CN108494305B - 一种电机加速方法、装置、电子调速器和无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种电机加速方法、装置和无人飞行器，所述方法包括：对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref。其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。本发明实施例可以在对加速速度要求高的场合将q轴电压变化值设置为较大的数，以保证系统的机动性能。而当出现当前电流峰值超过预设电流阈值的情况时，使q轴电压变化系数小于或者等于0，以减小q轴电压或者使q轴电压保持不变，从而避免导致系统不稳定。

Description

一种电机加速方法、装置、电子调速器和无人飞行器
技术领域
本发明实施方式涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种电机加速方法、装置、电子调速器和无人飞行器。
背景技术
q轴电压又称为有功电压，d轴电压又称为无功电压，有功电压的变化可以改变电机的转矩，从而改变电机的运转速度。现有电机控制方法中，在进行加速或者减速控制时，通常采用使q轴电压(有功电压)按照一定的条件增加或者减小来实现电机的加速或者减速，而d轴电压(无功电压)通过对d轴电流闭环控制得到。在电机加速时，一般通过控制q轴电压增加值的大小来确保系统稳定，但是在电机的某些应用场合，例如电机应用于无人机的场合，需要加速较快，如果增加值过大容易导致系统不稳定，如果增加值过小又导致系统机动性能不佳。
发明内容
本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种在保证系统机动性能的前提下能同时避免系统不稳定的电机加速方法、装置、电子调速器和无人飞行器。
为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种电机加速方法，所述电机加速方法包括：
对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；
确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；
根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref，其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；
根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
可选的，所述确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0，包括：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
可选的，所述确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0，包括：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
可选的，所述预设电流阈值为最大电流值的1.05-1.2倍,所述最大电流值为逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
可选的，所述电流峰值
Figure GDA0002246649060000021
其中，Id表示当前d轴电流，Iq表示当前q轴电流。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电机加速装置，所述电机加速装置包括：
当前d轴电压获取模块，用于对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；
q轴电压变化系数确定模块，用于确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；
当前q轴电压获取模块，用于根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref，其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；
电机控制模块，用于根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
可选的，所述q轴电压变化系数确定模块具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
可选的，所述q轴电压变化系数确定模块具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
可选的，所述预设电流阈值为最大电流值的1.05-1.2倍,所述最大电流值为逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
可选的，所述电流峰值
Figure GDA0002246649060000031
其中，Id表示当前d轴电流，Iq表示当前q轴电流。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子调速器，用于控制电机的运转，所述电子调速器包括电性连接的电机控制器和电机驱动器，所述电机控制器和所述电机驱动器均用于与所述电机电性连接，所述电子控制器包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种无人飞行器，包括：
机身；
安装于所述机身上的电机及用于控制所述电机运行的电子调速器，所述电子调速器为上述的电子调速器。
第五方面，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被无人飞行器执行时，使所述无人飞行器执行上述的方法。
本发明实施例通过在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，将K设置为大于0的数，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，将q轴电压变化系数K设置为小于或者等于0的数。以使在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变大，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变小或者不变。从而可以在对加速速度要求高的场合将q轴电压变化值设置为较大的数，以保证系统的机动性能。而当出现当前电流峰值超过预设电流阈值的情况时，使q轴电压变化系数小于或者等于0，以减小q轴电压或者使q轴电压保持不变，从而避免导致系统不稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是本发明电机加速方法和装置的应用场景示意图；
图2是本发明电机加速方法的一个实施例的流程图；
图3是本发明电机加速方法的一个实施例中电机控制原理示意图；
图4a是现有技术中对电机进行加速控制的实验结果图；
图4b是采用本发明实施例电机加速方法对电机进行加速控制的实验结果图；
图5是本发明电机加速装置的一个实施例的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的电子调速器的硬件结构示意图；
