CN113346822B - 电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质 - Google Patents

电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质。其中,电机控制方法包括:根据母线电压和电压阈值的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,和/或根据母线电压和电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿;根据交轴电流的指令值和/或补偿后的转子位置角,控制电机的运行。通过本发明的技术方案,在电机减速制动过程中,限制交轴电流和/或进行转子位置角度补偿,进而将补偿的转子位置角度反馈到下一次闭环运行运算中去,实现整个自校准电机控制。

Description

电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质
技术领域
本发明涉及电机技术领域,具体而言,涉及一种电机控制方法、电机控制装置、电机系统及计算机可读存储介质。
背景技术
在电机控制中,经常采用的方法包括V/F(电压频率变换)控制、I/F(电流频率变换)控制、矢量控制、直接转矩控制。其中,V/F控制和I/F控制容易受到负载波动的影响,直接转矩控制下电机的谐波和脉动可能会比较大,矢量控制可以有效控制电机电流,且电机的稳态运行和动态响应均具有一定的优势,但是对电机电感、转子角度等输入参数敏感度较大。
电机一般采用变频器控制,将电网交流电整流成直流电,经过直流母线电容存储和转移能力,再经过逆变桥逆变为交流电压,实现交-直-交结构的电能转换;或采用电池供电,电池侧并联直流母线电容,经过逆变桥逆变为交流电压,实现直-交结构的电能转换。
在电机运行时,一般包括起动、稳态、制动等过程。在矢量控制减速过程中:在起动和稳态时,母线电容作为能量中介,会从电源侧吸收能量,向电机侧输出能量,实现动态平衡;而在减速制动时,通常需要将交轴电流给定为0或与电机转速反向,电机作为发电机运行,向母线输出能量,此时母线电压会持续升高。如母线侧没有制动单元或其他消耗能量的单位,或者不进行控制和保护,会容易造成母线电压过压而引起故障。
此外,在矢量控制中,电机的转子位置信息尤为关键,无论是采用位置传感器,还是无位置控制算法,都可能存在电机转子位置的偏差。在稳态运行时,电机转子角度偏差,会使得交直轴电流不能按照指令进行分配,从而使得电机的效率降低。在减速制动时,当用于计算的转子位置超前实际的转子位置时,直轴电会产生一部分与转速方向相反的交轴电流分量,从而使得即使交轴电流在等于0时,电机继续处于发电运行,母线电压继续升高,从而引发故障。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明的一个方面在于提出了一种电机控制方法。
本发明的另一个方面在于提出了一种电机控制装置。
本发明的再一个方面在于提出了一种电机系统。
本发明的又一个方面在于提出了一种计算机可读存储介质。
有鉴于此,根据本发明的一个方面,提出了一种电机控制方法,包括:根据母线电压和电压阈值的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,和/或根据母线电压和电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿;根据交轴电流的指令值和/或补偿后的转子位置角,控制电机的运行。
本发明提供的电机控制方法,在电机制动减速过程中,一方面,根据电压阈值与母线电压的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制方向,通过限制交轴电流的大小来限制电机的发电能量,此时电机不再对外发电,从而避免母线电压继续升高。另一方面,由于在电机转子位置超前的情况下,环路的直轴电流会产生一部分与转速方向相反的实际交轴电流分量,也会使母线电压会继续升高,因此根据母线电压与电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的正负极性,也就是补偿角度的超前或滞后关系,从而对转子位置角进行补偿,防止因为转子角度超前实际位置而导致的母线电压继续升高不受控的情况。通过本发明的技术方案,在电机减速制动过程中,限制交轴电流和/或进行转子位置角度补偿,进而将补偿的转子位置角度反馈到下一次闭环运行运算中去,实现整个自校准电机控制。
根据本发明的上述电机控制方法,还可以具有以下技术特征:
在上述技术方案中,根据母线电压和电压阈值的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负的步骤,具体包括:确定电压阈值大于母线电压,计算电压阈值与母线电压的差值,对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制,得到交轴电流的限制值;根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值。
在该技术方案中,电压阈值大于母线电压,此时电机还可以继续处于发电状态向母线电压输出能量,但需要控制输出能量的速率,因此对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制得到交轴电流的限制值,即交轴电流的限制值=kp1×(电压阈值-母线电压),其中kp1为比例系数。进一步地,根据电机转速判断限制值的正负,进而根据限制值限制交轴电流的指令值。
在上述任一技术方案中,根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值的步骤,具体包括:电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于负的限制值,确定交轴电流的指令值为负的限制值;电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值大于负的限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值大于限制值,确定交轴电流的指令值为限制值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值。
