CN110518854B - 电机降噪方法、计算机装置以及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机降噪方法、计算机装置以及计算机可读存储介质，该电机降噪方法包括：获取电机定子的三相采样电流；对三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压；对三相采样电流进行谐波电流提取，对谐波电流进行谐波电压补偿控制，获得谐波补偿电压；利用谐波补偿电压对预调制三相预调制电压进行补偿，获得三相调制电压；根据三相调制电压驱动电机。该计算机装置包括控制器，控制器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的电机降噪方法。该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的电机降噪方法。应用本发明的电机降噪方法可对电机驱动电压进行简单、精确降噪。
Description
技术领域
本发明涉及电机降噪技术领域，具体的，涉及一种电机降噪方法，还涉及应用该电机降噪方法的计算机装置，还涉及应用该电机降噪方法的计算机可读存储介质。
背景技术
由于交流电机气隙磁场的畸变与逆变器非线性等因素的存在，导致电机三相电流中含有丰富的谐波分量，这些谐波量会使电机产生了明显的振动和噪声，这样增大了电机的损耗并降低了效率，极大地影响了电机产品的质量和工作环境，限制其应用于家用电器等变频领域。
为了解决以上问题，人们提出了多种解决方案，如公开号CN1588757A的中国专利申请公开了一种低谐波永磁同步电机的转子，该专利申请主要以优化电机气隙磁场分布的正弦度来改善畸变磁场引起的电流谐波分量，但是其无法改善由于逆变器非线性特性引起的电流谐波分量。而公开号CN102201770A的中国专利申请公开了一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法，该专利申请所提出的方法主要用来改善电流中5次和7次电流谐波分量，但是该方法需要进行多次的坐标变换，其程序计算量非常大，结构复杂，不利于DSP处理器的执行。
因此，需要更加简单以及精确的噪声控制方法，以提高电机的工作效率。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可对电机驱动电压进行简单、精确降噪的电机降噪方法。
本发明的第二目的是提供一种可对电机驱动电压进行简单、精确降噪的计算机装置。
本发明的第三目的是提供一种可对电机驱动电压进行简单、精确降噪的计算机可读存储介质。
为了实现上述第一目的，本发明提供的电机降噪方法包括：获取电机定子的三相采样电流；对三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压；对三相采样电流进行谐波电流提取，对谐波电流进行谐波电压补偿控制，获得谐波补偿电压；利用谐波补偿电压对预调制三相预调制电压进行补偿，获得三相调制电压；根据三相调制电压驱动电机。
由上述方案可见，本发明的电机降噪方法通过利用电机定子的三相采样电流获得三相预调制电压，并对三相采样电流的谐波电流进行谐波电压补偿控制获得谐波补偿电压，从而利用谐波补偿电压对三相预调制电压进行补偿，降低三相预调制电压中的谐波量，从而达到降低电机驱动电压噪声的目的。本发明的电机降噪方法相对简单，缩短了DSP控制器的执行时间，提高了响应速度。
进一步的方案中，对三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压的步骤包括：对三相采样电流进行克拉克变换后再进行帕克变换，获得D轴电流分量和Q轴电流分量；对D轴电流分量和Q轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量和Q轴电压分量；对D轴电压分量和Q轴电压分量进行反帕克变换后再进行反克拉克变换，获得三相预调制电压。
由此可见，为了更加精确的获得驱动电机的驱动电压，需对三相采样电流进行克拉克变换和帕克变换，并对D轴电流分量和Q轴电流分量进行比例积分调节，再对D轴电压分量和Q轴电压分量进行反帕克变换和反克拉克变换，从而获得三相预调制电压，使得三相预调制电压随着三相采样电流进行自动调节，从而提高电机的驱动电压的精度。
进一步的方案中，对D轴电流分量和Q轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量和Q轴电压分量的步骤包括：获取D轴电流分量对应的第一调节阈值以及Q轴电流分量对应的第二调节阈值；根据第一调节阈值对D轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量；根据第二调节阈值对Q轴电流分量进行比例积分调节，获得Q轴电压分量。
由此可见，对D轴电流分量和Q轴电流分量进行比例积分调节时，需根据对应的调节阈值进行比例积分调节，使得D轴电流分量和Q轴电流分量可根据需要的调节阈值进行调节，提高控制的精确度。
进一步的方案中，获取D轴电流分量对应的第一调节阈值以及Q轴电流分量对应的第二调节阈值的步骤包括：获取电机转速以及转速调节阈值；根据转速调节阈值对电机转速进行比例积分调节，获得Q轴电流分量对应的第二调节阈值。
由此可见，通过转速环和电流环的双闭环比例积分调节，可提高调制电压的精确度。
进一步的方案中，对三相采样电流进行谐波电流提取的步骤还包括：利用预设陷波器对三相采样电流进行滤波，利用预设二阶广义积分器对滤波后的三相采样电流进行积分运算，获得谐波电流。
进一步的方案中，预设陷波器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v1(s)为预设陷波器的输出信号，vi1(s)为预设陷波器的输入信号。
