CN110912488B - 电机控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种电机控制方法和系统，属于自动控制技术领域。其中方法包括：第一控制器采集被控电机的第一类型参数，依据第一类型参数输出第一PWM波，以及，第二控制器采集被控电机的第二类型参数，依据第二类型参数输出第二PWM波；处理模块采样第一PWM波和第二PWM波的参数，得到目标差值，判断目标差值是否小于预设参考值；若目标差值小于预设参考值，则确定第一PWM波和第二PWM波均为可用PWM波，向被控电机发送可用PWM波；若目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向被控电机发送PWM波。本方案充分发挥了异构系统协同处理的能力，经过不同芯片以及不同算法计算后，可保证PWM波形计算过程的双余度且非相似性，提高电机控制的安全性和实时性。

Description

电机控制方法和系统
技术领域
本技术属于自动控制技术领域，尤其涉及一种电机控制方法和系统。
背景技术
电机控制技术被广泛应用于机载、车载等军用领域。然而，在电机工作过程中，许多因素都会对电机控制器的稳定性、安全性造成一定影响，主要包括外部的温度、湿度、静电场等，内部的软件算法等。例如在外部静电场的影响下，器件所带的静电可能超负荷，系统会出现电压、电流、信号等不稳定的现象。而静电放电过程可能对控制器中许多核心芯片造成一定的损害，使其功能失效。还有一些情况，电机控制器内部软件算法在实时运算过程中可能会出现不确定性故障，影响整个系统安全。
电机控制器的被控对象往往是系统的关键部件，不仅要实现实时性控制，还与整个系统安全性息息相关，这就要求电机控制器的设计在保证高性能的前提下，同时尽可能提高自身安全性。而电机控制器与被控电机的直接交互是PWM，因此更准确高效的输出PWM即为提升电机控制安全性与实时性的关键。
可见目前异构架构的控制器PWM都是主要由FPGA生成，且异构架构主要用于实现不同任务处理，并无双余度非相似计算，没有实现异构系统对安全性提高的优点。
可见，现有的针对异构架构的电机控制方案存在安全性和实时性较差的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机控制方法和系统，至少解决上述部分问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，应用于异构系统架构的电机控制系统，所述电机控制系统包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器和被控电机；所述方法包括：
第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
处理模块采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；
若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。
可选的，第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波的步骤，包括：
依据霍尔传感器的位置数据，输出所述第一PWM波。
可选的，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
依据所述被控电机的相电压参数，输出所述第二PWM波。
可选的，所述方法还包括：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长和/或低电平保持时长；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长差值和/或低电平保持时长差值，作为所述目标差值。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期与理论周期的差值，作为目标差值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电机控制系统，包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器、被控电机和处理模块；
第一控制器用于采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
处理模块用于采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；
若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。
可选的，所述处理模块还用于：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
可选的，所述处理模块还用于：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
上述本发明实施例提供的电机控制方法和系统，应用于异构系统架构的电机控制系统，所述电机控制系统包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器和被控电机；所述第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，所述第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；处理模块采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。本发明技术方案从多方面提高了电机控制器的安全性，一是充分发挥了异构系统协同处理的能力，经过不同芯片以及不同算法计算后，可保证PWM波形计算过程的双余度且非相似性。二是处理模块计算与比较不同PWM源后，可输出正确的PWM波或出现异常情况对电机保护。另外，处理模块并行处理的优势接管了并行输出PWM的功能，实现了与控制芯片的协同处理，提高了控制器的实时性和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的机控制方法所涉及的一种具体工作原理示意图。
具体实施方式
参见图1，为本实施例提供的电机控制方法的流程示意图。所述电机控制方法应用于异构系统架构的电机控制系统，所述电机控制系统包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器和被控电机。如图1所示，所述方法包括：
S101，第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
本实施例提供的电机控制方法，所应用的电机控制系统具有至少两个异构的控制器。
如图2所示，该控制器控制芯片A可以为TI公司的TMS570控制芯片，该芯片内含一个ARM处理器作为控制处理单元。控制芯片B可以为TI公司的TMS28335控制芯片，该芯片内含一个TI公司自研的C2000处理器作为控制处理单元。两款芯片可实现硬件上的双余度非相似计算，被控电机为无刷直流电机。
TMS570控制芯片运行电机控制算法A，该算法通过采集电机霍尔传感器的位置信息来判断当前电机状态，从而计算出PWM波A。
TMS28335运行电机控制算法B，该算法通过采集电机的相电流、相电压等状态信息来判断当前的电机的状态，转速，方向
从而计算出PWM波B，两种不同软件也实现了双余度非相似计算。通过软件与硬件同时双余度非相似计算，避免了软件和硬件存在共模故障的可能性。
S102，处理模块采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；
若所述目标差值小于预设参考值，则执行步骤S103，确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则执行步骤S104，停止向所述被控电机发送PWM波。
可选的，第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波的步骤，包括：
依据霍尔传感器的位置数据，输出所述第一PWM波。
可选的，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
依据所述被控电机的相电压参数，输出所述第二PWM波。
