CN111555665B

CN111555665B - 电机控制方法

Info

Publication number: CN111555665B
Application number: CN202010474093.7A
Authority: CN
Inventors: 程永亮; 蔡杰; 颜达勋; 陈艳; 谢春辉; 陈新兵; 徐福宇
Original assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Construction Heavy Industry Group Co Ltd; China Railway Construction Corp Ltd CRCC; China Railway Construction Corp International Ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2040-05-29
Also published as: CN111555665A

Abstract

本发明提供了一种电机控制方法，包括：获取实际转速和实际转矩；根据目标转速和实际转速拟合虚拟主轴转速；根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数；根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩；调节虚拟主轴至目标转矩。本发明提供的电机控制方法，将多个电机的运行拟合为虚拟主轴的运行，通过自适应系数调整虚拟主轴的目标转矩，实现了虚拟主轴运行的自适应调整，进而实现了电机根据自身负载和运行时间的变化而进行自适应调整，并且，通过电机转矩的平顺性处理，保证转矩在不牺牲控制响应速度的情况下平滑过渡，进一步提高了电机控制的稳定性。

Description

电机控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及到一种电机控制方法。

背景技术

相关技术中，多电机同步运行时，由于在电机运行过程中受扰动影响较大，现有的电机控制方法无法及时准确地在电机受到扰动时控制多电机平稳同步的运行，控制过程不稳定。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题。

为此，本发明提出了一种电机控制方法。

有鉴于此，本发明提供了一种电机控制方法，电机的数量为多个，多个电机具有相同的目标转速和空载转矩，电机控制方法包括：获取每个电机的实际转速和实际转矩；根据目标转速和每个电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩；根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数；根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩；调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

本发明提供的电机控制方法，首先获取每个电机的实际转速和实际转矩，然后根据每个电机的实际转速和目标转速进行拟合虚拟主轴的转速，同时，根据每个电机的实际转矩和空载转矩进行拟合虚拟主轴的转矩，从而将多电机的控制拟合为虚拟主轴的控制，进一步地，根据虚拟主轴的转速和目标转速确定虚拟主轴的转速偏差，然后通过转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数，进而通过自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩，最后调整虚拟主轴的转矩至目标转矩，从而实现了虚拟主轴转矩的自适应调整。本发明提供的电机控制方法，根据多个电机的空载转矩与实际转矩以及多个电机的目标转速和实际转速，将多个电机的运行拟合为虚拟主轴的运行，进一步地，通过自适应系数调整虚拟主轴的目标转矩，实现了虚拟主轴运行的自适应调整，进而实现了电机根据自身负载和运行时间的变化而进行自适应调整，提高了电机控制的稳定性。

另外，本发明提供的上述技术方案中的电机控制方法还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，调节虚拟主轴的转矩至目标转矩，具体包括；根据电机的类型和目标转矩确定虚拟主轴的转矩随运行时间变化的s形曲线函数；根据s形曲线函数，调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

在该技术方案中，通过电机的类型和虚拟主轴的目标转矩确定出虚拟主轴的转矩随运行时间变化的s形曲线函数，从而可以实现根据运行时间的逐渐推移，逐渐的改变虚拟主轴的转矩，进而实现了电机转矩变化过程的平稳过渡，根据速度变化率辅助判断调整曲线斜率和偏移，在全范围内防止转矩突变的情况下调整平顺效果，保证转矩在不牺牲控制响应速度的情况下平滑过渡，避免了在调节转矩时，由于调节量过大，导致转矩瞬间变化对电机的负载形成较大冲击，造成电机故障等严重后果，进一步地提高了电机控制方法的稳定性。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据目标转速和实际转速确定虚拟主轴的转速，具体包括：根据目标转速和每个电机的实际转速，确定每个电机的转速差；根据每个电机的转速差，确定每个电机的转速权重系数；根据第一预设公式和每个电机的转速权重系数确定虚拟主轴的转速；根据空载转矩和每个电机的实际转矩确定虚拟主轴的转矩，具体包括：根据空载转矩和每个电机的实际转矩，确定每个电机的转矩差；根据每个电机的转矩差，确定每个电机的转矩权重系数；根据第二预设公式和每个电机的转矩权重系数确定虚拟主轴的转矩。

