CN112821836A - 一种电机控制方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种电机控制方法、装置及电子设备，该方法包括：在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。通过本发明实施例，可以在不更换编码器的情况下实现电机的容错运行，提升系统的容错率。

Description

一种电机控制方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种电机控制方法、装置及电子设备。
背景技术
现代电梯曳引主机多用永磁同步电机牵引轿厢运行，而矢量控制下的永磁同步电机非常依赖于转子位置的精确度，转子位置角一般由编码器反馈得到，精确的转子位置角反馈可以保证电机的高性能控制。
但当编码器发生角度偏移，例如，编码器发生丢脉冲或者机械角度偏移等现象，使反馈的位置角不准，将导致电流d轴与转子d轴产生一个角度差，会在电流上产生谐波，引起电流增大，角度差可能会持续累加，电机表现出电流持续增大，导致过流引发模块保护，电机急停。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种电机控制方法、装置及电子设备，以解决编码器发生角度偏移引起的转子位置角不准的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，包括：
在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
第二方面，本发明实施例提供了一种电机控制装置，包括：
反电势计算模块，用于在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
补偿量计算模块，用于根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
补偿执行模块，用于利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现如第一方面所述的电机控制方法步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的电机控制方法步骤。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过在电机处于稳态运行状态下，计算电机的d轴反电势；根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿，从而可以在不更换编码器的情况下实现电机的容错运行，提升系统的容错率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例提供的电机控制方法的一种流程示意图；
图2为用于实现本发明实施例提供的电机控制方法的电机控制电路结构示意图；
图3为用于实现本发明实施例提供的电机控制方法的反电势跟踪模块的电路结构示意图；
图4为现有技术在编码器发生角度偏移时的一种电流波形图；
图5为实现本发明实施例提供的电机控制方法后发生编码器角度偏移的一种电流波形图；
图6为本发明实施例提供的电机控制装置的模块组成示意图；
图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电机控制方法、装置及电子设备。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3所示，本发明实施例提供一种电机控制方法，该方法的执行主体可以为电机控制单元。该方法具体可以包括以下步骤：
步骤S101、在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势。
本发明实施例的电机可以为永磁同步电机(Permanent Magnet SynchronousMotor，PMSM)，如图2所示，采用磁场导向控制(Field-Oriented control，FOC)，即矢量控制进行电机控制。
在编码器反馈正常时，能精准反馈转子位置角度，在矢量控制下，电流d轴与转子的d轴重合，d轴反电势为0，但当编码器发生角度偏移时，相当于在精确的转子位置角度上加了一个偏移量，使编码器输出的反馈角度出现偏移，通入电机的电流d轴与转子d轴产生一个角度差，致使d轴上的反电势不为0。因此，可通过计算电机的d轴反电势来判断编码器是否出现了角度偏移。
可预先设置反电势跟踪模块实时计算d轴反电势。
步骤S102、根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量。
基于计算得到的d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量，例如，如图3所示的反电势跟踪模块，通过线性控制器(proportional integral，PI)闭环调节得到补偿量θcomp。
步骤S103、利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
将反电势跟踪模块得到的所述补偿量θcomp与编码器的反馈角度θr进行叠加，实现了对编码器角度偏移的容错控制。
图4为现有技术在编码器发生角度偏移时的一种电流波形图，如图4所示，在1s时，编码器发生角度偏移，且偏移角度持续增大，电流随之逐渐增大，最后导致过流引发模块保护。而在实现本申请实施例的电机控制方法后，如图5所示，在1s时，在编码器角度偏移过程中，电流始终保持平稳，电机处于容错运行状态。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过在电机处于稳态运行状态下，计算电机的d轴反电势；根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿，从而可以在不更换编码器的情况下实现电机的容错运行，提升系统的容错率。
基于上述实施例，进一步的，所述步骤S101包括：
在电机处于稳态运行状态下，根据电机的d轴和q轴电压、定子电阻、d轴和q轴电流、预设微分算子、转子角速度、以及d轴和q轴磁链，通过预设的公式计算电机的d轴反电势。
永磁同步电机的dq轴同步旋转坐标系中的电压方程为：
Figure BDA0002929873580000041
其中，ud和uq为dq轴电压，Rs为定子电阻，id和iq为dq轴电流，p为微分算子，ωr为转子角速度，ψd和ψq为dq轴磁链。
其中，dq轴定子磁链方程为：
Figure BDA0002929873580000042
在电机处于稳态运行状态时，id和iq不变，上述电压方程可简化为：
Figure BDA0002929873580000043
其中，ψf为转子永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感。
可知，当电机处于稳态运行时，d轴的反电势应为0，q轴的反电势为ωrψf，编码器反馈正常时，即能精准反馈转子位置角度，在矢量控制下，电流的d轴与转子的d轴重合，d轴反电势为0，但当编码器角度偏移时，相当于在精确的转子位置角上加了一个偏移量，通入电机的电流d轴与转子d轴产生一个角度差，致使d轴上的反电势不为0，即有：
ud-Rsid-ωrLqiq≠0
可见，用于计算d轴反电势的所述预设的公式包括：
Ed＝ud-Rsid-ωrLqiq
其中，Ed为d轴反电势，ud为d轴电压，Rs为定子电阻，id为电机的d轴电流，ωr为转子角速度，Lq为q轴电感，iq为电机的q轴电流。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过预设的公式计算电机的d轴反电势，从而能够对d轴反电势实现精确跟踪，实现在编码器发生角度偏移情况下电机的容错运行。
