CN112104285A - 电机极对数辨识方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电机极对数辨识方法及装置，通过给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁；根据给定电角度θ与机械角度变化值ω₁计算极对数P₁；给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；给定电机有效寻相条件，判断机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂是否满足有效寻相条件；若电机有效寻相，则电机有效回转至0度电角度，根据极对数P₁确定有效极对数。本申请增加极对数辨识与电机寻相的自检判断，操作方便，结果精准，易于用户使用。

Description

电机极对数辨识方法及装置

技术领域

本申请属于电机技术领域，尤其涉及一种电机极对数辨识方法及装置。

背景技术

在伺服电机的矢量控制方法中，电机的实时电角度是必须精准获取的变量，把驱动器寻找转子电角度0点的过程叫做寻相。而精准地计算实时电角度还需要获知电机的极对数，得到电机极对数后与读取编码器获得的机械角度相乘，获得的数值即是电角度，从而才能对电机进行精准控制。现有的电机极对数辨识方法主要分为两个方向。一种是通过开环控制电机固定频率运行，同时对交轴电流Iq进行FFT分析，用FFT结果中幅值最大的频率除以开环运行频率获得极对数；另一种是通过FOC控制转子电角度，通过电角度和机械角度的关系相除计算获得极对数。

例如申请号为201610841355.2的专利公开了一种电机极对数辨识控制方法，通过控制电机按照给定的运行频率f0下运行；利用傅立叶分析技术，对具有同电机转速及电机转子位置波动的输入信号的频谱分析，找出频谱中幅度最大对应的输入信号的基波频率f1；通过f1除以f0四舍五入取整的方法获取电机的极对数p。该方法虽然结果精准，但辨识过程需要让电机以固定频率稳定运行一段时间，对于限制电机运行距离的场合适用性较低；并且辨识过程中涉及到的FFT运算量较大，对控制芯片的要求变高。

例如申请号为201710711925.0的专利公开了一种电机极对数自学习方法和驱动器。通过磁场定向控制FOC将电机转子转至0度电角度位置；在0度电角度位置给定电机固定的电角度值，使电机转子在0度电角度位置按照固定的电角度值往复抖动；根据固定的电角度值和电机往复抖动的次数计算出电角度总量，根据每次往复抖动至固定的电角度值时编码器反馈的机械角度计算出机械角度总量；根据电角度总量和机械角度总量计算得出电机极对数。该方法虽然过程精简适用性高，但没有对控制精度不足的情况加以考虑增加极对数辨识错误的判断，而是通过大量数据平均求解以获得近似值。如果指令电流不足以拉动电机到给定的电角度，大量重复运转也不足以让电机获得正确的极对数，而且一个错误的极端数值会直接导致整体的平均结果出错，导致计算精度较差。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种电机极对数辨识方法及装置，通过在电机寻相的过程中对极对数的辨识结果和电机寻相的结果是否有效进行判定，提高了极对数有效辨识精度。

本申请提供了一种电机极对数辨识方法，包括：

s1：给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

s2：控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁，其中：θ≠0，ω₁≠0；

s3：根据所述给定电角度θ与所述机械角度变化值ω₁，利用公式P₁＝θ/ω₁计算极对数P₁；

s4:给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；

s5：若极对数P₁有效辨识，则执行以下步骤：

指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

给定电机有效寻相条件，判断所述机械角度变化值ω₁与所述机械角度变化值ω₂是否满足有效寻相条件；

若电机有效寻相，则电机有效回转至0度电角度，根据极对数P₁确定有效极对数；

s6：若极对数P₁无效辨识，则重复执行上述步骤s1-s4，直至极对数P₁满足有效辨识条件；若电机无效寻相，则重复执行上述步骤s1-s5，直至电机满足有效寻相条件。

优选的，给定极对数小数部分有效范围，确定为极对数有效辨识条件；若极对数P₁的小数部分满足给定的极对数小数部分有效范围，则判定为极对数P₁有效辨识。

优选的，给定极对数小数部分有效范围为(0,0.2]∪[0.8,1)。

优选的，给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁有效范围，确定为电机有效寻相条件；若机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂满足电机有效寻相条件，则判定为电机有效寻相。