在该技术方案中,根据电机转速方向对交轴电流的指令值进行确定,当电机转速大于0时,交轴电流的指令值不得小于负的限制值,具体地,可在上一交轴电流的指令值小于或等于负的限制值时,将当前的交轴电流的指令值设定为负的限制值,而在大于负的限制值时,将上一交轴电流的指令值作为当前的交轴电流的指令值。当电机转速小于或等于0时,交轴电流的指令值不得大于限制值,具体地,可在上一交轴电流的指令值大于限制值时,将当前的交轴电流的指令值设定为限制值,在小于或等于限制值时,将上一交轴电流的指令值作为当前的交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中,可以将交轴电流的指令值最多限制到为0,在电机转子位置准确的情况下,此时电机不再对外发电,使得母线电压维持在电压阈值,不会继续升高。
需要说明的是,在一个控制周期内交轴电流的指令值可以经过多次处理(例如判断、限幅等处理),上一交轴电流的指令值指上一次处理后的交轴电流的指令值,在每个控制周期中均进行指令值确定的步骤。
在上述任一技术方案中,在根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值的步骤之前,还包括:对限制值进行限幅。
在该技术方案中,将限制值进行限幅,使其不得超过控制系统中的最大值(可由用户设定),获得限幅后的限制值。
在上述任一技术方案中,根据母线电压和电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:确定母线电压大于电压阈值,计算母线电压与电压阈值的差值,对母线电压与电压阈值的差值进行比例控制,得到电机的转子位置角的补偿角度;根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿。
在该技术方案中,在电机转子位置超前的情况下,环路的直轴电流会产生一部分与转速方向相反的实际交轴电流分量,此时母线电压会继续升高,超过电压阈值,因此在此情况下进行角度补偿计算,当母线电压超过电压阈值时,根据母线电压与电压阈值的差值,进行比例运算,获得补偿角度,即补偿角度=k2×(母线电压-电压阈值),其中k2为系数。当母线电压小于或等于电压阈值时,不需要补偿角度,将其设置为0。进一步地,根据电机转速确定补偿角度的正负极性,以对转子位置角进行补偿。
在上述任一技术方案中,根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:电机转速大于0,将转子位置角减去补偿角度以对转子位置角进行补偿;电机转速小于或等于0,将转子位置角加上补偿角度以对转子位置角进行补偿。
在该技术方案中,根据电机转速方向对补偿角进行符号判断,电机正转时,将转子位置角减去补偿角度以对转子位置角进行补偿;电机反转时,将转子位置角加上补偿角度以对转子位置角进行补偿。此时,若转子位置信息存在偏差错误,则通过角度补偿使电机从发电状态切换到电动状态或自然制动状态,由此限制母线电压不再升高。
在上述任一技术方案中,在根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿的步骤之前,还包括:对补偿角度进行限幅。
在该技术方案中,对补偿角度进行限幅,使其不得超过补偿角度的最大值,获得限幅后的补偿角度。
在上述任一技术方案中,根据交轴电流的指令值和补偿后的转子位置角,控制电机的运行的步骤,具体包括:获取直轴电流的指令值,并根据补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值;根据交轴电流的反馈值和交轴电流的指令值计算交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的反馈值和直轴电流的指令值计算直轴电压的指令值;根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
在该技术方案中,电机运行状态包括起动状态、稳态状态、制动减速状态,制动减速状态下,进行交轴电流的指令值的确定和/或转子位置角的补偿。具体包括以下三种情况:
第一,制动减速状态下进行了交轴电流的指令值的确定,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用三相电流进行变换获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值,以及利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
第二,制动减速状态下进行了转子位置角的补偿,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值、利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值以及利用转速指令值和转速反馈值获取交轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
第三,制动减速状态下进行了交轴电流的指令值的确定和转子位置角的补偿,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值、利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
在该技术方案中,使得电机能够在双闭环矢量控制下实现起动、稳态、制动的状态切换,保护电机在运行过程中不会发生母线过压故障,即使在电机转子位置信息不准确的情况下,也能够通过制动时的角度补偿,实现自校准,既能够保护控制器不过压,又能够提高电机稳态运行时的电机效率。
根据本发明的另一个方面,提出了一种电机控制装置,包括存储器,存储器用于存储计算机程序;处理器,处理器执行计算机程序时实现如上述任一技术方案的电机控制方法。