在该技术方案中，拟合虚拟主轴的转速的过程为：首先，根据目标转速和每个电机的实际转速，计算每个电机的转速差，然后根据每个电机的转速差来确定每个电机的转速权重系数，具体地，根据电机的目标转速、负载量等实际参数，可设置多个不同的预设转速差范围，每个预设转速差范围对应一个转速权重系数，将计算得出的每个电机的转速差与预设转速差范围进行对比，确定每个电机对应的转速权重系数，最后根据第一预设公式和每个电机的转速权重系数，确定虚拟主轴的转速。

具体地，第一预设公式为：V₀＝V_s/k_s；

其中，V₀为虚拟主轴的转速，

V_i为每个电机的实际转速，k_i为每个电机的转速权重系数,i为大于或等于1的整数，i的不同值代表不同的电机。

进一步地，拟合虚拟主轴的转矩的过程为：首先，根据空载转矩和每个电机的实际转矩，计算每个电机的转矩差，然后根据每个电机的转矩差来确定每个电机的转矩权重系数，具体地，根据电机的空载转矩、负载量等实际参数，可设置多个不同的预设转矩差范围，每个预设转矩差范围对应一个转矩权重系数，将计算得出的每个电机的转矩差与预设转矩差范围进行对比，确定每个电机对应的转矩权重系数，最后根据第二预设公式和每个电机的转矩权重系数，确定虚拟主轴的转矩。

具体地，第二预设公式为：T₀＝T_a/l_a；

其中，T₀为虚拟主轴的转矩，

T_i为每个电机的实际转矩，l_i为每个电机的转矩权重系数，i为大于或等于1的整数，i的不同值代表不同的电机。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩之后，还包括：设置多个第一预设转速范围；设置多个第一预设转矩范围。

在该技术方案中，根据电机的型号、空载转矩等参数以及相关技术人员的实际经验，设置多个第一预设转速范围和多个第一预设转矩范围，每个第一预设转矩范围和第一预设转速范围的组合对应一个虚拟主轴的第一目标转矩，然后根据虚拟主轴的转速偏差所在的第一预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第一预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩，实现了虚拟主轴数据的模糊化，进而实现了对电机的模糊控制，在保证了对多电机同步控制过程的精度的同时，减少了控制过程中数学模型的建立和数据的计算，控制过程更加易于实现。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩，具体包括：根据自适应系数和第一预设转速范围，确定第二预设转速范围；根据自适应系数和第一预设转矩范围，确定第二预设转矩范围；根据转速偏差所在的第二预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第二预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩。

在该技术方案中，由于在电机运转过程中，电机负载要求和自身运行状态可能发生变化，也就是说电机目标转矩的确定方式可能随运行时间的变化而变化，因此，电机目标转矩的确定需要进行适应性调整，从而满足当前电机的运行状态，防止电机运行故障。通过自适应系数的确定，实现了将第一预设转速范围和第一预设转速范围调整为第二预设转速范围和第二预设转矩范围，进一步地，根据转速偏差所在的第二预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第二预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩，从而确定虚拟主轴的最终目标转矩，实现了虚拟主轴运行的自适应调整，进而实现了电机运行过程中根据自身负载和运行时间变化的自适应调整，提高了电机同步控制的稳定性。

在上述任一技术方案中，进一步的，根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数，具体包括：根据第三预设公式确定转速偏差的变化率；根据第四预设公式确定虚拟主轴转矩的变化率；根据第五预设公式确定自适应系数。

在该技术方案中，根据虚拟主轴的转速偏差和转矩，可以确定虚拟主轴的自适应系数，再根据虚拟主轴的自适应系数确定预第二设转速范围和第二预设转矩范围，从而实现了电机控制的自适应，进一步提高了电机控制方法的稳定性和通用性。

