CN108448977B - 一种直流电机弱磁控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种直流电机弱磁控制方法及装置，该方法，包括：根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；若是，则每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小。其中，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，不仅可以尽快增大超前角以避免电压饱和状态对电机正常运行的影响，较缓的减小超前角还可以尽快的使电压保护率稳定在第一阈值附近，使得在系统稳定的情况下，电压饱和率能够稳定在弱磁设定饱和率附近，同时能够使超前相位角趋于稳定在弱磁临界状态。

Description

一种直流电机弱磁控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种直流电机弱磁控制方法及装置。

背景技术

在无刷直流电机正弦波驱动中，电源电压固定的情况下，随着电机转速的提高或符合增大，电机功率也逐渐增大。当相电压增大到超过电源电压的情况时，即达到电压饱和状态，相电压波形就会产生畸变，容易引起驱动不良从而导致停机。这时就需要提前进行弱磁控制，增大相电流，使相电压保持在电源电压以内，并能够使功率继续上升，以满足驱动需求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种直流电机弱磁控制方法及装置，能够解决现有技术中电机进入电压饱和状态仍无法满足驱动功率需求的问题。

本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制方法，包括：

根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；

若是，则每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度。

可选的，所述根据输出至直流电机的电压饱和率与饱和率阈值，以预设周期频率控制超前角增加或减小，具体包括：

判断所述电压饱和率是否大于所述饱和率阈值；

若是，则控制超前角增加；若否，则控制超前角减小。

可选的，所述根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制，具体包括：

根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得所述电压饱和率；

判断所述电压饱和率是否大于第二阈值；

若是，则确定进行所述弱磁控制。

可选的，

所述电压饱和率Ratio，依据

得到；

其中，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

可选的，所述预设周期为一毫秒，所述超前角每次增加的角度为0.001度，所述超前角每次减小的角度为0.00025度。

本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制装置，包括：弱磁判断单元和超前角控制单元；

所述弱磁判断单元，用于根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；

所述超前角控制单元，用于当所述弱磁判断单元的判断结果为是时，每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度。

可选的，所述超前角控制单元，具体包括：第一判断子单元、第一控制子单元和第二控制子单元；

所述第一判断子单元，用于判断所述电压饱和率是否大于所述饱和率阈值；

所述第一控制子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为是时，控制超前角增加；

所述第二控制子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，控制超前角减小。

可选的，所述弱磁判断单元，具体包括：计算子单元、第二判断子单元和确定子单元；

所述计算子单元，用于根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得所述电压饱和率；

所述第二判断子单元，用于判断所述电压饱和率是否大于第二阈值；

所述确定子单元，用于当所述第二判断子单元的判断结果为是时，确定进行所述弱磁控制。

可选的，

所述电压饱和率Ratio，依据

得到计算；

其中，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

可选的，所述预设周期为一毫秒，所述超前角每次增加的角度为0.001度，所述超前角每次减小的角度为0.00025度。

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，根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制，并进入弱磁控制阶段后，每间隔预设周期，均直接根据输出至电机的电压饱和率和预先设定的第一阈值，以预设频率控制超前角增加或减小，响应速度快，可以较快的速度避免到达电压饱和状态。超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，不仅可以尽快增大超前角以避免电压饱和状态对电机正常运行的影响，较缓的减小超前角还可以尽快的使电压保护率稳定在第一阈值附近，使得在系统稳定的情况下，电压饱和率能够稳定在弱磁设定饱和率附近，同时能够使超前相位角趋于稳定在弱磁临界状态。

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为本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制方法的流程示意图；

图2为本申请具体实施例提供的一种直流电机弱磁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直流电机弱磁控制方法的流程示意图

图4为本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制装置的结构示意图。

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。

为了解决在电压饱和状态下仍无法满足电机驱动的功率需求的问题，提高电机的输出扭矩和效率，本申请实施例提供了一种直流电机弱磁控制方法及装置，在进行弱磁控制时，每间隔预设周期均以电机的电压饱和率为依据，对超前角进行调整，根据电压饱和率与第一阈值的大小关系，增大或减小超前角，超前角每次增大的角度大于每次减小的角度，不仅可以较快的避免达到电压饱和状态，还可以使得电压饱和率能够稳定在弱磁设定饱和率附近，同时能够使超前角趋于稳定在弱磁临界状态，有利于控制系统和电机运行的稳定。