图7是本发明实施例提供的无人飞行器的硬件结构示意图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
本发明实施例提供的电机加速方法和装置适用于图1所示的应用场景，所述应用场景包括电机10和电子调速器20。电子调速器20包括电机驱动器21和电机控制器22，电机控制器22通过电流传感器(图中未示出)接收来自电机10的两相或三相电流信号，通过电机驱动器21输出控制信号到电机10以控制电机10的运行。其中，电机10可以是永磁同步电机或异步交流电机等合适类型的电机。
图2为本发明实施例提供的电机加速方法的一个实施例的流程示意图，所述电机加速方法可以由图1中的电机调速器20执行，如图2所示，所述电机加速方法包括：
101：对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压。
以图3为例说明，通过电流传感器(图中未示出)获得电机(图中以永磁同步电机为例)的两相电流ia和ib，另一相电流ic可以通过基尔霍夫原理计算获得，对ia、ib和ic进行Clark变换和Park变换获得当前d轴电流Id和当前q轴电流Iq。将当前d轴电流Id和上一时刻的d轴电流Idref(初始d轴电流为目标d轴电流)的偏差引入PI控制器获得当前d轴电压Udref。
102：确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0。
如果当前电流峰值大于预设电流阈值，则q轴电压变化系数K可以设置为小于或者等于0的数，如果当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值，则K可以设置为大于0的数。例如，在一些实施例中，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，可以使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。在另一些实施例中，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。即：
Figure GDA0002246649060000061
其中，ΔI1＝I1-I1max，I1表示电流峰值，I1max表示预设电流阈值。
在其中一些实施例中，电流峰值可以为
Figure GDA0002246649060000062
预设电流阈值I1max为最大电流值I1max'的1.05-1.2倍(例如1.1倍)。最大电流值I1max'可以为在逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
103：根据上一时刻的q轴电压Uqref获得当前q轴电压U'qref，U'qref＝Uqref+KΔUqref，其中，ΔUqref表示预设q轴电压变化值。
在实际应用中ΔUqref可以根据电机应用的具体情况设置，可以在整个控制过程中保持ΔUqref不变，也可以根据具体加速度的要求在控制过程中对ΔUqref进行调整。
104：根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
以图3为例，对当前d轴电压Udref和所述当前q轴电压U'qref进行Park逆变换并依据转子角度θ获得三相电压指令，然后根据三相电压指令对逆变器进行PWM调节输出控制信号到电机10。
本发明实施例通过在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，将K设置为大于0的数，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，将q轴电压变化系数K设置为小于或者等于0的数。以使在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变大，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变小或者不变。从而可以在对加速速度要求高的场合将q轴电压变化值设置为较大的数，以保证系统的机动性能。而当出现当前电流峰值超过预设电流阈值的情况时，使q轴电压变化系数小于或者等于0，以减小q轴电压或者使q轴电压保持不变，从而避免导致系统不稳定。
如图4a所示，采用现有技术实现快加速过程中，发生了大电流震荡，发生大电流震荡时容易造成电流发散，有炸机风险。而采用本发明实施例的加速方法，在实现同样快加速目的下，如图4b所示，整个控制过程运行稳定。
相应的，本发明实施例还提供了一种电机加速装置，所述电机加速装置可以用于图1中的电子调速器20，如图5所示，所述电机加速装置500包括：
当前d轴电压获取模块501，用于对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；
q轴电压变化系数确定模块502，用于确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；
当前q轴电压获取模块503，用于根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref，其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；
电机控制模块504，用于根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
本发明实施例通过在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，将K设置为大于0的数，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，将q轴电压变化系数K设置为小于或者等于0的数。以使在当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变大，在当前电流峰值大于预设电流阈值时，当前q轴电压较上一时刻的q轴电压变小或者不变。从而可以在对加速速度要求高的场合将q轴电压变化值设置为较大的数，以保证系统的机动性能。而当出现当前电流峰值超过预设电流阈值的情况时，使q轴电压变化系数小于或者等于0，以减小q轴电压或者使q轴电压保持不变，从而避免导致系统不稳定。
在电机加速装置500的一些实施例中，q轴电压变化系数确定模块502具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
在电机加速装置500的另一些实施例中，q轴电压变化系数确定模块502具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
在电机加速装置500的一些实施例中，所述预设电流阈值为最大电流值的1.05-1.2倍(例如1.1倍),所述最大电流值为逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
在电机加速装置500的一些实施例中，所述电流峰值
Figure GDA0002246649060000081
其中，Id表示当前d轴电流，Iq表示当前q轴电流。
需要说明的是，上述电机加速装置可执行本发明实施例所提供的电机加速方法，具备执行电机加速方法相应的功能模块和有益效果。未在装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电机加速方法。