具体地，第三预设公式为：

第四预设公式为：

第五预设公式为：

其中，ΔV₀为虚拟主轴的转速偏差，ΔV₀′为转速偏差的变化率，T₀为虚拟主轴的转矩，T₀′为虚拟主轴转矩的变化率，t为运行时间，k_a为虚拟主轴的自适应系数，a和b为虚拟主轴自适应系数的权重系数，c为虚拟主轴自适应系数的偏移系数，a、b、c三个系数均可以根据电机的类型等参数和相关技术人员的实际经验来确定，e为自然常数。

在上述任一技术方案中，进一步地，电机控制方法还包括：根据第六预设公式，确定转速偏差的离散数字量；根据第七预设公式，确定虚拟主轴转矩的离散数字量；根据转速偏差的离散数字量和虚拟主轴转矩的离散数字量，确定虚拟主轴的目标转矩。

在该技术方案中，通过将虚拟主轴的转速偏差和虚拟主轴的转矩进行数字离散，从而将虚拟主轴的转速偏差和虚拟主轴的转矩组合转化为0-1之间的某个数字，进而将虚拟主轴转速偏差和虚拟主轴转矩两个量所组成的变量域映射到[0,1]区间的标准论域，[0,1]区间的标准论域内的每一个组合对应一个转矩值，转速偏差的离散数字量和虚拟主轴转矩的离散数字量所组成[0,1]区间的标准论域内的数字组合所对应的转矩值，即为虚拟主轴的目标转矩。实现了将目标转矩确定的通用化，即通过将转速偏差和转矩转化为离散数字量，再根据离散数字量的组合即可确定虚拟主轴的目标转矩，无需根据电机的型号的参数确定预设转速范围和预设转矩范围，进一步的简化了电机的控制过程，提高了电机控制方法的通用性。

具体地，第六预设公式为：

第七预设公式为：

其中，ΔV₀(u)为转速偏差的离散数字量，u_i为转速偏差所在的预设转速范围所对应的离散数字量系数，u_i可以根据电机的参数来确定，T₀(s)为虚拟主轴转矩的离散数字量，s_i为虚拟主轴转矩所在的预设转矩范围所对应的离散数字量系数，s_i可以根据电机的参数来确定，i为大于或等于1的整数，i的不同值代表不同的电机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明第一个实施例的电机控制方法的流程示意图；

图2示出了本发明第二个实施例的电机控制方法的流程示意图；

图3示出了本发明第三个实施例的电机控制方法的流程示意图；

图4示出了本发明第四个实施例的电机控制方法的流程示意图；

图5示出了本发明第五个实施例的电机控制方法的流程示意图；

图6示出了本发明一个实施例中的电机控制方法的拓扑示意图；

图7示出了本发明一个实施例中电机控制方法的控制过程框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图7描述根据本发明提供的一些实施例的电机控制方法。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种电机控制方法，电机的数量为多个，多个电机具有相同的目标转速和空载转矩，电机控制方法包括：

S102：获取每个电机的实际转速和实际转矩；

S104：根据目标转速和每个电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；

S106：根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；

S108：根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩；

S110:根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数；

S112:根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩；

S114：调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

本发明提供的电机控制方法，首先获取每个电机的实际转速和实际转矩，然后根据每个电机的实际转速和目标转速进行拟合虚拟主轴的转速，同时，根据每个电机的实际转矩和空载转矩进行拟合虚拟主轴的转矩，从而将多电机的控制拟合为虚拟主轴的控制，进一步地，根据虚拟主轴的转速和目标转速确定虚拟主轴的转速偏差，然后通过转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数，进而通过自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩，最后调整虚拟主轴的转矩至目标转矩，从而实现了虚拟主轴转矩的自适应调整。本发明提供的电机控制方法，根据多个电机的空载转矩与实际转矩以及多个电机的目标转速和实际转速，将多个电机的运行拟合为虚拟主轴的运行，进一步地通过自适应系数实现了虚拟主轴运行的自适应调整，进而实现了电机根据自身负载和运行时间的变化而进行自适应调整，提高了电机控制的稳定性。

