CN111130423A - 电机的驱动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机的驱动控制方法及装置，该驱动控制方法包括：获取逆变器输出电压设定值；根据电机电压控制器输出的电压指令和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值；根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；根据更新后的速度指令控制电机运行。本发明使得电机转速的控制增强了对电压波动的适应能力。

Description

电机的驱动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机的驱动控制方法及装置。

背景技术

电机(例如，无刷电机、永磁同步电机)工作时，需要控制器将直流电源通过逆变器转换为频率可控的交流电压，加载到电机的各相上，来实现对电机的转速调整。

现有的电机转速控制方案非常复杂，而且无法满足电机在各种电源电压条件下运行的性能，因此有必要提出一种新的转速控制方案，来满足电机驱动控制的更高要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机的驱动控制方法及装置，旨在增强电机转速的控制对电压波动变化的适应能力。

为实现上述目的，本发明提供一种电机的驱动控制方法，包括以下步骤：

获取逆变器输出电压设定值；

根据电机电压控制器输出指令中的电压值和逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值；

根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

根据更新后的速度指令，控制电机运行。

可选地，所述获取直流电源的输出电压的步骤包括：

采集直流电源的直流母线电压值；

根据所述直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率，计算获得逆变器输出电压设定值。

可选地，所述根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值的步骤包括：

根据所述计算的电压差值进行PID运算，获得速度修正值。

可选地，所述获取直流电源的输出电压的步骤之后还包括：

判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围；

当所述直流电源的输出电压超出额定电压范围时，执行所述根据所述直流电源的输入电压和采集的输出电压，计算获得电压差值的步骤；

当所述直流电源的输出电压未超出额定电压范围时，直接根据速度指令控制电机运行。

可选地，根据速度指令控制电机运行的步骤包括：

根据所述速度指令中的转速值，利用速度控制器进行运算，输出q轴电流；

利用电流控制器，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

利用电压控制器，根据所述电流控制器所输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

PWM控制器，根据电压控制器所输出的电压指令值，和采集的直流母线电压值，生成脉宽调制信号，来控制电机运行。

为实现上述目的，本发明技术方案还提供了一种电机的驱动控制装置，用于产生驱动信号并输出至逆变器，逆变器根据驱动信号对直流电源的输出电压进行变换，产生交流电信号，该交流电信号加载至所述电机上，来控制所述电机运行；所述装置包括：

电压采集模块，获取逆变器输出电压设定值；

电压差值计算模块，根据电压控制器输出的电压指令值和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

速度修正模块，根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值，以及根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

驱动控制模块，根据更新后的速度指令，控制电机运行。

可选地，所述电压采集模块具体用于：采集直流电源的直流母线电压值；根据所述直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率，计算获得逆变器输出电压设定值。

可选地，所述速度修正模块包括PID控制器，用于接收输入的电压差值，并根据该电压差值进行PID运算，获得速度修正值。

可选地，所述驱动控制装置还包括：

判断模块，判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围，是则将直流电源的输出电压发送至所述电压差值计算模块；否则将接收到的速度指令发送至所述驱动控制模块。

可选地，所述驱动控制模块包括：

速度控制器，根据速度指令中的转速值进行运算，产生q轴电流；

电流控制器，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

利用电压控制器，根据所述电流控制器所输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

PWM控制器，根据电压控制器所输出的电压指令值，和采集的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，输出至所述逆变器，来控制电机运行。

本发明技术方案中，通过采集直流电源的输出电压，并根据采集的输出电压对速度指令中的目标转速进行适应调整，从而使得电机转速的控制增强了对电压波动的适应能力，即使电源的额定电压位于额定电压范围的下限值以下，电机仍然运转。

附图说明

图1为本发明技术方案相关的电机控制的功能模块示意图；

图2为本发明一实施例的电机驱动方法的流程示意图；

图3为图2中步骤11的一实施例的流程示意图：

图4为本发明另一实施例的电机驱动方法的流程示意图；

图5为图2中步骤S15的一实施例的流程示意图；

图6为本发明技术方案中，根据速度指令驱动电机运行的功能模块示意图；

图7为本发明一实施例中电机驱动装置一实施例的功能模块，以及其与直流电源、逆变器之间的连接结构示意图；

图8为图7中驱动控制模块的一实施例的功能模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1示出了本发明一种电机的驱动控制系统的基本结构示意图。该电机的驱动控制系统包括直流电源101、逆变器102以及控制器。逆变器根据直流电源的输出电压进行变换，产生交流信号，并加载至电机的三相上。控制器用于产生PWM驱动信号，并加载于逆变器的各相的控制臂开关，以使得逆变器输出所需要的交流信号，驱动负载工作。

