CN110474588A - 一种电机的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机的控制方法及装置，该方法包括：确定所述电机的命令转速以及实际转速；计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值；当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。本方案能减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，从而提高电机效率。

Description

一种电机的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机的控制方法及装置。

背景技术

电机控制模型为：V_d＝R_si_d-ωL_qi_q，V_q＝ωL_di_d+R_si_q+K_Eω，其中R_s为电机的相电阻，L_d、L_q分别为电机d/q轴电感，K_E为电机反电动势常数，ω为电机的运行转速，V_d、V_q分别为电机d/q轴电压，i_d、i_q分别为电机d/q轴电流。

在电机控制时，V_d和V_q是通过电流比例积分(Proportion Integral，PI)调节器调节得到，而电流PI调节器通常会有限幅环节，以保证其输出的电压值不超过逆变器所能提供的最高电压。

根据电机控制模型可以看出，当电机的运行转速增加时，V_d和V_q也会随之增加，也就是电流PI调节器输出的V_d和V_q会趋于最大值，从而使得其可调节量减少，进而使得电机的命令转速与实际转速之差逐渐变大，导致电机的效率变低。

发明内容

本发明实施例提供了一种电机的控制方法及装置，能提高电机的运行效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机的控制方法，包括：

确定所述电机的命令转速以及实际转速；

计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值；

当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

优选地，

所述根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号，包括：

根据所述差值绝对值，利用第一比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴命令电流；

根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流；

采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

优选地，

所述根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，包括：

利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_{s max}表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

优选地，

所述根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号，包括：

根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，利用第二比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，利用第三比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

优选地，

所述根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号，包括：

将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；

根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。

第二方面，本发明实施例提供了一种电机的控制装置，包括：转速获取模块、信号生成模块和控制模块；其中，

所述转速获取模块，用于确定所述电机的命令转速以及实际转速；

所述信号生成模块，用于计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值，当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

所述控制模块，用于根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

优选地，

所述信号生成模块包括第一比例积分调节器、处理单元和生成单元；其中，

所述第一比例积分调节器，用于根据所述差值绝对值确定所述电机的d轴命令电流；

所述处理单元，用于根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，并采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

所述生成单元，用于根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

优选地，

所述处理单元，用于利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_{s max}表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

优选地，

所述生成单元包括：第二比例积分调节器、第三比例积分调节器和信号生成子单元；其中，

所述第二比例积分调节器，用于根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

所述第三比例积分调节器，用于根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

所述信号生成子单元，用于根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

优选地，

所述信号生成子单元，用于将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。

本发明实施例提供了一种电机的控制方法及装置，通过实时计算电机的命令转速与其实际转速的差值绝对值，当该差值绝对值大于预设阈值时，对电机进行弱磁控制，并根据差值绝对值确定弱磁控制过程中的弱磁控制信号，以在电机的命令转速很高的情况下，提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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是本发明一实施例提供的一种电机的控制方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种对电机进行FOC控制的电路示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种对电机进行弱磁控制的电路示意图；

图4是本发明另一实施例提供的一种电机的控制方法的流程图；

图5是本发明一实施例提供的一种电机的控制装置的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的一种电机的控制装置的结构示意图。

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，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，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电机的控制方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤101：确定所述电机的命令转速以及实际转速；

步骤102：计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值；

步骤103：当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

步骤104：根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

在上述实施例中，通过实时计算电机的命令转速与其实际转速的差值绝对值，当该差值绝对值大于预设阈值时，对电机进行弱磁控制，并根据差值绝对值确定弱磁控制过程中的弱磁控制信号，以在电机的命令转速很高的情况下，提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

在本发明一个实施例中，步骤103的具体实施方式可以包括：

根据所述差值绝对值，利用第一比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴命令电流；

根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流；

采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

可以理解的是，当电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值不大于预设阈值时，则说明电机的实际转速能很好的跟踪电机的命令转速，此时可对电机进行常规的FOC矢量控制，其具体控制过程可如图2所示，在图2中，ω*表征电机的命令转速，ω表征电机的实际转速，i_d*表征电机的d轴命令电流，i_q*表征电机的q轴命令电流，PI调节表征电流比例积分(Proportion Integral，PI)调节器。