实施例二

如图2所示，在上述实施例一的基础上，电机控制方法包括：

S202：获取每个电机的实际转速和实际转矩；

S204：根据目标转速和每个电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；

S206：根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；

S208：根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩；

S210:根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数；

S212:根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩；

S214：根据电机的类型和目标转矩确定虚拟主轴的转矩随运行时间变化的s形曲线函数；

S216：根据s形曲线函数，调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

在该实施例中，通过电机的类型和虚拟主轴的目标转矩确定出虚拟主轴的转矩随运行时间变化的s形曲线函数，从而可以实现根据运行时间的逐渐推移，逐渐的改变虚拟主轴的转矩，进而实现了电机转矩变化过程的平稳过渡，根据速度变化率辅助判断调整曲线斜率和偏移，在全范围内防止转矩突变的情况下调整平顺效果，保证转矩在不牺牲控制响应速度的情况下平滑过渡，避免了在调节转矩时，由于调节量过大，导致转矩瞬间变化对电机的负载形成较大冲击，造成电机故障等严重后果，进一步地提高了电机控制方法的稳定性。

进一步地，根据目标转速和实际转速确定虚拟主轴的转速，具体包括：根据目标转速和每个电机的实际转速，确定每个电机的转速差；根据每个电机的转速差，确定每个电机的转速权重系数；根据第一预设公式和每个电机的转速权重系数确定虚拟主轴的转速。

具体地，拟合虚拟主轴的转速的过程为：首先，根据目标转速和每个电机的实际转速，计算每个电机的转速差，然后根据每个电机的转速差来确定每个电机的转速权重系数，具体地，根据电机的目标转速、负载量等实际参数，可设置多个不同的预设转速差范围，每个预设转速差范围对应一个转速权重系数，将计算得出的每个电机的转速差与预设转速差范围进行对比，确定每个电机对应的转速权重系数，最后根据第一预设公式和每个电机的转速权重系数，确定虚拟主轴的转速。

具体地，第一预设公式为：V₀＝V_a/k_a；

其中，V₀为虚拟主轴的转速，

进一步地，根据空载转矩和每个电机的实际转矩确定虚拟主轴的转矩，具体包括：根据空载转矩和每个电机的实际转矩，确定每个电机的转矩差；根据每个电机的转矩差，确定每个电机的转矩权重系数；根据第二预设公式和每个电机的转矩权重系数确定虚拟主轴的转矩。

具体地，拟合虚拟主轴的转矩的过程为：首先，根据空载转矩和每个电机的实际转矩，计算每个电机的转矩差，然后根据每个电机的转矩差来确定每个电机的转矩权重系数，具体地，根据电机的空载转矩、负载量等实际参数，可设置多个不同的预设转矩差范围，每个预设转矩差范围对应一个转矩权重系数，将计算得出的每个电机的转矩差与预设转矩差范围进行对比，确定每个电机对应的转矩权重系数，最后根据第二预设公式和每个电机的转矩权重系数，确定虚拟主轴的转矩。

具体地，第二预设公式为：T₀＝T_a/l_a；

其中，T₀为虚拟主轴的转矩，

实施例三

如图3所示，在上述实施例的基础上，电机控制方法包括：

S302：获取每个电机的实际转速和实际转矩；

S304：根据目标转速和每个电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；

S306：根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；

S308：根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩；

S310：设置多个第一预设转速范围；

S312：设置多个第一预设转矩范围；

S314:根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的自适应系数；

S316:根据自适应系数和第一预设转速范围，确定第二预设转速范围；

S318根据自适应系数和第一预设转矩范围，确定第二预设转矩范围；

S320:根据转速偏差所在的第二预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第二预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩；

S322：调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

进一步地，根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩，具体包括：根据自适应系数和第一预设转速范围，确定第二预设转速范围；根据自适应系数和第一预设转矩范围，确定第二预设转矩范围；根据转速偏差所在的第二预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第二预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩。

