CN109412496A - 抑制电流直流偏置的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制电流直流偏置的控制方法及系统，涉及电机控制技术领域。该方法包括：采集交流电机每相的电流值，获取交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机每相的电压最终期望值。从而抑制交流电机中出现的直流偏置，避免直流偏置的存在导致电机铁心发热加大、系统效率降低，进而提高了交流电机的性能。

Description

抑制电流直流偏置的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种抑制电流直流偏置的控制方法及系统。

背景技术

交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械，由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机，交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。

但是，交流电机的相电流在理想的情况下为正弦交流电，由于交流电机的相电流不仅受到供给电压的影响，还受到交流电机本身结构参数设计、制造及软件控制方法的等原因的影响，实际工作中会导致即使在正弦交流电压的供电情况下，电流不仅会出现交流谐波分量，有时还会出现较大直流偏置。

现有技术中，交流谐波分量一般通过前馈补偿方式来进行抑制，但直流偏置在不同工况下呈现非线性，对其进行预测性补偿具有较大难度，直流偏置的存在，会导致电机铁心发热加大、系统效率降低，严重影响电机的性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种抑制电流直流偏置的控制方法及系统，以解决直流分量的存在，会导致电机铁心发热加大、系统效率降低，严重影响电机的性能的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种抑制电流直流偏置的控制方法，该方法应用于交流电机，所述方法包括：采集所述交流电机每相的电流值，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

一种实施方式中，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，包括：获取所述交流电机的转速，根据所述交流电机的转速计算所述交流电机每相电流值的电流频率，得到所述交流电机每相电流值的截止频率，根据所述截止频率，对所述交流电机每相电流值进行滤波处理，得到所述交流电机每相电流值中的直流偏置值。

一种实施方式中，所述每相电流值中的直流偏置值，包括：所述直流偏置的大小和方向。

一种实施方式中，根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，包括：根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

一种实施方式中，将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值，包括：将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，当所述直流偏置值为正时，所述电压补偿值为负，当所述直流偏置值为负时，所述电压补偿值为正，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种抑制电流直流偏置的控制系统，包括：电机控制器和交流电机，所述电机控制器与所述交流电机电连接，所述电机控制器用于采集所述交流电机每相的电流值，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

一种实施方式中，所述电机控制器，具体用于获取所述交流电机的转速，根据所述交流电机的转速计算所述交流电机每相电流值的电流频率，得到所述交流电机每相电流值的截止频率，根据所述截止频率，对所述交流电机每相电流值进行滤波处理，得到所述交流电机每相电流值中的直流偏置值。

一种实施方式中，所述电机控制器得到所述每相电流值中的直流偏置值，具体包括：所述直流偏置的大小和方向。

一种实施方式中，所述电机控制器，具体还用于根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

一种实施方式中，所述电机控制器，具体还用于将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，当所述直流偏置值为正时，所述电压补偿值为负，当所述直流偏置值为负时，所述电压补偿值为正，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

本发明的有益效果是：通过采集交流电机每相的电流值，获取交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机每相的电压最终期望值，从而抑制交流电机中出现的直流偏置，避免直流偏置的存在导致电机铁心发热加大、系统效率降低，从而提高交流电机的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的电机控制器控制电机结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的抑制电流直流偏置的控制系统示意图；

图3为本发明第二实施例提供的抑制电流直流偏置的控制方法流程示意图；

图4为本发明第二实施例提供的获取直流偏置值的流程示意图；

图5为本发明第三实施例提供的抑制电流直流偏置的控制系统示意图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的电机控制器控制电机结构示意图，如图1所示。

其中，电机为交流电机，其交流电机可以是任意多相交流电机，本发明的实施例仅以该交流电机为三相交流电机为例进行说明，因此，以下所出现的交流电机、电动机和电机，若无特殊说明，均表示三相交流电机，示例的：三相交流电机的控制器使用六组功率开关管，搭建三相桥式电路来驱动交流电机运行。

