减小目标转速以降低电机转速使其退出电压饱和状态。但是，第一，降频动作会引起电机的转速波动，引起输出功率不稳定；第二，在电源电压发生骤降时，由于速度环PI调节反应速度较慢，速度环的调整反映至电流环所需的时间较长，若下降速度较慢则不足以使电机快速运行至合理转速，可能会导致电机出现过流引起停机，而下降速度过快又会发生脱调停机的情况，不利于电机控制的准确度和精度。

为此，本申请实施例提供的一种电机控制方法及装置，直接对电流环输出的电压指令进行修正，将输出电压及时衰减至电压极限圆以内，以避免电压饱和状态的发生，保证电机的运行速度。

基于上述思想，为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以图1所示的双闭环控制系统为例，结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图。

本申请实施例提供的电机控制方法，具体包括以下步骤S201-S205。

S201：获取电流环输出的d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc。

在本申请实施例中，d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc用于控制输出至被控制的电机的三相电压。在实际应用中，可以是由电流环根据速度环输入的d轴电流指令idc和q轴电流指令iqc以及输出至电机的d轴电流反馈id和q轴电流反馈iq，经PI调制和解耦后输出得到。

S202：根据d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc以及电机的电源电压，确定电压饱和率。

需要说明的是，由于d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc可以近似视为平缓的直流电压信号，较为稳定，过程简单、得到的电压饱和率准确；而输出至电机的三相电压为交流电，首先需要对每一相电压的峰值进行检测，过程复杂，其次三相电压不稳定，会导致电压饱和率的结果不准确。因此，在本申请实施例中，利用d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc确定电压饱和率而非是输出至电机的三相电压。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S202具体可以包括：

依据

计算电压饱和率Ratio；

其中，Vdc和Vqc分别为d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

S203：判断电压饱和率是否大于预设饱和阈值；若是，则执行步骤S204或步骤S205。

在本申请实施例中，预设饱和阈值用于对输出至电机的相电压进行限制。在具体实施时，可以根据实际的调制方法对预设饱和阈值进行具体设定，不超过调制控制对电压饱和率的限制。当然，预设饱和阈值也不能过小，使电机的输出功率不足以满足实际驱动需求。

举例而言，当电流环输出的d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc经两相三相转换变调，例如采用空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)时，电压饱和率限制为

则预设饱和阈值可以设置为小于或等于

的值。

S204：修正d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc。

在本申请实施例中，由于直接对d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc进行修正，可以快速反映至输出至电机的相电压，减小相电压至电压极限圆之内，防止电压饱和的发生。

在一些可能的实现方式中，例如图3所示，步骤S204具体可以包括如下步骤S2041-S2042。

S2041：根据电压饱和率和预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

在一个例子中，电压衰减系数K可以依据

得到。

其中，Ratio_max为预设饱和阈值。

S2042：利用电压衰减系数，修正d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc。

作为一个示例，步骤S2042具体可以包括：

依据Vd＝Vdc×K修正d轴电压指令Vdc，依据Vq＝Vqc×K修正q轴电压指令Vqc；

其中，Vd和Vq分别为修正后的d轴电压指令和q轴电压指令，K为电压衰减系数。

S205：修正输出至电机的三相电压指令。

由于直接对输出至电机的三相电压指令进行修正，可以快速反映至输出至电机的相电压，减小相电压至电压极限圆之内，防止电压饱和的发生。

在一些可能的实现方式中，例如图3所示，步骤S205具体可以包括：

S2051：根据电压饱和率和预设饱和阈值，确定电压衰减系数K；

在一个例子中，可以依据

得到。

其中，Ratio_max为预设饱和阈值。

S2052：依据电压衰减系数，修正三相电压指令。

作为一个示例，三相电压指令，包括：u相电压指令Vu0、v相电压指令Vv0和w相电压指令Vw0，则步骤S2052具体可以包括：

依据Vu＝Vu0×K修正u相电压指令Vu0，依据Vv＝Vv0×K修正v相电压指令Vv0，依据Vw＝Vw0×K修正w相电压指令Vw0；

其中，Vu、Vv和Vw分别为修正后的u相电压指令、v相电压指令和w相电压指令，K为电压衰减系数。

下面结合具体例子，对本申请具体实施例提供的电机控制方法进行说明。

假设预设饱和阈值为1，电机在电源电压为350V限定幅度的情况下运行。此时，d轴电压和q轴电压分别为-162V和310V。当电源电压急变为280V时，发生电压饱和情况。