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，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制方法的流程示意图。

本申请实施例提供的直流电机弱磁控制方法，包括如下步骤S101-S102。

S101：根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制。若是，则执行步骤S102。

在本申请实施例中，电压饱和率可以表示输出至直流电机的相电压与电源电压之间的大小关系。例如，当电压饱和率为90％时，相电压是电源电压的90％；当电压饱和率为100％时，相电压与电源电压相等。下面将详细说明具体如何得到电压饱和率，这里先不赘述。

可以理解的是，在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际情况设定进入弱磁控制的电压饱和率，例如当电压饱和率大于90％时进行弱磁控制等等，本申请实施例对此不做具体限定。

S102：每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小。

其中，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度。

在本申请实施例中，每间隔预设周期根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，具体指的是：在第一时刻，根据电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小后，间隔预设周期的第二时刻，再次根据电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小。在实际应用中，可以利用载波的形式对预设周期进行控制。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，如图2所示，步骤S102具体可以包括如下步骤S1021-S1023：

S1021：判断电压饱和率是否大于第一阈值；若是，则执行步骤S1022；若否，则执行步骤S1023。

在本申请实施例中，第一阈值用于代表了电压饱和率的期望值，指示了超前角调整的标准。具体实施时，可以根据实际控制要求对第一阈值进行具体的设定，例如第一阈值可以为90％等，本申请实施例对此不做具体限定。当电压饱和率大于第一阈值时，需要增大超前角以降低电压饱和率，当电压饱和率小于第一阈值时，则需要减小超前角以提高电压饱和率。

S1022：控制超前角增加；

S1023：控制超前角减小。

在本申请实施例中，由于超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，这样当电压饱和率大于第一阈值时，超前角增加的角度较大即可快速的将电压饱和率降至安全范围，保证了电机的运行状态。并且，当电压饱和率小于第一阈值时，超前角较小的角度较小，不仅能够保证不会超调还能够使得电压饱和率尽快的趋于稳定，有利于控制系统整体的稳定性。

作为一个示例，预设周期可以为一毫秒，超前角每次增加的角度可以为0.001度，超前角每次减小的角度可以为0.00025度。可以理解的是，上述仅为示例性说明，不应视作对本申请实施例提供的方案的限制。

在本申请实施例中，根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制，并进入弱磁控制阶段后，每间隔预设周期，均直接根据输出至电机的电压饱和率和预先设定的第一阈值，以预设频率控制超前角增加或减小，响应速度快，可以较快的速度避免到达电压饱和状态。超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，不仅可以尽快增大超前角以避免电压饱和状态对电机正常运行的影响，较缓的减小超前角还可以尽快的使电压保护率稳定在第一阈值附近，使得在系统稳定的情况下，电压饱和率能够稳定在弱磁设定饱和率附近，同时能够使超前相位角趋于稳定在弱磁临界状态。

上述内容介绍了在进行弱磁控制时具体如何控制超前角以避免进入电压饱和状态。下面对具体如何进入或判断是否进入弱磁控制进行举例说明。

参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种直流电机弱磁控制方法的流程示意图。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，步骤S101，具体可以包括如下步骤S1011-S1012。

S1011：根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得电压饱和率。

可以理解的是，在双闭环或三闭环电机控制系统中，电流环根据输入的d轴电流指令和q轴电流指令以及输出至电机的d轴电流反馈和q轴电流反馈，经PI调制和解耦后，输出d轴电压指令和q轴指令。d轴电压指令c和q轴指令变换成三相电压指令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对电机M的驱动。

作为一个示例，电压饱和率可以依据以下公式(1)得到：

其中，Ratio为电压饱和率，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

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，在本申请实施例中一些可能的实现方式中，可以利用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。

S1012：判断电压饱和率是否大于第二阈值；若是，则执行步骤S102。

在本申请实施例中，第二阈值用于确定是否进入弱磁控制阶段，具体实施时，可以根据实际控制需要对第二阈值进行具体设定，例如第二阈值可以等于第一阈值等等，若电压饱和率大于第二阈值则进行弱磁控制执行步骤S102。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，利用电流环输出的d轴电流指令和q轴电流指令计算电压饱和率以对是否进行弱磁控制进行判断，无需等待电机对d轴电流指令和q轴电流指令的响应，控制响应快，提高了电机运行的稳定性。