进一步的方案中，预设二阶广义积分器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为基波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v2(s)为预设二阶广义积分器的输出信号，vi2(s)为预设二阶广义积分器的输入信号。
由此可见，由二阶广义积分器构建的陷波器和带通滤波器进行级联构造的电流谐波提取环节能够简单、精确的提取出相应次的谐波电流。
进一步的方案中，对谐波电流进行谐波电压补偿控制的步骤包括：利用预设比例谐振控制器对谐波电流进行谐波电压补偿控制。
进一步的方案中，预设比例谐振控制器的传递函数为：
其中，kp为比例增益，ki为谐波处的谐振增益，ωc为谐波处的谐振频率，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子。
由此可见，使用预设比例谐振控制器能够更好的实现零误差跟踪，从而更好的进行谐波电流补偿。
进一步的方案中，谐波补偿电压由以下公式获得：
其中，
为谐波电流对应的预定电流阈值，
为谐波电流。
由此可见，通过上述公式，获得的谐波补偿电压更加精准。
进一步的方案中，三相调制电压由以下公式获得：
其中，uas、ubs和ucs为三相预调制电压，
和
为谐波补偿电压。
由此可见，通过上述公式，获得的三相调制电压更加精准。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供计算机装置包括处理器以及存储器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的电机降噪方法的步骤。
为了实现本发明的第三目的，本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的电机降噪方法的步骤。
附图说明
图1是应用本发明电机降噪方法的电机控制电路的示意框图。
图2是本发明电机降噪方法实施例的流程图。
图3是本发明电机降噪方法实施例中电机降噪的控制框图。
图4是本发明电机降噪方法实施例中进行谐波电流提取的控制框图。
图5是本发明电机降噪方法实施例中预设二阶广义积分器的控制框图。
图6是本发明电机降噪方法实施例中基于SOGI构建的陷波器的控制框图。
图7是本发明电机降噪方法实施例中预设比例谐振控制器的控制框图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明的电机降噪方法是应用在电机控制电路中的应用程序，用于实现对电机驱动降噪。优选的，如图1所示，电机控制电路包括主控电路1、驱动电路2、逆变电路3、电机4以及采样电路5，主控电路1用于处理各种逻辑控制和运算，驱动电路2用于驱动并保护逆变电路3中开关管的正常工作，逆变电路3为全桥逆变电路，用于通过开关管的开通和关断输出变频的交流电去驱动电机4，采样电路5由运放电路和电压跟随器构成，用于电机定子的三相电流进行采样，主控电路1、驱动电路2、逆变电路3、电机4以及采样电路5均采用现有已知的电路，在此不再赘述。
本发明的电机降噪方法为应用在主控电路1的应用程序，用于实现对电机驱动降噪。本发明还提供一种计算机装置，该计算机装置包括控制器，控制器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的电机降噪方法的步骤。本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述的电机降噪方法的步骤。
电机降噪方法实施例：
本发明的电机降噪方法为应用在主控电路1的应用程序，用于实现对电机驱动降噪。
参见图2，本发明的电机降噪方法在对电机驱动降噪时，首先执行步骤S1，获取电机定子的三相采样电流。为了便于对电机进行驱动电压控制，需要获取电机定子的三相采样电流，可通过三相采样电流获得进行驱动电压的调节，使得电机的控制更加精准。本实施例中，通过采样电路5获取电机定子的三相采样电流。
获得电机定子的三相采样电流后，执行步骤S2，对三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压。通过对三相采样电流进行矢量控制从而获得三相预调制电压，可具有良好的控制电机的性能。
本实施例中，对三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压的步骤包括：对三相采样电流进行克拉克变换(Clark Transformation)后再进行帕克变换(ParkTransformation)，获得D轴电流分量和Q轴电流分量；对D轴电流分量和Q轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量和Q轴电压分量；对D轴电压分量和Q轴电压分量进行反帕克变换后再进行反克拉克变换，获得三相预调制电压。
参见图3，获取到的三相采样电流为ia、ib、ic，对三相采样电流进行克拉克变换，克拉克变换公式为：
接着进行帕克变换，帕克变换公式为：
从而获得D轴电流分量id和Q轴电流分量iq，对三相采样电流进行克拉克变换和帕克变换为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。
获得D轴电流分量id和Q轴电流分量iq后，对D轴电流分量id和Q轴电流分量iq进行比例积分调节(即PI调节)，获得D轴电压分量uds和Q轴电压分量uqs。本实施例中，对D轴电流分量id和Q轴电流分量iq进行比例积分调节，获得D轴电压分量uds和Q轴电压分量uqs的步骤包括：获取D轴电流分量id对应的第一调节阈值
以及Q轴电流分量iq对应的第二调节阈值
根据第一调节阈值