本发明提供的电机控制装置包括存储器和处理器,处理器能够实现如上述任一技术方案的电机控制方法,因此该电机控制装置包括上述任一技术方案的电机控制方法的全部有益效果。
根据本发明的再一个方面,提出了一种电机系统,包括:电机;如上述的电机控制装置,电机控制装置被配置为控制电机。
本发明提供的电机系统包括如上述技术方案的电机控制装置,因此该电机系统包括上述任一技术方案的电机控制装置的全部有益效果。
在一些技术方案中,电机系统还包括:电压检测装置,用于检测母线电压;转速检测装置,用于检测电机的转速。
根据本发明的又一个方面,提出了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的电机控制方法。
本发明提供的计算机可读存储介质,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的电机控制方法的步骤,因此该计算机可读存储介质包括上述任一技术方案的电机控制方法的全部有益效果。
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示出了本发明的第一个实施例的电机控制方法的流程示意图;
图2示出了本发明的第二个实施例的电机控制方法的流程示意图;
图3示出了本发明的第三个实施例的电机控制方法的流程示意图;
图4示出了本发明的第四个实施例的电机控制方法的流程示意图;
图5示出了本发明一个具体实施例的电机控制方法的示意图;
图6示出了本发明一个具体实施例的角度补偿前的电流三二变换方法的示意图;
图7示出了本发明一个具体实施例的电流控制方法的示意图;
图8示出了本发明一个具体实施例的电流控制方法的示意图;
图9示出了本发明一个具体实施例的角度补偿后的电流三二变换方法的示意图;
图10示出了本发明一个具体实施例的制动减速控制方法的示意图;
图11示出了本发明一个具体实施例的角度补偿控制方法的示意图。
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,本发明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限于下面公开的具体实施例的限制。
本发明第一方面的实施例,提出一种电机控制方法,通过以下实施例对该电机控制方法进行详细说明。
实施例一,图1示出了本发明的第一个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中,该方法包括:
步骤102,根据母线电压和电压阈值的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,和/或根据母线电压和电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿;
步骤104,根据交轴电流的指令值和/或补偿后的转子位置角,控制电机的运行。
本发明提供的电机控制方法,在电机制动减速过程中,一方面,根据电压阈值与母线电压的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制方向,通过限制交轴电流的大小来限制电机的发电能量,此时电机不再对外发电,从而避免母线电压继续升高。另一方面,由于在电机转子位置超前的情况下,环路的直轴电流会产生一部分与转速方向相反的实际交轴电流分量,也会使母线电压会继续升高,因此根据母线电压与电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的正负极性,也就是补偿角度的超前或滞后关系,从而对转子位置角进行补偿,防止因为转子角度超前实际位置而导致的母线电压继续升高不受控的情况。通过本发明的实施例,在电机减速制动过程中,限制交轴电流和/或进行转子位置角度补偿,进而将补偿的转子位置角度反馈到下一次闭环运行运算中去,实现整个自校准电机控制。
在上述实施例中,步骤102中,根据母线电压和电压阈值的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,具体包括:确定电压阈值大于母线电压,计算电压阈值与母线电压的差值,对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制,得到交轴电流的限制值;根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值。
在该实施例中,电压阈值大于母线电压,此时电机还可以继续处于发电状态向母线电压输出能量,但需要控制输出能量的速率,因此对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制得到交轴电流的限制值,即交轴电流的限制值=kp1×(电压阈值-母线电压),其中kp1为比例系数。进一步地,根据电机转速判断限制值的正负,进而根据限制值限制交轴电流的指令值。
在上述任一实施例中,根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值的步骤,具体包括:电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于负的限制值,确定交轴电流的指令值为负的限制值;电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值大于负的限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值大于限制值,确定交轴电流的指令值为限制值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值。