如图6所示，本发明实施例还提供了一种电子调速器20，电子调速器20包括电性连接的电机控制器22和电机驱动器21，电机控制器22和电机驱动器21均用于与电机10电性连接，电机控制器22包括：
一个或多个处理器221以及存储器222，图6中以一个处理器221为例。处理器221和存储器222可以通过总线或者其他方式连接，图6中以总线连接为例。
存储器222作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电机加速方法对应的程序指令/单元(例如，附图5所示的当前d轴电压获取模块501、q轴电压变化系数确定模块模块502、当前q轴电压获取模块503和电机控制模块504)。处理器221通过运行存储在存储器222中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行电子调速器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的电机加速方法。
存储器222可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子调速器使用所创建的数据等。此外，存储器222可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器222可选包括相对于处理器221远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子调速器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个单元存储在所述存储器222中，当被所述一个或者多个处理器221执行时，执行上述任意方法实施例中的电机加速方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-104，实现图5所示的模块501-504的功能。
上述电子调速器可执行本发明实施例所提供的电机加速方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在电子调速器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-104，实现图5所示的模块501-504的功能。
如图7所示，本发明实施例还提供了一种无人飞行器100，无人飞行器100包括：
机身(图中未示出)；
安装于所述机身上的电机10及用于控制所述电机10运行的电子调速器20，所述电子调速器20为上述的电子调速器。
上述无人飞行器包括本发明实施例提供的电子调速器，具备其相应的功能模块和有益效果。未在无人飞行器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电子调速器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种电机加速方法，其特征在于，所述电机加速方法包括：
对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；
确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；
根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref，其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；
根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的电机加速方法，其特征在于，所述确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0，包括：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
3.根据权利要求1所述的电机加速方法，其特征在于，所述确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0，包括：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的电机加速方法，其特征在于，所述预设电流阈值为最大电流值的1.05-1.2倍,所述最大电流值为逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
5.根据权利要求4所述的电机加速方法，其特征在于，所述电流峰值
Figure FDA0002246649050000011
其中，Id表示当前d轴电流，Iq表示当前q轴电流。
6.一种电机加速装置，其特征在于，所述电机加速装置包括：
当前d轴电压获取模块，用于对d轴电流进行闭环控制获得当前d轴电压；
q轴电压变化系数确定模块，用于确定q轴电压变化系数K，当当前电流峰值大于预设电流阈值时，K小于或者等于0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，K大于0；
当前q轴电压获取模块，用于根据公式U'qref＝Uqref+KΔUqref获得当前q轴电压U'qref，其中，Uqref表示上一时刻的q轴电压，ΔUqref表示预设q轴电压变化值；
电机控制模块，用于根据所述当前d轴电压和所述当前q轴电压对电机进行控制。
7.根据权利要求6所述的电机加速装置，其特征在于，所述q轴电压变化系数确定模块具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使K＝-1，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
8.根据权利要求6所述的电机加速装置，其特征在于，所述q轴电压变化系数确定模块具体用于：
当当前电流峰值大于预设电流阈值时，使-1＜K≤0，当当前电流峰值小于或者等于预设电流阈值时，使K＝1。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的电机加速装置，其特征在于，所述预设电流阈值为最大电流值的1.05-1.2倍,所述最大电流值为逆变器供电电池满电条件下、电机运行在最大油门设定值时获得的电流值。
10.根据权利要求9所述的电机加速装置，其特征在于，所述电流峰值
Figure FDA0002246649050000021
其中，Id表示当前d轴电流，Iq表示当前q轴电流。
11.一种电子调速器，用于控制电机的运转，所述电子调速器包括电性连接的电机控制器和电机驱动器，所述电机控制器和所述电机驱动器均用于与所述电机电性连接，其特征在于，所述电子控制器包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5任一项所述的方法。
12.一种无人飞行器，其特征在于，包括：
机身；
安装于所述机身上的电机及用于控制所述电机运行的电子调速器，所述电子调速器为权利要求11所述的电子调速器。
13.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被无人飞行器执行时，使所述无人飞行器执行权利要求1-5的任一项所述的方法。
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