进一步地，控制器具体包括：速度调节模块103、电流控制器104、PWM控制器105以及转速采集模块106。其中，转速采集模块106利用电机上的位置传感器来采集电机运行过程中的转速，并将转速反馈至速度调节模块103。速度调节模块103用于接收速度指令，并根据速度指令中的转速以及转速采集模块反馈回的转速进行处理，输出q轴电流。电流控制器104接收采集并反馈回来的逆变器的输出电流，并根据q轴电流以及逆变器的输出电流，计算获得d轴电压和q轴电压，并产生d轴电压指令和q电压指令。PWM控制器105根据d轴电压和q轴电压，生成脉宽调制信号，来控制逆变器的各控制臂开关，从而输出变化的交流信号。

在上述驱动控制系统中，由于电机的电压控制指令，即上述d轴电压指令和q轴电压指令，通过PWM控制器105产生PWM驱动信号，来控制逆变器，而逆变器输出的最大线电压为直流母线输入电压，而该直流母线输入电压与电机的运转速度密切相关。两者之间具有近似线性的关系，即转速越高，所需的直流电压也越高。

一般在额定电压的一定范围内(例如额定电压的80％～120％)，电机可运行额定最大转速，当电源电压波动较大且低于该额定电压范围的下限值时，控制器将降低转速，以适应电源电压的变化，否则电机将失控故障而导致停机。而往往有些场合下电机必须保证持续运行，如此就需要根据电源电压波动情况来控制电机转速，以适应电源电压的变化，但是电源电压波动情况非常复杂，须考虑电压变动的幅度、频率或变化率等等，因为这些因素的不同都会对转速造成不同的影响。

对此，本发明实施例提出了一种电机的驱动控制方法。参照图2，该电机的驱动控制方法包括以下步骤：

S11，获取逆变器输出电压设定值；

一实施例中，可通过采样电阻与直流电源连接，来采集直流电源的输出电压，并根据该采集的输出电压，获得逆变器输出电压设定值。进一步地，在获得逆变器输出电压设定值后，还可以通过模数转换器ADC，将输出电压转换为数字电压Udc。

S12，根据电压控制器输出的电压指令值和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

本实施例中，电压控制指令中包括要控制的目标电压。在接收到电压控制器输出的电压控制指令后，获取电压控制指令中的目标电压，并根据该目标电压和步骤S11中获得的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值△U。

S13，根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值；

一实施例中，预设一电压差值与速度修正值的映射关系表，在获得电压差值△U后，根据预设的映射关系表，查询获得与电压差值△U对应的速度修正值。另一实施例中，该电压差值对应的速度修正值还可以通过预设计算公式来计算获得。

S14，根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

一实施例中，调取速度指令中的目标转速，并根据速度修正值对目标转速进行修正，获得修正后的转速，并生成携带修正后的转速的速度指令。

S15，根据更新后的速度指令，控制电机运行。

本发明技术方案中，通过获得逆变器输出电压设定值，并根据逆变器输出电压设定值和电压指令值对速度指令中的目标转速进行适应调整，从而使得电机转速的控制增强了对电压波动的适应能力，即使电源的额定电压位于额定电压范围的下限值，电机仍然运转。

进一步地，参照图3，上述步骤S11具体包括：

步骤S111，采集直流电源的直流母线电压值；

步骤S112，根据直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率，计算获得逆变器输出电压设定值。

上述采集后的直流母线电压值在进行步骤S112的计算之前，还包括将采集到的直流母线电压值进行模数转换，进一步还可进行滤波处理。然后根据直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率来计算获得直流电源的输出电压。该预设的电压比率为0-100％。

进一步地，上述步骤S13具体包括：根据所述计算的电压差值进行PID运算，获得速度修正值。具体地，在计算逆变器输出电压设定值与电压控制指令中目标电压的差值后，基于该差值计算比例部分P、积分部分I以及微分部分D，并将该三部分相加P+I+D后，输出速度修正值Δω。

进一步地，参照图4，上述步骤S11之后还包括以下步骤：

步骤S16，判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围；是则执行步骤S11，否则执行步骤S17；

