CN111049440A - 同步电机控制方法、装置、控制器、驱动装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及同步电机控制技术领域，公开了一种同步电机控制方法、装置、控制器、驱动装置及存储介质。该方法包括：获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与母线反馈电压的差值；对差值进行处理得到母线电压补偿系数；根据母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。本发明实施方式使得变频驱动器成本更低、使用寿命长、体积小且有利于环保。

Description

同步电机控制方法、装置、控制器、驱动装置及存储介质
技术领域
本发明涉及同步电机控制技术领域，特别涉及一种同步电机控制方法、装置、控制器、驱动装置及存储介质。
背景技术
在永磁同步电机的变频驱动器中，母线电容是主回路不可或缺的器件。目前，母线电容采用电解电容，电解电容的成本较高，而且随着时间的推移，它的寿命会逐渐减少。随着市场竞争的加剧，为了节约成本，选取的母线电容的寿命很短，使得变频驱动器的使用寿命也大大减少。另外，电解电容的生产会造成非常大的环境污染，而且损坏的电解电容的回收也面临着比较大的问题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种同步电机控制方法、装置、控制器、驱动装置及存储介质，使得同步电机变频驱动器成本更低、使用寿命长、体积小且有利于环保。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种同步电机控制方法，应用于变频驱动装置，包括：
获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与所述母线反馈电压的差值；
对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数；
根据所述母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；
根据所述转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。
本发明的实施方式还提供了一种同步电机控制装置，包括：
差值计算模块，用于获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与所述母线反馈电压的差值；
系数计算模块，用于对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数；
补偿值计算模块，用于根据所述母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；
控制模块，用于根据所述转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。
本发明的实施方式还提供了一种电机控制器，包括：存储器和处理器，存储器存储计算机程序，处理器运行所述计算机程序以实现如前所述的同步电机控制方法。
本发明的实施方式还提供了一种驱动装置，包括如前所述的电机控制器以及主回路；
所述主回路与所述电机控制器电性连接；
所述主回路的母线电容为薄膜电容。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行如前所述的同步电机控制方法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与母线反馈电压的差值，对该差值进行处理得到母线电压补偿系数，根据母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值，然后根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。在母线电容的容值较小时，母线电压波动较大，本发明实施方式通过软件控制方式得到转矩电流补偿值，并根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制，从而可以有效抑制母线电压波动造成的输出电流波动，使得同步电机可稳定工作，进而可使用薄膜电容等代替电解电容，使得变频驱动装置的成本更低、体积更小、使用寿命长且更有利于环保。
作为一个实施例，所述对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数，具体包括：
对所述差值进行第一比例积分；
对所述第一比例积分的结果进行限幅处理得到所述母线电压补偿系数。从而使得输出电压更稳定。
作为一个实施例，根据所述转矩电流补偿值进行所述同步电机的无速度矢量控制，具体包括：
计算得到参考转矩电流，并检测所述同步电机的转矩电流；
计算得到所述参考转矩电流与所述转矩电流补偿值之和，并减去检测的所述同步电机的转矩电流，得到补偿后的转矩电流；
对所述补偿后的转矩电流进行第二比例积分得到转矩电压；
计算得到所述同步电机的励磁电压；
对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换；
对变换后的电压进行空间矢量脉宽调制之后得到所述同步电机的输入电压。
作为一个实施例，在所述对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，还包括：
对所述转矩电压进行补偿。
作为一个实施例，在所述对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，还包括：
对所述励磁电压进行补偿。
作为一个实施例，还包括：