具体的，交流电机A、B和C三相的电流都是由六组开关管S1、S2、S3、S4、S5和S6共同控制的。实际上，每组功率开关管的驱动电路与开关管之间的导线长度因为电路板布线的布线原因而不同，以及电路中各种电子元器件性能的不一致性，使得开关管导通的时间有所差异，进而在开关管进行高频工作的情况下，以及其中每组功率开关管的开关组合方式，都会对某相的电流产生增大或减小的影响，从而产生交流电机的某相电流产生直流偏置，而且，欲使交流电机的电流为正弦，由于电机本身设计与制造的原因，电机的反电动势也会出现直流偏置，导致电机的电流出现直流偏置。

图2为本发明第一实施例提供的抑制电流直流偏置的控制系统示意图，如图2所示，该系统包括：电流调节器10、逆变器20、交流电机30、直流偏置辨识器40和补偿控制器50，电流调节器10、逆变器20和交流电机30依次电连接，电流从电流调节器10进入经逆变器20依次到交流电机30为交流电机30进行供电驱动，使得交流电机30可以工作，当交流电机30在进行工作时，产生直流偏置值，由直流偏置辨识器40，辨识出交流电机30三相电流当前的直流偏置值，将辨识出的交流电机30的相电流的直流偏置信息，送入补偿控制器50，得出能对三相电流直流偏置进行抑制的电压补偿值，将电压补偿值与电流调节器10输出的预设的三相电压初始期望值Uabc*进行叠加，得到交流电机30三相的电压最终期望值Uabc。

具体的，电机控制器通过控制算法，首先得出交流电机30预设的三相电流初始期望值Iabc*，同时，电机控制器采集交流电机30三相电流实际值Iabc，将三相电流初始期望值Iabc*与三相交流电机30三相电流实际值Iabc相比较，通过电流调节器10得到预设的期望的交流电机30三相电压值期望值Uabc*，再将电流调节器10输出的预设的三相电压初始期望值Uabc*与补偿控制器50输出的电压补偿值进行叠加，即，当交流电机30某相电流出现直流偏置，先通过直流偏置辨识器40实时辨识出三相电流直流偏置的方向与大小，然后通过补偿控制器50对直流偏置值进行计算，当直流偏置值的方向记为正时，电压补偿值为负，当直流偏置值的方向记为负时，电压补偿值为正，这种对直流偏置的抑制始终达到负反馈的作用，使得预设的交流电机的三相电压初始期望值Uabc*增高或者减小，从而实现系统会自动对电流的直流偏置进行无静差调节，自动对出现直流偏置相的电压进行增减，达到削弱电流直流偏置的目的，再通过逆变器20实现三相的电压最终期望值Uabc，对电机进行供电驱动，使得电动机进行正常工作。

需要说明的是，上述所说的三相电流会出现直流偏置，可以是一相、两相或者三相的任一种情况，即某相可能不会出现直流偏置，则此时检测得到的直流偏置值为零，因此，电压补偿值也为零。

第二实施例

图3为本发明第二实施例提供的抑制电流直流偏置的控制方法流程示意图，如图3所述，该方法包括：

S101、采集交流电机每相的电流值，获取交流电机每相电流值中的直流偏置值。

具体的，首先可通过电流检测传感器等可以检测电流的电流检测设备来检测交流电机中三相的电流值Iabc(即交流电机当前的三相电流实际值Iabc)，然后可通过直流偏置辨识器辨识出该三相电流值Iabc中当前出现的直流偏置值。

S102、根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

具体的上述直流偏置辨识器辨识出的三相电流值Iabc中当前出现的直流偏置值，将当前辨识出该直流偏置值信息送入补偿控制器，由补偿控制器计算得出能对三相电流值Iabc中出现的直流偏置进行抑制的电压补偿值。