步骤S17，直接根据速度指令控制电机运行。

电机电源具有一额定电压范围，例如额定电压的80％-120％范围内。在该额定电压范围内，电机仍然可以以最大转速运行。即使此时电压出现波动，该电机仍然可以运行，因此可以直接根据速度指令来控制电机运行。但是当电源电压波动较大且低于该额定电压范围的下限值时，电机将无法及时适应而造成停机，如此则需要根据直流电源的输出电压及时地调整电机转速，以适应电压的波动。

进一步地，具体参照图5，上述步骤S15具体包括：

步骤S151，根据所述速度指令中的转速值，利用速度控制器进行运算，输出q轴电流；

步骤S152，利用电流控制器，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

步骤S153，利用电压控制器，根据所述电流控制器输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

步骤S154，利用PWM控制器，根据电压控制器输出的电压指令值和采集的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，输出至逆变器，来控制电机运行。

具体地，结合参照图6，上述速度控制器根据速度指令中的转速值，进行PI运算，获得q轴电流。该电流控制器包括d轴电流控制器和q轴电流控制器，其中q轴电流控制器根据速度控制器输出的q轴电流以及采集反馈回来的q轴电流进行PI运算，获得q轴电压；d轴电流控制器根据设定的d轴电流和采集反馈回来的d轴电流进行PI运算，获得d轴电压。然后，利用电压控制器，根据所述电流控制器输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值，利用PWM控制器，根据电压控制器输出的电压指令值和采集的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，并输出至逆变器，来控制电机运行。

进一步地，本发明技术方案还提出了一种电机的驱动控制装置，用于产生驱动信号并输出至逆变器，逆变器根据驱动信号对直流电源的输出电压进行变换，产生交流电信号，该交流电信号加载至所述电机上，来控制所述电机运行。参照图7，该电机的驱动控制装置包括：

电压采集模块11，获取逆变器输出电压设定值；

电压差值计算模块12，根据电压控制器输出的电压指令值和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

速度修正模块13，根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值，以及根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

驱动控制模块14，根据更新后的速度指令，控制电机运行。

一实施例中，电压采集模块11可通过采样电阻与直流电源连接，来采集直流电源的输出电压，并根据该直流电源的输出电压获得逆变器输出电压设定值。进一步地，在获得逆变器输出电压设定值后，还可以通过模数转换器ADC，将输出电压转换为数字电压Udc。

本实施例中，电压差值计算模块12接收的电压控制指令中包括要控制的目标电压。在接收到电压控制器输出的电压控制指令后，电压差值计算模块12获取电压控制指令中的目标电压，并根据该目标电压和获得的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值△U。

一实施例中，预设一电压差值与速度修正值的映射关系表，速度修正模块13在获得电压差值△U后，根据预设的映射关系表，查询获得与电压差值△U对应的速度修正值。另一实施例中，速度修正模块13还可以通过预设计算公式来计算获得该电压差值对应的速度修正值。

一实施例中，速度修正模块13还调取速度指令中的目标转速，并根据速度修正值对目标转速进行修正，获得修正后的转速，并生成携带修正后的转速的速度指令。驱动控制模块14根据修正后的速度指令，控制电机运行。

本发明技术方案中，通过获得逆变器输出电压设定值，并根据逆变器输出电压设定值和电压指令值对速度指令中的目标转速进行适应调整，从而使得电机转速的控制增强了对电压波动的适应能力，即使电源的额定电压位于额定电压范围的下限值，电机仍然运转。

进一步地，电压采集模块11具体用于：采集直流电源的直流母线电压值；根据所述直流电源的直流电压值以及预设的电压比率，计算获得直流电源的输出电压。具体地，采集后的直流母线电压值在进行计算之前，还包括将采集到的直流母线电压值进行模数转换，进一步还可进行滤波处理。然后根据直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率来计算获得直流电源的输出电压。该预设的电压比率为0-100％。

进一步地，所述速度修正模块包括PID控制器，用于接收输入的电压差值，并根据该电压差值进行PID运算，获得速度修正值。具体地，在计算逆变器输出电压设定值与电压控制指令中目标电压的差值后，基于该差值计算比例部分P、积分部分I以及微分部分D，并将该三部分相加P+I+D后，输出速度修正值Δω。

进一步地，所述驱动控制装置还包括：

判断模块，判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围，是则将直流电源的输出电压发送至所述电压差值计算模块；否则将接收到的速度指令发送至所述驱动控制模块。

电机电源具有一额定电压范围，例如额定电压的80％-120％范围内。在该额定电压范围内，电机仍然可以以最大转速运行。即使此时电压出现波动，该电机仍然可以运行，因此可以直接根据速度指令来控制电机运行。但是当电源电压波动较大且低于该额定电压范围的下限值时，电机将无法及时适应而造成停机，如此则需要根据直流电源的输出电压及时地调整电机转速，以适应电压的波动。