基于上述实施例，进一步的，在步骤S101之前，所述方法还包括：
根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态。
在开启d轴反电势跟踪前，需要判断电机是否处于稳态运行状态。在电机处于稳态运行状态时，电机的d轴和q轴电流稳定，速度环输入稳定，此时，可开启d轴反电势跟踪。如图2所示，预先设置稳态判断模块，用于监测电机的转子角速度ωr与预设角速度ωref之间的差值，在所述差值小于预设阈值时，判定电机处于稳态运行状态。此时，所述稳态判断模块可向反电势跟踪模块发送启动信号。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态，从而能够适时开启反电势跟踪，保持电机的稳定运行。
对应上述实施例提供的电机控制方法，基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种电机控制装置，图6为本发明实施例提供的电机控制装置的模块组成示意图，该电机控制装置用于执行图1至图5描述的电机控制方法，如图6所示，该电机控制装置包括：反电势计算模块601、补偿量计算模块602和补偿执行模块603。
所述反电势计算模块601用于在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；所述补偿量计算模块602用于根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；所述补偿执行模块603用于利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过在电机处于稳态运行状态下，计算电机的d轴反电势；根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿，从而可以在不更换编码器的情况下实现电机的容错运行，提升系统的容错率。
可选地，所述反电势计算模块，用于在电机处于稳态运行状态下，根据电机的d轴和q轴电压、定子电阻、d轴和q轴电流、预设微分算子、转子角速度、以及d轴和q轴磁链，通过预设的公式计算电机的d轴反电势。
可选的，所述预设的公式包括：
Ed＝ud-Rsid-ωrLqiq
其中，Ed为d轴反电势，ud为d轴电压，Rs为定子电阻，id为电机的d轴电流，ωr为转子角速度，Lq为q轴电感，iq为电机的q轴电流。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过预设的公式计算电机的d轴反电势，从而能够对d轴反电势实现精确跟踪，实现在编码器发生角度偏移情况下电机的容错运行。
可选的，所述反电势计算模块还用于，根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态，从而能够适时开启反电势跟踪，保持电机的稳定运行。
本发明实施例提供的电机控制装置能够实现上述电机控制方法对应的实施例中的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例提供的电机控制装置与本发明实施例提供的电机控制方法基于同一发明构思，因此该实施例的具体实施可以参见前述电机控制方法的实施，重复之处不再赘述。
对应上述实施例提供的电机控制方法，基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备用于执行上述的电机控制方法，图7为实现本发明各个实施例的一种电子设备的结构示意图，如图7所示。电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上的处理器701和存储器702，存储器702中可以存储有一个或一个以上存储应用程序或数据。其中，存储器702可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器702的应用程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对电子设备中的一系列计算机可执行指令。更进一步地，处理器701可以设置为与存储器702通信，在电子设备上执行存储器702中的一系列计算机可执行指令。电子设备还可以包括一个或一个以上电源703，一个或一个以上有线或无线网络接口704，一个或一个以上输入输出接口705，一个或一个以上键盘706。
具体在本实施例中，电子设备包括有处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现以下方法步骤：
在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下方法步骤：
在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，电子设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在电机处于稳态运行状态下，计算电机的d轴反电势，包括：
在电机处于稳态运行状态下，根据电机的d轴和q轴电压、定子电阻、d轴和q轴电流、预设微分算子、转子角速度、以及d轴和q轴磁链，通过预设的公式计算电机的d轴反电势。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的公式包括：
Ed＝ud-Rsid-ωrLqiq
其中，Ed为d轴反电势，ud为d轴电压，Rs为定子电阻，id为电机的d轴电流，ωr为转子角速度，Lq为q轴电感，iq为电机的q轴电流。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算电机的d轴反电势之前，所述方法还包括：
根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态。
5.一种电机控制装置，其特征在于，所述装置包括：
反电势计算模块，用于在电机处于稳态运行状态的情况下，计算电机的d轴反电势；
补偿量计算模块，用于根据所述d轴反电势，通过预设的闭环调节电路得到补偿量；
补偿执行模块，用于利用所述补偿量对编码器的反馈角度进行补偿。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述反电势计算模块，用于在电机处于稳态运行状态下，根据电机的d轴和q轴电压、定子电阻、d轴和q轴电流、预设微分算子、转子角速度、以及d轴和q轴磁链，通过预设的公式计算电机的d轴反电势。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设的公式包括：
Ed＝ud-Rsid-ωrLqiq
其中，Ed为d轴反电势，ud为d轴电压，Rs为定子电阻，id为电机的d轴电流，ωr为转子角速度，Lq为q轴电感，iq为电机的q轴电流。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述反电势计算模块还用于，根据转子角速度与预设角速度的差值，判断电机是否处于稳态运行状态。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现如权利要求1-4任一项所述的电机控制方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的电机控制方法步骤。
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CN114665776A (zh) * 2022-05-23 2022-06-24 深圳市杰美康机电有限公司 一种闭环步进电机动态解耦的控制方法、系统及存储介质

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