检测所述驱动装置的母线电容，确定所述母线电容的衰减值是否达到预设阈值，若所述衰减值达到预设阈值，则根据预设的所述母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系更新所述第一比例积分的参数。从而可进一步延长使用寿命。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的流程图；
图2是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的转矩电流补偿值的计算流程图；
图3是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的限幅处理示意图；
图4是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的无速度矢量控制示意图；
图5是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的励磁电压补偿示意图；
图6是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的转矩电压补偿示意图；
图7是根据本发明第一实施方式同步电机控制方法的驱动装置的结构示意图；
图8是根据本发明第二实施方式同步电机控制装置的结构示意图；
图9是根据本发明第三实施方式同步电机控制器的结构示意图。
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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种同步电机控制方法，应用于同步电机的变频驱动装置。如图1所，该方法包括步骤101至步骤104。
步骤101：获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与母线反馈电压的差值。
步骤102：对差值进行处理得到母线电压补偿系数。
步骤103：根据母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值。
具体而言，步骤102包括：对差值进行第一比例积分；对第一比例积分的结果进行限幅处理得到母线电压补偿系数。
下面结合图2对步骤101至步骤103进行详细说明。
如图2所示，预设母线电压，即给定母线电压Vdc_Ref,与获取的母线反馈电压Vdc_FB做差，从而得到母线反馈电压与预设母线电压的差值，然后对该差值进行第一比例积分，即进行PI运算，然后对第一比例积分的运算结果进行限幅处理，即可得到母线电压补偿系数。需要说明的是，第一比例积分运算的参数Kp以及Ki可以根据变频驱动装置的功率设置，此处不再赘述。
如图3所示，在对第一比例积分的运算结果进行限幅处理时，如果第一比例积分结果小于0，则限幅处理后输出0，如果第一比例积分结果大于1，则限幅处理后输出1，当第一比例积分结果大于0且小于1时，就输出第一比例积分结果。
步骤103根据母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值中，IqMax＝SQRT(IMax*IMax-Id*Id),其中，IqMax为转矩电流最大值，IMax为变频驱动装置的输入电流，也是变频驱动装置的额定电流，Id为检测到的励磁电流。IqMax可以通过对过滤过后的IMax以及Id的平方差求平方根计算得到，SQRT是求平方根运算。转矩电流补偿值为母线电压补偿系数与IqMax的乘积。
步骤104：根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。
具体而言，步骤104可以包括以下步骤：
a1.计算得到参考转矩电流，并检测同步电机的转矩电流；
a2.计算得到参考转矩电流与转矩电流补偿值之和，并减去检测的同步电机的转矩电流，得到补偿后的转矩电流；
a3.对补偿后的转矩电流进行第二比例积分得到转矩电压；
a4.计算得到同步电机的励磁电压；
a5.对转矩电压以及励磁电压进行2/3变换。
a6.对变换后的电压进行空间矢量脉宽调制之后得到同步电机的输入电压。
下面结合图4对步骤104进行详细说明。
速度的控制指令ω_Ref与速度估计器(Speed Estimate Calculator)估计的角速度(ω_estimate)做差后进行速度调节(即速度调节器进行比例积分PI运算，亦称SpeedRegulator)后，得到转矩参考电流(Iq_Ref)，Iq_Ref与Iq(检测得到转矩电流)呈现一定的比例关系，此时将通过母线电压调节器(亦称DC_bus Regulator)对母线电压进行调节得到的转矩电流补偿值(同步骤103中的转矩电流补偿值)与Iq_Ref相加后再减去Iq，然后通过Iq调节器(亦称IqRegulator)进行比例积分运算，得到转矩电压Vq。同步电机的励磁参考电流Id_Ref为0，Id_Ref与检测到的励磁电流Id做差后通过Id调节器(Id Regulator)进行比例积分运算得到励磁电压Vd。Vd,Vq与角度计算器(Angle calculator)估计的转子磁链定向的角度(Theta)进行2/3变换得到用于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse WidthModulation,SVPWM)计算的三相输入电压Va、Vb、Vc。该三相输入电压经过SVPWM运算，并添加相关的死区补偿后输出到电机上。其中，Id、Iq通过对电流采集器(Current Measure)采集的电机的输入电流以及Theta进行3/2变换后得到。
本发明实施方式将转矩电流补偿值补偿到速度环产生的Iq上面，就可以抵消由于母线电压波动而引起的转矩波动，使得转矩比较稳定地运行，同时母线电压不至于过压或者欠压。