基于上述实施例提供的直流电机控制方法，本申请实施例还提供了一种直流电机弱磁控制装置。

参见图4，该图为本申请实施例提供的一种直流电机弱磁控制装置的结构示意图。

本申请实施例提供的直流电机弱磁控制装置，包括：弱磁判断单元100和超前角控制单元200；

弱磁判断单元100，用于根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；

作为一个示例，电压饱和率Ratio，依据

得到计算；

其中，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

超前角控制单元200，用于当弱磁判断单元100的判断结果为是时，每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度。

可选的，预设周期为一毫秒，超前角每次增加的角度为0.001度，超前角每次减小的角度为0.00025度。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，超前角控制单元200，具体包括：第一判断子单元、第一控制子单元和第二控制子单元；

第一判断子单元，用于判断电压饱和率是否大于饱和率阈值；

第一控制子单元，用于当第一判断子单元的判断结果为是时，控制超前角增加；

第二控制子单元，用于当第一判断子单元的判断结果为否时，控制超前角减小。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，弱磁判断单元100，具体包括：计算子单元、第二判断子单元和确定子单元；

计算子单元，用于根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得电压饱和率；

第二判断子单元，用于判断电压饱和率是否大于第二阈值；

确定子单元，用于当第二判断子单元的判断结果为是时，确定进行弱磁控制。

在本申请实施例中，根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制，并进入弱磁控制阶段后，每间隔预设周期，均直接根据输出至电机的电压饱和率和预先设定的第一阈值，以预设频率控制超前角增加或减小，响应速度快，可以较快的速度避免到达电压饱和状态。超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，不仅可以尽快增大超前角以避免电压饱和状态对电机正常运行的影响，较缓的减小超前角还可以尽快的使电压保护率稳定在第一阈值附近，使得在系统稳定的情况下，电压饱和率能够稳定在弱磁设定饱和率附近，同时能够使超前相位角趋于稳定在弱磁临界状态。

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。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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 (6)

1.一种直流电机弱磁控制方法，其特征在于，所述方法，包括：

根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；

若是，则每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，所述根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小具体包括：判断所述电压饱和率是否大于所述第一阈值，若是，则控制超前角增加；若否，则控制超前角减小；

所述超前角每次增加的角度为第一固定值，所述超前角每次减小的角度为第二固定值；

所述电压饱和率Ratio，依据得到；

其中，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制，具体包括：

根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得所述电压饱和率；

判断所述电压饱和率是否大于第二阈值；

若是，则确定进行所述弱磁控制。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，所述预设周期为一毫秒，所述超前角每次增加的角度为0.001度，所述超前角每次减小的角度为0.00025度。

4.一种直流电机弱磁控制装置，其特征在于，所述装置，包括：弱磁判断单元和超前角控制单元；

所述弱磁判断单元，用于根据输出至直流电机的电压饱和率，判断是否进行弱磁控制；

所述超前角控制单元，用于当所述弱磁判断单元的判断结果为是时，每间隔预设周期，根据输出至直流电机的电压饱和率与第一阈值，控制超前角增加或减小，超前角每次增加的角度大于每次减小的角度，所述超前角每次增加的角度为第一固定值，所述超前角每次减小的角度为第二固定值；

所述电压饱和率Ratio，依据

得到计算；

其中，Vdc和Vqc分别为电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，Ed为电源电压；

所述超前角控制单元，具体包括：第一判断子单元、第一控制子单元和第二控制子单元；

所述第一判断子单元，用于判断所述电压饱和率是否大于所述第一阈值；

所述第一控制子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为是时，控制超前角增加；

所述第二控制子单元，用于当所述第一判断子单元的判断结果为否时，控制超前角减小。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述弱磁判断单元，具体包括：计算子单元、第二判断子单元和确定子单元；

所述计算子单元，用于根据电流环输出的d轴电压指令和q轴电压指令，获得所述电压饱和率；

所述第二判断子单元，用于判断所述电压饱和率是否大于第二阈值；

所述确定子单元，用于当所述第二判断子单元的判断结果为是时，确定进行所述弱磁控制。

6.根据权利要求4-5任意一项所述的装置，其特征在于，所述预设周期为一毫秒，所述超前角每次增加的角度为0.001度，所述超前角每次减小的角度为0.00025度。

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