具体地，由于在电机运转过程中，电机负载要求和自身运行状态可能发生变化，也就是说电机目标转矩的确定方式可能随运行时间的变化而变化，因此，电机目标转矩的确定需要进行适应性调整，从而满足当前电机的运行状态，防止电机运行故障。通过自适应系数的确定，实现了将第一预设转速范围和第一预设转速范围调整为第二预设转速范围和第二预设转矩范围，进一步地，根据转速偏差所在的第二预设转速范围和虚拟主轴的转矩所在的第二预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩，从而确定虚拟主轴的最终目标转矩，实现了虚拟主轴运行的自适应调整，进而实现了电机运行过程中根据自身负载和运行时间变化的自适应调整，提高了电机同步控制的稳定性。

实施例四

如图4所示，在上述实施例三的基础上，电机控制方法包括：

S402：获取每个电机的实际转速和实际转矩；

S404：根据目标转速和每个电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；

S406：根据虚拟主轴的转速与目标转速确定虚拟主轴的转速偏差；

S408：根据空载转矩和每个电机的实际转矩拟合虚拟主轴的转矩；

S410:根据第三预设公式确定转速偏差的变化率；

S412：根据第四预设公式确定虚拟主轴转矩的变化率；

S414根据第五预设公式确定自适应系数；

S416:根据自适应系数，确定虚拟主轴的目标转矩；

S418：调节虚拟主轴的转矩至目标转矩。

在该实施例中，根据虚拟主轴的转速偏差和转矩，可以确定虚拟主轴的自适应系数，再根据虚拟主轴的自适应系数确定预第二设转速范围和第二预设转矩范围，从而实现了电机控制的自适应，进一步提高了电机控制方法的稳定性和通用性。

具体地，第三预设公式为：

第四预设公式为：

第五预设公式为：

进一步地，根据转速偏差和虚拟主轴的转矩，确定虚拟主轴的第一目标转矩，还包括：根据第六预设公式，确定转速偏差的离散数字量；根据第七预设公式，确定虚拟主轴转矩的离散数字量；根据转速偏差的离散数字量和虚拟主轴转矩的离散数字量，确定虚拟主轴的目标转矩。

具体地，通过将虚拟主轴的转速偏差和虚拟主轴的转矩进行数字离散，从而将虚拟主轴的转速偏差和虚拟主轴的转矩组合转化为0-1之间的某个数字，进而将虚拟主轴转速偏差和虚拟主轴转矩两个量所组成的变量域映射到[0,1]区间的标准论域，[0,1]区间的标准论域内的每一个组合对应一个转矩值，转速偏差的离散数字量和虚拟主轴转矩的离散数字量所组成[0,1]区间的标准论域内的数字组合所对应的转矩值，即为虚拟主轴的第一目标转矩。实现了将目标转矩确定的通用化，即通过将转速偏差和转矩转化为离散数字量，再根据离散数字量的组合即可确定虚拟主轴的第一目标转矩，无需根据电机的型号的参数确定预设转速范围和预设转矩范围，进一步的简化了电机的控制过程，提高了电机控制方法的通用性。

具体地，第六预设公式为：

第七预设公式为：

实施例五

如图5、图6和图7所示，在具体实施例中，针对掘进机刀盘这类多机同步控制问题，本发明使用虚拟主轴算法，控制所有电机跟随虚拟主轴运行以实现快速同步。步骤如下：PLC接收给定速度以后，经过斜坡函数等一系列处理限制给定值的变化率；根据各电机转矩和速度进行分区处理加权，拟合虚拟主轴；以虚拟主轴的转矩为优先控制目标，引入模糊控制算法。模糊控制中对以转矩和虚拟主轴的转速偏差值建立法则，对转矩变化率和转速偏差变化率进行判断并调整模糊控制法则改善调节效果，对于刀盘的驱动链负载实现自适应；使用转矩平顺限制算法处理转矩给定，此算法通过判断转矩和速度的所在区间进行实时调节，对于输出转矩起到限幅平顺的作用，继而实现对各电机的同步转矩控制，快速平稳达到负载均衡；在转矩控制的同时进行速度限幅，防止从轴(各电机)飞车。具体操作步骤如下：