在一些例子中，在对转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，还可以包括：对转矩电压进行补偿，对励磁电压进行补偿。
为了使电机在母线电压波动比较大的情况下稳定运行，需要对DQ坐标系下的Vd、Vq进行补偿。
如图5所示，Rs为定子的线电阻，Vdr_com是定子电阻的补偿电压，Idref是d轴电流的参考值，Idref为0，Vdlf_com是对电机漏感进行电压补偿的值。Vd_com是补偿后的励磁电压，Vd_com为Rs、Idref、Vdr_com三者的乘积减去Vdlf_com。
如图6所示，Vqr_com是定子电阻的补偿电压，Iqfilt是q轴滤波电流，Rs为定子的线电阻。Vq_com是补偿后的转矩电压，Vq_com为Rs、Iqfilt、Vqr_com三者的乘积。
将Vd_com以及Vq_com分别加到Vd,Vq上，从而对Vd,Vq进行补偿。
如图7所示，为应用本发明实施方式的75kW(千瓦)的变频驱动装置的主回路示意图。该主回路的母线电容可以采用薄膜电容，且薄膜电容的容值为170uf(微法)，而现有母线电容一般需采用容值为7000多uf的电解电容。发明人通过实际验证证明，该变频驱动装置在负载为50％以及满载时的输出电流和母线电压的波形都是比较正弦的，同步电机的转速也很稳定。
在一些例子中，该方法还可以包括：检测变频驱动装置的母线电容，确定母线电容的衰减值是否达到预设阈值，若衰减值达到预设阈值，则根据预设的母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系更新第一比例积分的参数。电容值的检测方式为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。这样，当薄膜电容的容值衰减较大时，比如衰减至原容值的70％时，可以根据预设的母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系调大第一比例积分的参数，从而通过在线调整使得电机持续稳定工作。其中，预设的母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系可以通过实际验证得到。
本发明实施方式与现有技术相比，通过软件控制方式得到转矩电流补偿值，并根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制，从而可以有效抑制母线电压波动造成的输出电流波动，使得同步电机稳定工作，进而可使用薄膜电容替代变频驱动装置主回路的电解电容，使得变频驱动装置的成本更低、体积更小、使用寿命长且更有利于环保。
本发明的第二实施方式涉及一种电机控制装置，请参阅图8，本实施方式的同步电机控制装置800包括：
差值计算模块801，用于获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与所述母线反馈电压的差值；
系数计算模块802，用于对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数；
补偿值计算模块803，用于根据所述母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；
控制模块804，用于根据所述转矩电流补偿值进行所述同步电机的无速度矢量控制。
可选地，系数计算模块802还用于对所述差值进行第一比例积分；对所述第一比例积分的结果进行限幅处理得到所述母线电压补偿系数。控制模块804还用于：
计算得到参考转矩电流，并检测所述同步电机的转矩电流；
计算得到所述参考转矩电流与所述转矩电流补偿值之和，并减去检测的所述同步电机的转矩电流，得到补偿后的转矩电流；对所述补偿后的转矩电流进行第二比例积分得到转矩电压；
计算得到所述同步电机的励磁电压；
对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换；
对变换后的电压进行空间矢量脉宽调制之后得到所述同步电机的输入电压。
进一步地，控制模块804还用于在所述对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，对所述转矩电压进行补偿，以及对所述励磁电压进行补偿。
优选地，该电机控制装置800还可以包括：
检测模块，用于检测所述变频驱动装置的母线电容；
系数调整模块，用于确定所述母线电容的衰减值是否达到预设阈值，若所述衰减值达到预设阈值，则根据预设的所述母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系更新所述第一比例积分的参数。
本发明实施方式与现有技术相比，电机控制装置800通过软件控制方式得到转矩电流补偿值，并根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制，从而可以有效抑制母线电压波动造成的输出电流波动，使得同步电机稳定工作，进而可使用薄膜电容替代变频驱动装置主回路的电解电容，使得变频驱动装置的成本更低、体积更小、使用寿命长且更有利于环保。
本发明的第三实施方式涉及一种电机控制器。如图9所示，该电机控制器包括：存储器902和处理器901；
其中，所述存储器902存储有可被所述至少一个处理器901执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器901执行以实现如第一实施方式所述的电机控制方法。