优选的，给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁有效范围为(ω₂-ω₁)/ω₁≤0.1。

优选的，若电机有效寻相，将极对数P₁小数部分四舍五入取整数部分的极对数值确定为有效极对数。

本发明还提供了一种电机极对数辨识装置，采用所述的电机极对数辨识方法，包括电机寻相模块与极对数辨识模块；

所述电机寻相模块包括：

电机初寻相单元：用于给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

电机寻相控制单元：用于控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁；

电机寻相单元：用于给定指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

电机寻相判定单元：用于给定电机有效寻相条件，根据所述机械角度变化值ω₁与所述机械角度变化值ω₂判断是否满足有效寻相条件；

所述极对数辨识模块包括：

极对数计算单元：用于根据所述给定电角度θ与所述机械角度变化值ω₁计算极对数P₁；

极对数有效辨识判定单元：用于给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；

有效极对数计算单元：用于在电机有效寻相时，根据极对数P₁确定有效极对数。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果在于：

本申请针对通过FOC控制转子电角度，通过电角度和机械角度的关系相除计算获得极对数的传统的电机极对数辨识控制方法进行改进，提供了一种新的电机极对数辨识方法，通过控制电机寻相过程中电角度指令变换的同时读取机械角度，从而通过电角度和机械角度计算获得电机极对数；并在电机寻相的过程中对极对数的辨识结果和电机寻相的结果是否有效进行判定。与传统极对数辨识控制方法相比，本申请增加了极对数辨识判定与电机寻相有效判定的过程，给定极对数小数部分有效范围，确定为极对数有效辨识条件；给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差有效范围，确定为电机有效寻相条件。该方法不需要额外增加复杂的计算或其他控制环节，增加极对数辨识与电机寻相的自检判断，操作方便，结果精准，易于用户使用。同时本申请根据该电机极对数辨识方法，还设计了相应的极对数辨识装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的电机极对数辨识方法简略流程图；

图2为本申请的电机极对数辨识方法详细流程图；

图3为本申请的电机极对数辨识装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由于在传统电机极对数辨识控制方法中需要通过FOC控制转子电角度，通过电角度和机械角度的关系相除计算获得极对数的，通过大量数据平均求解以获得极对数近似值；但在指令电流不足以拉动电机到给定的电角度的情况，大重复运转也不足以让电机获得正确的极对数，导致计算精度较差。基于此，本申请对该辨识方法进行改进，使其不需要额外增加复杂的计算或其他控制环节，仅增加极对数辨识与电机寻相的自检判断，提高极对数有效辨识精度。具体为：

参考图1、图2所示，一种电机极对数辨识方法，包括以下步骤：

s1：给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

s2：控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁，其中：θ≠0，ω₁≠0；

s3：根据给定电角度θ与机械角度变化值ω₁，计算极对数P₁，即P₁＝θ/ω₁；

s4：给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件。本实施例通过给定极对数小数部分有效范围，确定为极对数有效辨识条件；若极对数P₁的小数部分满足该有效范围，则判定为极对数P₁有效辨识。

本实施例中设定了极对数小数部分有效范围为(0,0.2]∪[0.8,1)，当然实际设计中该极对数有效辨识条件和有效范围可以根据实际需要设定。

s5：若极对数P₁有效辨识，则执行以下步骤：

①指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

②给定电机有效寻相条件，判断机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂是否满足有效寻相条件。本实施例通过给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁的有效范围，确定为电机有效寻相条件；若机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂满足电机有效寻相条件，则判定为电机有效寻相。具体的，本实施例中设定了机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁有效范围为(ω₂-ω₁)/ω₁≤0.1。当然实际设计中该有效寻相条件和有效范围可以根据实际需要设定。

③若电机有效寻相，则电机有效回转至0度电角度，根据极对数P₁确定有效极对数。本实施例中若电机判定为有效寻相，将极对数P₁小数部分四舍五入取整数部分的极对数值确定为有效极对数。

s6：若极对数P₁无效辨识，则重复执行上述步骤s1-s4，直至极对数P₁满足有效辨识条件；若电机无效寻相，则重复执行上述步骤s1-s5，直至电机满足有效寻相条件。