一、数据采集，驱动器(如变频器)采集电机的实际速度、实际转矩实时反馈数据，传入处理器。

二、获得速度给定

1、自外部接口(如上位机、电位器等)获得目标转速V_ref，传入处理器；

2、对于给定值变化率进行限制处理

加减速过程中，通过处理器斜坡函数发生器对给定速度进行斜坡处理，得到斜坡处理后的目标转速值V_ramp。速度增幅可视为S曲型斜坡，使用V_ramp＝k×arctan(V_ref)拟合，k为惯性系数，和刀盘惯量、摩擦系数、加减速设置有关。

速度运行到目标转速时，V_ramp＝V_ref。

三、拟合虚拟主轴速度、转矩

1、通过各反馈电机实际速度V_act与目标转速V_ref计算转速差ΔV,

ΔV＝|V_act-V_ref|。

2、速度加权均值计算

根据ΔV所在区间，设置各个电机的转速权重系数k_i。

根据第一预设公式计算速度加权均值，V₀＝V_s/k_s，其中

V₀是得到的速度加权均值，即为虚拟主轴的转速，V_i是每个电机的实际转速，V_s是速度加权总和，k_s是速度权重总和。

3、同理根据第二预设公式得到转矩加权均值T₀。

V₀为虚拟主轴的转速，T₀为虚拟主轴的转矩。

四、控制输出转矩

在虚拟主轴拟合完成后，使用反馈速度和经过处理的给定速度构建速度闭环，目的在于控制虚拟主轴转矩。

速度闭环控制的主体为模糊控制，这是一种结合专家经验和控制工程知识的控制方式，在刀盘负载波动变化迅速的情况下做到快速响应，根据虚拟主轴的特性反馈建立相应的控制机制，保证控制实时性。

1、计算模糊控制所用变量

在本发明中，测量值为虚拟主轴的转矩和速度，由测量可得转矩T₀和虚拟主轴转速偏差ΔV₀，即虚拟主轴的转速与目标转速的转速偏差。

虚拟主轴转速偏差ΔV₀由目标转速和虚拟主轴的实际转速算出：ΔV₀＝V₀-V_ref。

2、变量模糊化

建立模糊化方法，将测量值转为量值评价。

虚拟主轴的转矩T₀和转速偏差ΔV₀都分为PB(极正)、PM(中正)、PS(微正)、ZE(零点)、NS(微负)、NM(中负)、NB(极负)这7个等级，也就是设置7个预设转矩范围和7和预设转速范围，根据转速偏差所在的预设偏差范围和转矩所在的预设转矩范围，确定虚拟主轴的目标转矩，从而实现了根据虚拟主轴的转速偏差和转矩确定虚拟主轴的目标转矩。

进一步地，根据输入值范围每个等级有不同的数字定义，即每个等级都具有相应的离散数字量系数。将T₀、ΔV₀根据等级进行离散化，将变量域[a,b]，映射到[0,1]区间的标准论域。

根据第六预设公式计算虚拟主轴转速的离散数字量：

根据第七预设公式计算虚拟主轴转矩的离散数字量：

u_i、s_i为转矩、转速偏差的各等级所对应的离散数字量系数，经过计算后转为分区的离散数字量T₀(s)和ΔV₀(u)。

3、模糊法则建立

建立数据库，根据转矩和转速偏差情况来确认转矩调节的规则：

规则1：如果转矩值极大且转速偏差极大，大幅度减小转矩给定；

规则2：如果转矩值中等大而转速偏差轻微偏大，小幅度减小转矩给定；

规则3：如果转矩中等小而转速偏差为极度小，极小幅度增加转矩给定；

...