该电机控制器包括一个或多个处理器901以及存储器902，图9中以一个处理器901为例。处理器901、存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。存储器902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。处理器901通过运行存储在存储器902中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述电机控制方法。
存储器902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。此外，存储器902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。一个或者多个模块存储在存储器902中，当被一个或者多个处理器901执行时，执行上述任意方法实施方式中的电机控制方法。
上述设备可执行本发明实施方式所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施方式所提供的方法。
本发明实施方式与现有技术相比，通过软件控制方式得到转矩电流补偿值，并根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制，从而可以有效抑制母线电压波动造成的输出电流波动，使得同步电机稳定工作，进而可使用薄膜电容替代变频驱动装置主回路的电解电容，使得变频驱动装置的成本更低、体积更小、使用寿命长且更有利于环保。
本发明的第四实施方式涉及一种变频驱动装置，包括如第三实施方式所述的电机控制器以及主回路；主回路与电机控制器电性连接；主回路的母线电容为薄膜电容。
本发明实施方式与现有技术相比，通过软件控制方式得到转矩电流补偿值，并根据转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制，从而可以有效抑制母线电压波动造成的输出电流波动，使得同步电机稳定工作，进而可使用薄膜电容替代变频驱动装置主回路的电解电容，使得变频驱动装置的成本更低、体积更小、使用寿命长且更有利于环保。
本发明的第五实施方式涉及一种非易失性存储介质，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行上述部分或全部的方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种同步电机控制方法，其特征在于，应用于变频驱动装置，包括：
获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与所述母线反馈电压的差值；
对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数；
根据所述母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；
根据所述转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。
2.根据权利要求1所述的同步电机控制方法，其特征在于，所述对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数，具体包括：
对所述差值进行第一比例积分；
对所述第一比例积分的结果进行限幅处理得到所述母线电压补偿系数。
3.根据权利要求1所述的同步电机控制方法，其特征在于，根据所述转矩电流补偿值进行所述同步电机的无速度矢量控制，具体包括：
计算得到参考转矩电流，并检测所述同步电机的转矩电流；
计算得到所述参考转矩电流与所述转矩电流补偿值之和，并减去所述检测的所述同步电机的转矩电流，得到补偿后的转矩电流；
对所述补偿后的转矩电流进行第二比例积分得到转矩电压；
计算得到所述同步电机的励磁电压；
对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换；
对变换后的电压进行空间矢量脉宽调制之后得到所述同步电机的输入电压。
4.根据权利要求1所述的同步电机控制方法，其特征在于，在所述对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，还包括：
对所述转矩电压进行补偿。
5.根据权利要求1所述的同步电机控制方法，其特征在于，在所述对所述转矩电压以及励磁电压进行2/3变换之前，还包括：
对所述励磁电压进行补偿。
6.根据权利要求1所述的同步电机控制方法，其特征在于，还包括：
检测所述变频驱动装置的母线电容，确定所述母线电容的衰减值是否达到预设阈值，若所述衰减值达到预设阈值，则根据预设的所述母线电容的容值与第一比例积分参数的对应关系更新所述第一比例积分的参数。
7.一种同步电机控制装置，其特征在于，包括：
差值计算模块，用于获取母线反馈电压，并计算得到预设母线电压与所述母线反馈电压的差值；
系数计算模块，用于对所述差值进行处理得到母线电压补偿系数；
补偿值计算模块，用于根据所述母线电压补偿系数得到转矩电流补偿值；
控制模块，用于根据所述转矩电流补偿值进行同步电机的无速度矢量控制。
8.一种电机控制器，其特征在于，包括：存储器和处理器，存储器存储计算机程序，处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1至6中任一项所述的电机控制方法。
9.一种驱动装置，其特征在于，包括如权利要求8所述的电机控制器以及主回路；
所述主回路与所述电机控制器电性连接；
所述主回路的母线电容为薄膜电容。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行如权利要求1至6中任一项所述的同步电机控制方法。
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