进一步地，参照图8，上述驱动控制模块14包括：

速度控制器141，根据速度指令中的转速值进行运算，产生q轴电流；

电流控制器142，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

电压控制器143，根据所述电流控制器输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

PWM控制器144，根据所述电压控制器输出的电压指令值和采集到的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，输出至所述逆变器，来控制电机运行。

具体地，结合参照图5，上述速度控制器根据速度指令中的转速值，进行PI运算，获得q轴电流。该电流控制器包括d轴电流控制器和q轴电流控制器，其中q轴电流控制器根据速度控制器输出的q轴电流以及采集反馈回来的q轴电流进行PI运算，获得q轴电压；d轴电流控制器根据设定的d轴电流和采集反馈回来的d轴电流进行PI运算，获得d轴电压。然后，利用电压控制器，根据所述电流控制器输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值，利用PWM控制器，根据电压控制器输出的电压指令值和采集的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，并输出至逆变器，来控制电机运行。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例装置可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的装置。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电机的驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取逆变器输出电压设定值；

根据电机电压控制器的电压指令值和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值；

根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

根据更新后的速度指令，控制电机运行。

2.如权利要求1所述的电机的驱动控制方法，其特征在于，所述获取逆变器输出电压设定值的步骤包括：

采集直流电源的直流母线电压值；

根据所述直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率，计算获得逆变器输出电压设定值。

3.如权利要求2所述的电机的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值的步骤包括：

根据所述计算的电压差值进行PID运算，获得速度修正值。

4.如权利要求1所述的电机的驱动控制方法，其特征在于，所述获取直流电源的输出电压的步骤之后还包括：

判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围；

当所述直流电源的输出电压超出额定电压范围时，执行所述根据所述直流电源的输入电压和采集的输出电压，计算获得电压差值的步骤；

当所述直流电源的输出电压未超出额定电压范围时，直接根据速度指令控制电机运行。

5.如权利要求2-4中任一项所述的电机的驱动控制方法，其特征在于，根据速度指令控制电机运行的步骤包括：

根据所述速度指令中的转速值，利用速度控制器进行运算，输出q轴电流；

利用电流控制器，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

利用电压控制器，根据所述电流控制器所输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

利用PWM控制器，根据电压控制器所输出的电压指令值，和采集的直流母线电压值，生成逆变器的脉宽调制信号，来控制电机运行。

6.一种电机的驱动控制装置，其特征在于，用于产生驱动信号并输出至逆变器，逆变器根据驱动信号对直流电源的输出电压进行变换，产生交流电信号，该交流电信号加载至所述电机上，来控制所述电机运行；所述装置包括：

电压采集模块，获取逆变器输出电压设定值；

电压差值计算模块，根据电压控制器输出的电压指令值和获取的逆变器输出电压设定值，计算获得电压差值；

速度修正模块，根据所计算的电压差值，获得与所述电压差值对应的速度修正值，以及根据所述速度修正值，对接收到的速度指令进行更新；

驱动控制模块，根据更新后的速度指令，控制电机运行。

7.如权利要求6所述的电机的驱动控制装置，其特征在于，所述电压采集模块具体用于：采集直流电源的直流母线电压值；根据所述直流电源的直流母线电压值以及预设的电压比率，计算获得逆变器输出电压设定值。

8.如权利要求6所述的电机的驱动控制装置，其特征在于，所述速度修正模块包括PID控制器，用于接收输入的电压差值，并根据该电压差值进行PID运算，获得速度修正值。

9.如权利要求6所述的电机的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动控制装置还包括：

判断模块，判断直流电源的输出电压是否超出额定电压范围，是则将直流电源的输出电压发送至所述电压差值计算模块；否则将接收到的速度指令发送至所述驱动控制模块。

10.如权利要求7-9中任意一项所述的电机的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动控制模块包括：

速度控制器，根据速度指令中的转速值进行运算，产生q轴电流；

电流控制器，根据所述速度控制器输出的q轴电流，计算获得q轴电压，以及利用电流控制器，根据d轴电流计算获得d轴电压；

利用电压控制器，根据所述电流控制器所输出的d轴电压和q轴电压计算电机控制器的电压指令值；

PWM控制器，根据电压控制器所输出的电压指令值，和采集的直流母线电压值，生成对应的脉宽调制信号，输出至所述逆变器，来控制电机运行。

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