建立二维表，查表选取对应的目标转矩。

模糊法则对应的变量表达式为：

[T_Frccy(s，u)]＝F[K₁T₀(s),K₂ΔV₀(u)]。

4、模糊法则系数自适应

掘进机工作根据每段的负载情况，在不同范围的响应灵敏度需要调整，一套模糊控制法则的调整范围有限且不灵活，为了优化控制效果需增加模糊规则的调整。

根据经验，转矩变化率直接反应了掘进机驱动链的负载波动，转速偏差变化率反应了转矩控制过程中速度变化的平稳性，因此模糊法则由这两项为依据进行调整，在[0,1]的论域内引入自适应系数，自适应系数可以改变模糊控制的等级。

转速偏差变化率ΔV′₀，根据已经得到的转速偏差值，在变化率检测周期内根据第三预设公式算出：

转矩变化率T′₀由周期内转矩变化幅值根据第四预设公式算得：

根据这两个变量，建立二维表，查表得到自适应系数。ΔV′₀与T′₀越大，说明控制过程越不稳定，根据经验T′₀所占比重更大。自适应系数和这两个变量可用第五预设公式计算：

a、b为自适应系数的权重系数，根据空载测试的加速度和转矩变化率与实际计算值的差值成反比。c为偏移系数，和实际转矩与空载转矩的差值成正比，根据自适应系数调节预设转速范围和预设转矩范围，从而调整虚拟主轴目标转矩的确定。

加入自适应系数后，模糊变量法则调整为：

[T_Frccy(s，u)]＝F_T[K₁T₀(s),K₂ΔV₀(u)]+{ΔV′₀，T′₀}×k_a

k_a的引入在原有的模糊控制二维表上引起了偏移，每次需要经过带载测试并微调。

5、解模糊

得到T_Frccy(s，u)后解模糊，从标准论域重新映射到实际转矩的变化域，得到虚拟主轴的实际目标转矩。

6、转矩输出平顺性处理

目标转矩经过模糊控制器得到的值，是以离散化处理再进行分析的结果，该值可能产生瞬时突变，引起系统控制的震荡，因此需要在输出环节进行平顺性处理，在全范围内防止转矩突变的情况下调整平顺效果，保证转矩在不牺牲控制响应速度的情况下平滑过渡，保证转矩控制的平衡过渡。

调节后的虚拟主轴转矩给定值T′＝y(T，t),T为虚拟主轴的目标转矩。

y(T，t)为平顺性处理函数，即为虚拟主轴的转矩随时间变化的线性关系，在应用中，根据掘进机的类型可以选择不同的函数，目前对于转矩突变判断采取了分区处理，在小范围变动内使用斜坡函数，主体函数为s形曲线函数：

根据虚拟主轴的加速度值增加斜率调整，根据当前转矩范围设置偏移。

五、转矩给定和速度限幅

T′通过滤波等处理后作为各从轴的转矩给定。

对各从轴转矩控制的同时，需进行速度限幅。V_lim＝V_ref×k_vlim,k_vlim为速度限幅系数，与空载转矩曲线和T₀相关。空载转矩曲线由电机厂提供或电机空载测得。

本发明提供的电机控制方法，通过根据多个电机的空载转矩与实际转矩以及多个电机的目标速度和实际速度，将多个电机的运行拟合为虚拟主轴的运行，进而通过对虚拟主轴的控制实现了对多个电机的同步控制，相比于现有技术中的速度同步控制、主从轴控制等控制方式，本申请所提供的电机控制方法，控制过程更加稳定，控制精度更高。

本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电机控制方法，其特征在于，所述电机的数量为多个，多个所述电机具有相同的目标转速和空载转矩，所述电机控制方法包括：