S103、将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机每相的电压最终期望值。

具体的，参照第一实施例，预设的期望的交流电机三相电压值期望值Uabc*，可通过电机控制器首先计算得出交流电机预设的三相电流初始期望值Iabc*，同时，将交流电机预设的三相电流初始期望值Iabc*与交流电机三相电流值Iabc(即交流电机当前的三相电流实际值Iabc)相比较，通过电流调节器得到预设的交流电机三相的电压初始期望值Uabc*，再将预设的交流电机三相的电压初始期望值Uabc*与对应的三相的电压补偿值进行叠加，再由逆变器将直流电逆变为交流电，得到三相的电压最终期望值Uabc，对电机进行供电驱动，使得电动机进行正常工作。

本实施例中，通过实时采集交流电机每相的电流值，获取交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机每相的电压最终期望值，经过实时分析电机相电流中的直流偏置，通过自适应的补偿性控制方法，能够实时抑制交流电机中出现的直流偏置，方法不依赖于建立精确的硬件结构，不依赖控制器与电机生产的一致性，适用于多变的工况，避免直流偏置的存在导致电机铁心发热加大、系统效率降低，从而提高交流电机的性能。

图4为本发明第二实施例提供的获取直流偏置值的流程示意图，如图4所述，一种实施方式中，获取交流电机每相电流值中的直流偏置值，包括：

S201、获取交流电机的转速。

具体的，获取交流电机的转速，可通过在交流电机的转轴上安装发光体，利用光的直线传播原理，将电机密闭，并在密闭的外壳上开一小孔，同时在发光体小孔的同一直线位置安装一信号接收器，统计一定时间内接受信号频率，即可得交流电机当前的转速，但是，检测交流电机转速的方式不限于此，因此，任何可以检测交流电机转速的方式都在本发明所保护的范围之内。

S202、根据交流电机的转速计算交流电机每相电流值的电流频率，得到交流电机每相电流值的截止频率。

具体的，根据检测得出的交流电机当前的转速来计算三相电流值的电流频率f，再根据该电流频率设置合适的交流电机三相电流值的截止频率f_c，根据滤波原理，滤波的截止频率f_c应远小于交流电流的频率f，因此，实际应用中，可设截止频率f_c＝f/100，从而达到滤除交流分量的效果。

其中，计算每相电流值的电流频率可以采用以下计算公式进行计算，示例的：

其中，f为电流频率，p为电机的极对数，n为电机的转速，60为60秒。

S203、根据截止频率，对交流电机每相电流值进行滤波处理，得到交流电机每相电流值中的直流偏置值。

具体的，根据计算得到的截止频率，对交流电机三相电流值进行滤波处理，即能够通过该截止频率范围内的电流的电流值，则为交流电机三相电流值中当前出现的的直流偏置值。

其中，对交流电机三相电流值进行滤波处理可采用一阶数字低通算法计算示例的：

y(n)＝a*x(n)+(1-a)*y(n-1)；

其中，x(n)为当前采样时刻输入的电流值，y(n-1)为前一个采样时刻输入电流值，y(n)为当前采样时刻输出的电流值，即直流偏置值，a为滤波系数。

上述滤波系数a可通过截止频率的计算公式得到，截止频率

其中，Δt为采样周期。

需要说明的是，本申请中所示的各个计算公式中的单位定义和计算方式等并不限于此，需要根据某一情况下该计算公式所得到的对应的效果设计，在此不再一一赘述。

一种实施方式中，每相电流值中的直流偏置值，包括：直流偏置的大小和方向。

具体的，得到的三相交流电机的每相电流值中的直流偏置值包括直流偏置值的大小和方向，其中，大小是指所要抑制的直流偏置的量，而方向是指所要抑制的直流偏置的正负。

一种实施方式中，根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，包括：根据交流电机每相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

具体的，根据交流电机三相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制三相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，其中，补偿计算方法有多种，也是需要根据某一情况下该计算方法所得到的对应的效果，以下以其中一相为例进行说明，示例的：使用积分方式和比例方式。