当电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值大于预设阈值时，说明电机的实际转速已经远远低于电机的命令转速，此时需要对电机进行弱磁控制以提升电机的实际转速。

值得一提的是，在进行转速误差计算时，为了防止因电机控制不好引起较大的转速波动，从而造成误判。因此需要经过一定时间的连续判断，比如5s、10s。若长时间出现估算转速远远小于命令转速，则启动弱磁控制算法。也就是说，当电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值大于预设阈值，且差值绝对值大于预设阈值的时长达到设定时长时，才对电机进行弱磁控制。

对电机进行弱磁控制时，其q轴命令电流可通过d轴命令计算得到，具体地，所述根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，包括：

利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_{s max}表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

当对电机进行正常FOC矢量控制时，电机的d轴命令电流一般为0，当电机处于弱磁控制时，d轴命令电流是通过电机的命令转速与实际转速的差值绝对值经过PI调节器调节得到，而q轴命令电流是通过电机的定子电流和d轴命令电流共同决定，以准确计算q轴命令电流，从而对电机进行精准控制。

另外，在本发明一个实施例中，所述根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号，包括：

根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，利用第二比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，利用第三比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

在这里，将d轴命令电流与d轴实际电流做差，并将电流差进行PI调节，得到d轴电压，相似地，将q轴命令电流与q轴实际电流做差，并将电流差值经过PI调节，得到q轴电压，以对电机进行弱磁控制，该控制过程的示意图可如图3所示，在图3中，ω*表征电机的命令转速，ω表征电机的实际转速，i_d*表征电机的d轴命令电流，i_d表征电机的d轴实际电流，i_q*表征电机的q轴命令电流，i_q表征电机的q轴实际电流，PI调节表征PI调节器，V_d表征电机的d轴电压，V_q表征电机的q轴电压。

在本发明一个实施例中，所述根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号，包括：

将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；

根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。

在确定出电机的q轴电压和d轴电压之后，将d轴电压和q轴电压经过反Park变换分别得到电机的α轴电压和β轴电压，则根据α轴电压和β轴电压可生成空间矢量脉宽调制SVPWM信号，并利用所述SVPWM信号控制所述电机高速转动，以提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

如上所述，本发明实施例提供的一种电机的控制方法可以包括如图4所示的步骤，其对应的电路图如图3所示。

步骤401：确定所述电机的命令转速以及实际转速，计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值。

步骤402：判断所述差值绝对值是否大于预设阈值，如果是，执行步骤403，否则执行步骤404。

步骤403：判断差值绝对值大于预设阈值的时长是否达到设定时长，如果是，执行步骤405，否则执行步骤404。

步骤404：对电机进行FOC矢量控制，并结束当前流程。

步骤405：根据所述差值绝对值，利用第一比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴命令电流。

步骤406：根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流。

可通过计算公式计算电机的q轴命令电流，其中，表征所述q轴命令电流，i_{s max}表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流，以准确计算q轴命令电流，从而对电机进行精准控制。

步骤407：采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流，并根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，利用第二比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压，根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，利用第三比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压。

步骤408：将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压。

步骤409：根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，根据所述空间矢量脉宽调制信号对所述电机进行弱磁控制。

在上述实施例中，通过实时计算电机的命令转速与其实际转速的差值绝对值，当该差值绝对值大于预设阈值时，对电机进行弱磁控制，并根据差值绝对值确定弱磁控制过程中的弱磁控制信号，以在电机的命令转速很高的情况下，提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

如图5、图6所示，本发明实施例提供了一种电机的控制装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图5所示，为本发明实施例提供的一种电机的控制装置所在设备的一种硬件结构图，除了图5所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图6所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种电机的控制装置，包括：转速获取模块601、信号生成模块602和控制模块603；其中，

所述转速获取模块601，用于确定所述电机的命令转速以及实际转速；

所述信号生成模块602，用于计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值，当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

所述控制模块603，用于根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

在本发明一个实施例中，所述信号生成模块602包括第一比例积分调节器、处理单元和生成单元；其中，

所述第一比例积分调节器，用于根据所述差值绝对值确定所述电机的d轴命令电流；

所述处理单元，用于根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，并采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

所述生成单元，用于根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

在本发明一个实施例中，所述处理单元，用于利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_{s max}表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