若采用通常的限频方式应对，降低输入至速度环的指令。由于速度环反映过慢，导致d轴电压和q轴电压不能及时收敛值280V电源电压对应的电压极限圆以内，易引起电流畸变导致停机的发生。

而在本申请实施例中，首先确定电压饱和率

而后，根据电压饱和率1.25和预设饱和阈值1，得到电压衰减系数

最后，依据电压衰减系数，修正d轴电压Vd＝-162V*0.8＝-129.6V和q轴电压Vq＝310V*0.8＝248V。由于

小于电源电压280V，避免了电压饱和的发生，不会导致电流畸变引起停机的情况。并且，直接对电流环输出的电压指令进行修正，响应速度快，能够有效快速的防止了电压饱和的发生，从而解决了由此引起的驱动不良或停机等问题，使电机能够在电压突变或满功率运行时保持运行状态。

基于上述实施例提供的电机控制方法，本申请实施例还提供了一种电机控制装置，该装置可以配置于电机控制器内。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种电机控制装置的结构示意图。

本申请实施例提供的电机控制装置，包括：获取单元401、确定单元402和判断单元403；该装置，还包括：第一修正单元404或第二修正单元405；

获取单元401，用于获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令；

确定单元402，用于根据d轴电压指令和q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率；

判断单元403，用于判断电压饱和率是否大于预设饱和阈值；

第一修正单元404，用于当判断单元的判断结果为是时，修正d轴电压指令和q轴电压指令；

第二修正单元405，用于当判断单元的判断结果为是时，修正输出至电机的三相电压指令。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，确定单元402，具体可以用于：

依据

计算电压饱和率Ratio；

在本申请实施例一些可能的实现方式中，例如图5所示，第一修正单元404，具体可以包括：第一确定子单元404a和第一修正子单元404b；

第一确定子单元404a，用于根据电压饱和率和预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

第一修正子单元404b，用于利用电压衰减系数，修正d轴电压指令和q轴电压指令。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，继续参见图5，第二修正单元405，具体可以包括：第二确定子单元405a和第二修正子单元405b；

第二确定子单元405a，用于根据电压饱和率和预设饱和阈值，确定电压衰减系数；

第二修正子单元405b，用于依据电压衰减系数，修正三相电压指令。

需要说明的是，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或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种电机控制方法，其特征在于，应用于双闭环控制系统；所述方法，包括：

获取电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令；

所述根据所述d轴电压指令和所述q轴电压指令以及电机的电源电压，确定电压饱和率，具体包括：

依据

计算所述电压饱和率Ratio；

其中，Vdc和Vqc分别为所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，Ed为所述电源电压；

判断所述电压饱和率是否大于预设饱和阈值；

若是，则修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，或，修正输出至所述电机的三相电压指令；

所述修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，具体包括：

利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令；

所述修正输出至所述电机的三相电压指令，具体包括：

依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令；

所述电压衰减系数根据

得到；

其中，Ratio_max为预设饱和阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令，具体包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令，具体包括：

4.一种电机控制装置，其特征在于，应用于双闭环控制系统；所述装置，包括：获取单元、确定单元和判断单元；所述装置，还包括：第一修正单元或第二修正单元；

所述确定单元，具体用于：

依据

计算所述电压饱和率Ratio；

所述第二修正单元，用于当所述判断单元的判断结果为是时，修正输出至所述电机的三相电压指令；

所述第一修正单元，具体包括：第一确定子单元和第一修正子单元；

所述第一修正子单元，用于利用所述电压衰减系数，修正所述d轴电压指令和所述q轴电压指令；

所述第二修正单元，具体包括：第二确定子单元和第二修正子单元；

所述第二修正子单元，用于依据所述电压衰减系数，修正所述三相电压指令；

所述电压衰减系数根据

得到；

其中，Ratio_max为预设饱和阈值。