例如，将A相出现的A相电流直流偏置值，根据预设的交流电机A相的初始电流期望值Ia*与采集的交流电机A相的电流值Ia之间的偏差，将该偏差分别进行比例运算与积分运算，并将比例运算的结果与积分运算的结果进行加和，得到控制交流电机电压最终期望值Ua的电压补偿值。

一种实施方式中，将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机每相的电压最终期望值，包括：

将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，当直流偏置值为正时，电压补偿值为负，当直流偏置值为负时，电压补偿值为正。

具体的，上述正和负是指需要抑制当前的直流偏置时，得到的电压补偿值对预设的交流电机三相的电压初始期望值Uabc*的一种影响，当直流偏置值的方向记为正时，电压补偿值为负，当直流偏置值的方向记为负时，电压补偿值为正，这种对直流偏置的抑制始终达到负反馈的作用，使得预设的交流电机的三相电压初始期望值Uabc*增高或者减小，最终得到交流电机三相的电压最终期望值。

需要说明的是，当交流电机中某一相的电流值不存在直流偏置时，其直流偏置值可视为零，说明不需要对该相的电流值进行电压补偿，即电压补偿值也视为零，可根据没有出现直流偏置的该相电流值所对应的电压值，继续给交流电机对应的该相电流进行供电即可。

第三实施例

图5为本发明第三实施例提供的抑制电流直流偏置的控制系统示意图，如图4所述，本发明第二实施例还提供了一种抑制电流直流偏置的控制系统，包括：电机控制器10和交流电机20，电机控制器10与交流电机20电连接，电机控制器10用于采集交流电机20每相的电流值，获取交流电机20每相电流值中的直流偏置值，根据交流电机20每相电流值中的直流偏置值，得到抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的交流电机20每相的电压初始期望值进行叠加，得到交流电机20每相的电压最终期望值。

具体的，该抑制电流直流偏置的控制系统的实现方式和原理，以及达到的技术效果与上述第一实施例和第二实施例提供的电机控制器控制电机和抑制电流直流偏置的控制方法相同，在此不做详细说明。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制电流直流偏置的控制方法，其特征在于，所述方法应用于交流电机，所述方法包括：

采集所述交流电机每相的电流值，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值；

根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值；

将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，包括：

获取所述交流电机的转速；

根据所述交流电机的转速计算所述交流电机每相电流值的电流频率，得到所述交流电机每相电流值的截止频率；

根据所述截止频率，对所述交流电机每相电流值进行滤波处理，得到所述交流电机每相电流值中的直流偏置值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每相电流值中的直流偏置值，包括：所述直流偏置的大小和方向。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，包括：

根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值，包括：

将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，当所述直流偏置值为正时，所述电压补偿值为负，当所述直流偏置值为负时，所述电压补偿值为正，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

6.一种抑制电流直流偏置的控制系统，其特征在于，所述系统包括：电机控制器和交流电机，所述电机控制器与所述交流电机电连接；

所述电机控制器用于采集所述交流电机每相的电流值，获取所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值，将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机控制器，具体用于获取所述交流电机的转速，根据所述交流电机的转速计算所述交流电机每相电流值的电流频率，得到所述交流电机每相电流值的截止频率，根据所述截止频率，对所述交流电机每相电流值进行滤波处理，得到所述交流电机每相电流值中的直流偏置值。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电机控制器得到所述每相电流值中的直流偏置值，具体包括：所述直流偏置的大小和方向。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机控制器，具体还用于根据所述交流电机每相电流值中的直流偏置值，采用补偿计算方法得到抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电机控制器，具体还用于将抑制所述每相电流值中的直流偏置值的电压补偿值与预设的所述交流电机每相的电压初始期望值进行叠加，当所述直流偏置值为正时，所述电压补偿值为负，当所述直流偏置值为负时，所述电压补偿值为正，得到所述交流电机每相的电压最终期望值。