可选的，所述方法还包括：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长和/或低电平保持时长；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长差值和/或低电平保持时长差值，作为所述目标差值。
可选的，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期与理论周期的差值，作为目标差值。
当被控电机唯一时，PWM周期是固定的且占空比变化是连续的，在最理想情况同一时刻AB两路PWM波的占空比也相同，但实际运行过程中，电机的状态采集与算法计算的误差都会影响PWM的真实占空比，PWM波A与PWM波B总会存在偏差，因此，FPGA采用如下方法进行比较：
当PWM波A与PWM波B共同传送给FPGA后，FPGA开始采样，计算两路每个上升沿与下降沿之间的拍数。上升沿到下降沿的拍数记为Trise下降沿到上升沿的拍数记为Tfall，每两个上升沿或下降沿之间记为PWM周期T1，理论PWM周期设为T2，两路PWM可容忍的误差百分比为a％,两路PWM当满足以下条件时，则认为当前PWM占空比为正确占空比。具体计算公式可以为：
|PWMADS-PWMBDS|<n
或者，
|PWMATrise-PWMBTrise|<PWMT2*a％
|PWMATfall-PWMBTfall|<PWMT2*a％
|PWMAT1-PWMT2|<PWMT2*a％
|PWMBT1-PWMT2|<PWMT2*a％
当FPGA判断出此时PWM不满足正确条件或采集到电机异常状态，则向电机每个PWM通道输出高阻，实现电机保护。
当FPGA判断出此时PWM波满足条件且采集电机状态正常，为了提高系统实时性，FPGA采集电机的离散量状态、当前位置信息等进行PWM并行输出，以采集霍尔位置信息为例，FPGA采集霍尔传感器位置信息，通过判断当前电机位置，最终实现PWM并行输出，具体如下表所示：
表1FPGA实现并行PWM输出采集的位置信息
本发明控制芯片A与控制芯片B为不同架构和指令集芯片，通过不同算法，计算出各自PWM输出，可保证PWM波计算过程双余度且非相似性，避免了软件和硬件存在共模故障的可能性。
通过FPGA逻辑采样，计算出两路PWM波形的实际占空比，将两路PWM波形互相比较，可保证输出PWM波的正确性。
FPGA可跟据采集的电机状态信息，实现多路PWM控制的并行输出，可保证系统的实时性。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电机控制系统，包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器、被控电机和处理模块；
第一控制器用于采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；
处理模块用于采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；
若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。
可选的，所述处理模块还用于：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
可选的，所述处理模块还用于：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
上述本发明实施例提供的系统，应用于异构系统架构的电机控制系统，所述电机控制系统包括至少两个异构的第一控制器、第二控制器和被控电机；所述第一控制器采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数输出第一PWM波，以及，所述第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数输出第二PWM波；处理模块采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值；若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。本发明技术方案从多方面提高了电机控制器的安全性，一是充分发挥了异构系统协同处理的能力，经过不同芯片以及不同算法计算后，可保证PWM波形计算过程的双余度且非相似性。二是处理模块计算与比较不同PWM源后，可输出正确的PWM波或出现异常情况对电机保护。另外，处理模块并行处理的优势接管了并行输出PWM的功能，实现了与控制芯片的协同处理，提高了控制器的实时性和安全性。所述电机控制系统的具体实施过程可以参见上述电机控制方法的具体实施过程，在此不再一一赘述。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电机控制方法，其特征在于，应用于异构系统架构的电机控制系统，所述电机控制系统包括被控电机和至少两个异构的第一控制器、第二控制器；所述方法包括：
所述第一控制器运行电机控制算法A采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数中霍尔传感器的位置数据，判断当前电机状态，输出第一PWM波，
以及，所述第二控制器运行电机控制算法B采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数中所述被控电机的相电流、相电压的状态信息，判断当前的电机的转速和方向，输出第二PWM波；
处理模块采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值，所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数均包括占空比、高电平保持时长和/或低电平保持时长、当前周期中任意一种；
若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长和/或低电平保持时长；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波之间的高电平保持时长差值和/或低电平保持时长差值，作为所述目标差值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理模块采集所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值的步骤，包括：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期；
计算所述第一PWM波和所述第二PWM波的当前周期与理论周期的差值，作为目标差值。
6.一种电机控制系统，其特征在于，包括被控电机、处理模块、和至少两个异构的第一控制器、第二控制器；
第一控制器用于采集所述被控电机的第一类型参数，依据所述第一类型参数中霍尔传感器的位置数据输出第一PWM波，以及，第二控制器采集所述被控电机的第二类型参数，依据所述第二类型参数中所述被控电机的相电流、相电压的状态信息输出第二PWM波；
处理模块用于采样所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数，得到目标差值，判断所述目标差值是否小于预设参考值，所述第一PWM波和所述第二PWM波的参数均包括占空比、高电平保持时长和/或低电平保持时长、当前周期中任意一种；
若所述目标差值小于预设参考值，则确定所述第一PWM波和所述第二PWM波均为可用PWM波，向所述被控电机发送所述可用PWM波；
若所述目标差值大于或者等于预设参考值，则停止向所述被控电机发送PWM波。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块还用于：
采集所述被控电机的故障信息；
若所述采集的故障信息为预设类型的故障信息，不向所述被控电机输出PWM波，锁定所述被控电机处于保护模式。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理模块还用于：
获取所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比；
将所述第一PWM波和所述第二PWM波的占空比的绝对差值作为所述目标差值。
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