对D轴电流分量id进行比例积分调节，获得D轴电压分量uds；根据第二调节阈值
对Q轴电流分量iq进行比例积分调节，获得Q轴电压分量uqs。根据阈值与输入值进行比例积分调节为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。
其中，获取D轴电流分量id对应的第一调节阈值
以及Q轴电流分量iq对应的第二调节阈值
的步骤包括：获取电机转速ω0以及转速调节阈值
根据转速调节阈值
对电机转速ω0进行比例积分调节，获得Q轴电流分量对应的第二调节阈值。本实施例中，将第一调节阈值
设置为0。
根据第一调节阈值
对D轴电流分量id进行比例积分调节获得D轴电压分量ud，根据第二调节阈值
对Q轴电流分量iq进行比例积分调节获得Q轴电压分量uq，接着，对D轴电压分量ud和Q轴电压分量uq进行反帕克变换，反帕克变换的公式为：
接着进行反克拉克变换，反克拉克变换的公式为：
从而获得三相预调制电压uas、ubs和ucs。
在获得三相预调制电压后，执行步骤S3，对三相采样电流进行谐波电流提取，对谐波电流进行谐波电压补偿控制，获得谐波补偿电压。本实施例中，对三相采样电流进行谐波电流提取的步骤还包括：利用预设陷波器对三相采样电流进行滤波，利用预设二阶广义积分器对滤波后的三相采样电流进行积分运算，获得谐波电流。
参见图4，由于电机定子电流中基波含量相对于谐波含量大，所以为了更加精确的提取出谐波电流，采用预设二阶广义积分器(second order generalized integrator，SOGI)以及由SOGI构建的陷波器级联进行谐波电流的提取。基于SOGI构建的陷波器的控制框图如图5所示，预设陷波器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v1(s)为预设陷波器的输出信号，vi1(s)为预设陷波器的输入信号。SOGI是通过降阶广义积分器进行级联来实现的，预设二阶广义积分器的控制框图如图6所示，预设二阶广义积分器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为基波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v2(s)为预设二阶广义积分器的输出信号，vi2(s)为预设二阶广义积分器的输入信号。通过联立预设陷波器的传递函数和预设二阶广义积分器的传递函数对三相采样电流为ia、ib、ic进行运算，可获得谐波电流
和
二阶广义积分器能够对特定频率的交流信号进行积分运算，使得输入信号在特定的频率处将会有无穷大的增益，能保证输出信号与输入信号之间无静差。需说明的是，本领域技术人员应当知晓，预设陷波器和预设二阶广义积分器均为软件模块。
获得谐波电流后，对谐波电流进行谐波电压补偿控制，获得谐波补偿电压。其中，对谐波电流进行谐波电压补偿控制的步骤包括：利用预设比例谐振控制器对谐波电流进行谐波电压补偿控制。
本实施例中，为了保证对谐波处的电压进行补偿，需要让输出的谐波处的谐波电流
和
无稳态误差地跟踪给定的谐波电流对应的预定电流阈值
和
预定电流阈值
和
均设置为0，这样才能更好地对谐波电流进行抑制。本实施例中采用的比例谐振控制器(即PR控制器)的控制框图如图7所示，比例谐振控制器的传递函数为：
其中，kp为比例增益，ki为谐波处的谐振增益，ωc为谐波处的谐振频率，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子。因此，谐波补偿电压由以下公式获得：
其中，
为谐波电流对应的预定电流阈值，
为谐波电流。需说明的是，本领域技术人员应当知晓，比例谐振控制器为软件模块。
在获得谐波补偿电压后，执行步骤S4，利用谐波补偿电压对预调制三相预调制电压进行补偿，获得三相调制电压。本实施例中，三相调制电压由以下公式获得：
其中，uas、ubs和ucs为三相预调制电压，
和
为谐波补偿电压。
获得三相调制电压后，执行步骤S5，根据三相调制电压驱动电机。通过对谐波电流进行抑制后三相调制电压，可减少驱动电机电压的噪声，从而提高对电机的控制性能。
计算机装置实施例：
本实施例的计算机装置包括控制器，控制器执行计算机程序时实现上述电机降噪方法实施例中的步骤。
例如，计算机程序可以被分割成一个或多个模块，一个或者多个模块被存储在存储器中，并由控制器执行，以完成本发明。一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在计算机装置中的执行过程。
计算机装置可包括，但不仅限于，控制器、存储器。本领域技术人员可以理解，计算机装置可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
例如，控制器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制器可以是微控制器或者该控制器也可以是任何常规的控制器等。控制器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，控制器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。例如，存储器可主要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、至少一个功能所需的应用程序(例如声音接收功能、声音转换成文字功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、文本数据等)等。此外，存储器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，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