获取每个所述电机的实际转速和实际转矩；

根据所述目标转速和每个所述电机的实际转速拟合虚拟主轴的转速；

根据所述虚拟主轴的转速与所述目标转速确定所述虚拟主轴的转速偏差；

根据所述空载转矩和每个所述电机的实际转矩拟合所述虚拟主轴的转矩；

根据所述转速偏差和所述虚拟主轴的转矩，确定所述虚拟主轴的自适应系数；

根据所述自适应系数，确定所述虚拟主轴的目标转矩；

调节所述虚拟主轴的转矩至所述目标转矩；

所述根据所述目标转速和所述实际转速拟合虚拟主轴的转速，具体包括：

根据所述目标转速和每个所述电机的实际转速，确定每个所述电机的转速差；

根据每个所述电机的转速差，确定每个所述电机的转速权重系数；

根据第一预设公式和每个所述电机的转速权重系数确定所述虚拟主轴的转速；

根据所述空载转矩和每个所述电机的实际转矩拟合所述虚拟主轴的转矩，具体包括：

根据所述空载转矩和每个所述电机的实际转矩，确定每个所述电机的转矩差；

根据每个所述电机的转矩差，确定每个所述电机的转矩权重系数；

根据第二预设公式和每个所述电机的转矩权重系数确定所述虚拟主轴的转矩；

所述根据所述转速偏差和所述虚拟主轴的转矩，确定所述虚拟主轴的自适应系数，具体包括：

根据第三预设公式确定所述转速偏差的变化率；

根据第四预设公式确定所述虚拟主轴转矩的变化率；

根据第五预设公式确定所述自适应系数；

所述第一预设公式为：V₀＝V_s/k_s；

其中，V₀为所述虚拟主轴的转速，

V_i为每个所述电机的实际转速，k_i为每个所述电机的转速权重系数,i为大于或等于1的整数；

所述第二预设公式为：T₀＝T_a/l_a；

其中，T₀为所述虚拟主轴的转矩，

T_i为每个所述电机的实际转矩，l_i为每个所述电机的转矩权重系数，i为大于或等于1的整数；

所述第三预设公式为：

所述第四预设公式为：

所述第五预设公式为：

其中，ΔV₀为所述虚拟主轴的转速偏差，ΔV₀′为所述转速偏差的变化率，T₀为所述虚拟主轴的转矩，T₀′为所述虚拟主轴转矩的变化率，t为运行时间，k_a为所述虚拟主轴的自适应系数，a和b为所述虚拟主轴自适应系数的权重系数，c为所述虚拟主轴自适应系数的偏移系数，e为自然常数。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述调节所述虚拟主轴的转矩至所述目标转矩，具体包括；

根据所述电机的类型和所述目标转矩确定所述虚拟主轴的转矩随运行时间变化的s形曲线函数；

根据所述s形曲线函数，调节所述虚拟主轴的转矩至所述目标转矩。

3.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述空载转矩和每个所述电机的实际转矩拟合所述虚拟主轴的转矩之后，还包括：

设置多个第一预设转速范围；

设置多个第一预设转矩范围。

4.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述自适应系数，确定所述虚拟主轴的目标转矩，具体包括：

根据所述自适应系数和所述第一预设转速范围，确定第二预设转速范围；

根据所述自适应系数和所述第一预设转矩范围，确定第二预设转矩范围；

根据所述转速偏差所在的所述第二预设转速范围和所述虚拟主轴的转矩所在的所述第二预设转矩范围，确定所述虚拟主轴的所述目标转矩。

5.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：

根据第六预设公式，确定所述转速偏差的离散数字量；

根据第七预设公式，确定所述虚拟主轴转矩的离散数字量；

根据所述转速偏差的离散数字量和所述虚拟主轴转矩的离散数字量，确定所述虚拟主轴的所述目标转矩；

所述第六预设公式为：

所述第七预设公式为：

其中，ΔV₀(u)为所述转速偏差的离散数字量，u_i为所述转速偏差所在的所述预设转速范围所对应的离散数字量系数，T₀(s)为所述虚拟主轴转矩的离散数字量，s_i为所述虚拟主轴转矩所在的所述预设转矩范围所对应的离散数字量系数，ΔV₀(i)表示所述虚拟主轴的转速偏差处于多个所述第一预设转速范围中的第i个，T₀(i)表示所述虚拟主轴的转矩处于多个所述第一预设转矩范围中的第i个，i为大于或等于1的整数。