因此，本申请的电机极对数辨识方法通过控制电机寻相过程中电角度指令变换的同时读取机械角度，从而通过电角度和机械角度计算获得电机极对数；并在电机寻相的过程中对极对数的辨识结果和电机寻相的结果是否有效进行判定。与传统极对数辨识控制方法相比，本申请增加了极对数辨识判定与电机寻相有效判定的过程，给定极对数小数部分有效范围，确定为极对数有效辨识条件；给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差有效范围，确定为电机有效寻相条件。该方法不需要额外增加复杂的计算或其他控制环节，增加极对数辨识与电机寻相的自检判断，操作方便，结果精准，易于用户使用。

同时本申请还提供了相应的电机极对数辨识装置，采用上述实施例提供的电机极对数辨识方法，参考图3所示，其包括电机寻相模块与极对数辨识模块；

电机寻相模块包括：

电机初寻相单元：用于给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

电机寻相控制单元：用于控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁；

电机寻相单元：用于给定指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

电机寻相判定单元：用于给定电机有效寻相条件，根据机械角度变化值ω₁与所述机械角度变化值ω₂判断是否满足有效寻相条件；

极对数辨识模块包括：

极对数计算单元：用于根据给定电角度θ与所述机械角度变化值ω₁计算极对数P₁；

极对数有效辨识判定单元：用于给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；

有效极对数计算单元：用于在电机有效寻相时，根据极对数P₁确定有效极对数。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非是对本申请作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本申请技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种电机极对数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

s2：控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁，其中：θ≠0，ω₁≠0；

s3：根据所述给定电角度θ与所述机械角度变化值ω₁，利用公式P₁＝θ/ω₁计算极对数P₁；

s4:给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；

s5：若极对数P₁有效辨识，则执行以下步骤：

指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

给定电机有效寻相条件，判断所述机械角度变化值ω₁与所述机械角度变化值ω₂是否满足有效寻相条件；

若电机有效寻相，则电机有效回转至0度电角度，根据极对数P₁确定有效极对数；

s6：若极对数P₁无效辨识，则重复执行上述步骤s1-s4，直至极对数P₁满足有效辨识条件；若电机无效寻相，则重复执行上述步骤s1-s5，直至电机满足有效寻相条件。

2.根据权利要求1所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，给定极对数小数部分有效范围，确定为极对数有效辨识条件；若极对数P₁的小数部分满足给定的极对数小数部分有效范围，则判定为极对数P₁有效辨识。

3.根据权利要求1所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁有效范围，确定为电机有效寻相条件；若机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂满足电机有效寻相条件，则判定为电机有效寻相。

4.根据权利要求2或3所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，若电机有效寻相，将极对数P₁小数部分四舍五入取整数部分的极对数值确定为有效极对数。

5.根据权利要求2所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，给定极对数小数部分有效范围为(0,0.2]∪[0.8,1)。

6.根据权利要求3所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，给定机械角度变化值ω₁与机械角度变化值ω₂的偏差(ω₂-ω₁)/ω₁有效范围为(ω₂-ω₁)/ω₁≤0.1。

7.一种电机极对数辨识装置，采用权利要求1-6任一项所述的电机极对数辨识方法，其特征在于，包括电机寻相模块与极对数辨识模块；

所述电机寻相模块包括：

电机初寻相单元：用于给定直轴电流i_d为额定电流，指令电角度为0度电角度，机械角度清零；

电机寻相控制单元：用于控制指令电角度，使电机转子运行至给定电角度θ处，记录机械角度变化值ω₁；

电机寻相单元：用于给定指令电角度为0度电角度，控制电机转子回转至0度电角度，记录机械角度变化值ω₂；

电机寻相判定单元：用于给定电机有效寻相条件，根据所述机械角度变化值ω₁与所述机械角度变化值ω₂判断是否满足有效寻相条件；

所述极对数辨识模块包括：

极对数计算单元：用于根据所述给定电角度θ与所述机械角度变化值ω₁计算极对数P₁；

极对数有效辨识判定单元：用于给定极对数有效辨识条件，判断极对数P₁是否满足给定的极对数有效辨识条件；

有效极对数计算单元：用于在电机有效寻相时，根据极对数P₁确定有效极对数。

Images