计算机可读存储介质实施例：
上述实施例的计算机装置集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，实现上述电机降噪方法实施例中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被控制器执行时，可实现上述电机降噪方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
由上述可知，本发明的电机降噪方法通过利用电机定子的三相采样电流获得三相预调制电压，并对三相采样电流的谐波电流进行谐波电压补偿控制获得谐波补偿电压，从而利用谐波补偿电压对三相预调制电压进行补偿，降低三相预调制电压中的谐波量，从而达到降低电机驱动电压噪声的目的。本发明的电机降噪方法相对简单，缩短了DSP控制器的执行时间，提高了响应速度。采用本发明的电机降噪方法，不仅硬件电路简单，而且调节参数少，在谐波电流检测环节也不需要进行复杂的坐标变化，直接利用由二阶广义积分器构建的陷波器和二阶广义积分器进行级联构建的谐波电流提取模块，提取出三相定子电流中的谐波电流，而且补偿环节中的比例谐振控制器能够更好的实现零误差跟踪，简化了谐波电流提取的程序，同时实现零误差跟踪。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种电机降噪方法，其特征在于：包括：
获取电机定子的三相采样电流；
对所述三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压；
利用预设陷波器对所述三相采样电流进行滤波，利用预设二阶广义积分器对滤波后的三相采样电流进行积分运算，获得谐波电流，对所述谐波电流进行谐波电压补偿控制，获得谐波补偿电压；
利用所述谐波补偿电压对预调制三相预调制电压进行补偿，获得三相调制电压；
根据所述三相调制电压驱动电机。
2.根据权利要求1所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述对所述三相采样电流进行矢量控制，获得三相预调制电压的步骤包括：
对所述三相采样电流进行克拉克变换后再进行帕克变换，获得D轴电流分量和Q轴电流分量；
对所述D轴电流分量和所述Q轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量和Q轴电压分量；
对所述D轴电压分量和所述Q轴电压分量进行反帕克变换后再进行反克拉克变换，获得所述三相预调制电压。
3.根据权利要求2所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述对所述D轴电流分量和所述Q轴电流分量进行比例积分调节，获得D轴电压分量和Q轴电压分量的步骤包括：
获取所述D轴电流分量对应的第一调节阈值以及所述Q轴电流分量对应的第二调节阈值；
根据所述第一调节阈值对所述D轴电流分量进行比例积分调节，获得所述D轴电压分量；
根据所述第二调节阈值对所述Q轴电流分量进行比例积分调节，获得所述Q轴电压分量。
4.根据权利要求3所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述获取所述D轴电流分量对应的第一调节阈值以及所述Q轴电流分量对应的第二调节阈值的步骤包括：
获取电机转速以及转速调节阈值；
根据所述转速调节阈值对所述电机转速进行比例积分调节，获得所述Q轴电流分量对应的所述第二调节阈值。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述预设陷波器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v1(s)为预设陷波器的输出信号，vi1(s)为预设陷波器的输入信号。
6.根据权利要求1至4任一项所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述预设二阶广义积分器的传递函数为：
其中，k为比例增益，ω为基波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子，v2(s)为预设二阶广义积分器的输出信号，vi2(s)为预设二阶广义积分器的输入信号。
7.根据权利要求1至4任一项所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述对所述谐波电流进行谐波电压补偿控制的步骤包括：
利用预设比例谐振控制器对所述谐波电流进行谐波电压补偿控制。
8.根据权利要求7所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述预设比例谐振控制器的传递函数为：
其中，kp为比例增益，ki为谐波处的谐振增益，ωc为谐波处的谐振频率，ω为谐波处所对应的截止频率，s为拉普拉斯算子。
9.根据权利要求8所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述谐波补偿电压由以下公式获得：
10.根据权利要求9所述的电机降噪方法，其特征在于：
所述三相调制电压由以下公式获得：
11.一种计算机装置，包括处理器以及存储器，其特征在于：所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至10中任意一项所述的电机降噪方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被控制器执行时实现如权利要求1至10中任意一项所述的电机降噪方法的步骤。
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