在本发明一个实施例中，所述生成单元包括：第二比例积分调节器、第三比例积分调节器和信号生成子单元；其中，

所述第二比例积分调节器，用于根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

所述第三比例积分调节器，用于根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

所述信号生成子单元，用于根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

在本发明一个实施例中，所述信号生成子单元，用于将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。

上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例提供了一种可读介质，包括执行指令，当存储控制器的处理器执行所述执行指令时，所述存储控制器执行本发明实施例提供的任意电机的控制方法。

本发明实施例提供了一种存储控制器，包括：处理器、存储器和总线；

所述存储器用于存储执行指令，所述处理器与所述存储器通过所述总线连接，当所述存储控制器运行时，所述处理器执行所述存储器存储的所述执行指令，以使所述存储控制器执行本发明实施例提供的任意电机的控制方法。

本发明各个实施例至少具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，通过实时计算电机的命令转速与其实际转速的差值绝对值，当该差值绝对值大于预设阈值时，对电机进行弱磁控制，并根据差值绝对值确定弱磁控制过程中的弱磁控制信号，以在电机的命令转速很高的情况下，提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

2、在本发明实施例中，实现了在电机的命令转速很高的情况下，减小电机的实际转速与命令转速的误差，提高了电机的转速跟踪性能，从而提高了电机的控制能力，且控制方法简单易于实现。

3、在本发明实施例中，d轴命令电流是通过电机的命令转速与实际转速的差值绝对值经过PI调节器调节得到，而q轴命令电流是通过电机的定子电流和d轴命令电流共同决定，以准确计算q轴命令电流，从而对电机进行精准控制。

4、在本发明实施例中，将d轴电压和q轴电压经过反Park变换分别得到电机的α轴电压和β轴电压，则根据α轴电压和β轴电压可生成空间矢量脉宽调制SVPWM信号，并利用所述SVPWM信号控制所述电机高速转动，以提高电机的实际转速，从而减小电机的命令转速与实际转速之间的差值绝对值，进而提高电机效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二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因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机的控制方法，其特征在于，包括：

确定所述电机的命令转速以及实际转速；

计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值；

当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号，包括：

根据所述差值绝对值，利用第一比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴命令电流；

根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流；

采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，包括：

利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_smax表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号，包括：

根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，利用第二比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，利用第三比例积分调节器通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

所述根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号，包括：

将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；

根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。

6.一种电机的控制装置，其特征在于，包括：转速获取模块、信号生成模块和控制模块；其中，

所述转速获取模块，用于确定所述电机的命令转速以及实际转速；

所述信号生成模块，用于计算所述命令转速与所述实际转速的差值绝对值，当所述差值绝对值大于预设阈值时，根据所述差值绝对值生成所述电机的弱磁控制信号；

所述控制模块，用于根据所述弱磁控制信号对所述电机进行弱磁控制。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

所述信号生成模块包括第一比例积分调节器、处理单元和生成单元；其中，

所述第一比例积分调节器，用于根据所述差值绝对值确定所述电机的d轴命令电流；

所述处理单元，用于根据所述d轴命令电流计算所述电机的q轴命令电流，并采集所述电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

所述生成单元，用于根据所述d轴命令电流、d轴实际电流、q轴命令电流和q轴实际电流，生成所述弱磁控制信号。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

所述处理单元，用于利用以下公式，计算所述q轴命令电流：

其中，表征所述q轴命令电流，i_smax表征所述电机的定子电流，表征所述d轴命令电流。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

所述生成单元包括：第二比例积分调节器、第三比例积分调节器和信号生成子单元；其中，

所述第二比例积分调节器，用于根据所述d轴命令电流和d轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的d轴电压；

所述第三比例积分调节器，用于根据所述q轴命令电流和q轴实际电流的差值绝对值，通过弱磁调节确定所述电机的q轴电压；

所述信号生成子单元，用于根据所述d轴电压和所述q轴电压，生成所述弱磁控制信号。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述信号生成子单元，用于将所述d轴电压和所述q轴电压进行反派克变换，得到所述电机的α轴电压和β轴电压；根据所述α轴电压和β轴电压生成空间矢量脉宽调制信号，并将所述空间矢量脉宽调制信号作为所述弱磁控制信号。