在该实施例中,根据电机转速方向对交轴电流的指令值进行确定,当电机转速大于0(第一转速阈值为0)时,交轴电流的指令值不得小于负的限制值,具体地,可在上一交轴电流的指令值小于或等于负的限制值时,将当前的交轴电流的指令值设定为负的限制值,而在大于负的限制值时,将上一交轴电流的指令值作为当前的交轴电流的指令值。当电机转速小于或等于0时,交轴电流的指令值不得大于限制值,具体地,可在上一交轴电流的指令值大于限制值时,将当前的交轴电流的指令值设定为限制值,在小于或等于限制值时,将上一交轴电流的指令值作为当前的交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中,可以将交轴电流的指令值最多限制到为0,在电机转子位置准确的情况下,此时电机不再对外发电,使得母线电压维持在电压阈值,不会继续升高。
需要说明的是,在一个控制周期内交轴电流的指令值可以经过多次处理(例如判断、限幅等处理),上一交轴电流的指令值指上一次处理后的交轴电流的指令值,在每个控制周期中均进行指令值确定的步骤。
在上述任一实施例中,步骤102中,根据母线电压和电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:确定母线电压大于电压阈值,计算母线电压与电压阈值的差值,对母线电压与电压阈值的差值进行比例控制,得到电机的转子位置角的补偿角度;根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿。
在该实施例中,在电机转子位置超前的情况下,环路的直轴电流会产生一部分与转速方向相反的实际交轴电流分量,此时母线电压会继续升高,超过电压阈值,因此在此情况下进行角度补偿计算,当母线电压超过电压阈值时,根据母线电压与电压阈值的差值,进行比例运算,获得补偿角度,即补偿角度=k2×(母线电压-电压阈值),其中k2为系数。当母线电压小于或等于电压阈值时,不需要补偿角度,将其设置为0。进一步地,根据电机转速确定补偿角度的正负极性,以对转子位置角进行补偿。
在上述任一实施例中,根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:电机转速大于0,将转子位置角减去补偿角度以对转子位置角进行补偿;电机转速小于或等于0,将转子位置角加上补偿角度以对转子位置角进行补偿。
在该实施例中,根据电机转速方向对补偿角进行符号判断,电机正转时,将转子位置角减去补偿角度以对转子位置角进行补偿;电机反转时,将转子位置角加上补偿角度以对转子位置角进行补偿。此时,若转子位置信息存在偏差错误,则通过角度补偿使电机从发电状态切换到电动状态或自然制动状态,由此限制母线电压不再升高。
实施例二,图2示出了本发明的第二个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中,该方法包括:
步骤202,确定电压阈值大于母线电压,计算电压阈值与母线电压的差值,对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制,得到交轴电流的限制值;
步骤204,对限制值进行限幅;
步骤206,根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值;
步骤208,根据交轴电流的指令值,控制电机的运行。
在该实施例中,将限制值进行限幅,使其不得超过控制系统中的最大值(可由用户设定),获得限幅后的限制值。
在该实施例中,步骤206,根据电机转速判断限制值的正负,并根据限制值限制交轴电流的指令值,具体包括:电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于负的限制值,确定交轴电流的指令值为负的限制值;电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值大于负的限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值大于限制值,确定交轴电流的指令值为限制值;电机转速小于或等于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于限制值,将上一交轴电流的指令值作为交轴电流的指令值。
实施例三,图3示出了本发明的第三个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中,该方法包括:
步骤302,确定母线电压大于电压阈值,计算母线电压与电压阈值的差值,对母线电压与电压阈值的差值进行比例控制,得到电机的转子位置角的补偿角度;
步骤304,对补偿角度进行限幅;
步骤306,根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿;
步骤308,根据补偿后的转子位置角,控制电机的运行。
在该实施例中,对补偿角度进行限幅,使其不得超过补偿角度的最大值,获得限幅后的补偿角度。
在该实施例中,步骤306,根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系,以对转子位置角进行补偿,具体包括:电机转速大于0,将转子位置角减去补偿角度以对转子位置角进行补偿;电机转速小于或等于0,将转子位置角加上补偿角度以对转子位置角进行补偿。
实施例四,图4示出了本发明的第四个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中,该方法包括:
步骤402,根据电压阈值与母线电压的差值限制电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,以及根据母线电压与电压阈值的差值计算电机的转子位置角的补偿角度,并根据电机转速确定补偿角度的超前或滞后关系以对转子位置角进行补偿;
步骤404,获取直轴电流的指令值,并根据补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值;
步骤406,根据交轴电流的反馈值和交轴电流的指令值计算交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的反馈值和直轴电流的指令值计算直轴电压的指令值;
步骤408,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
在该实施例中,电机运行状态包括起动状态、稳态状态、制动减速状态,制动减速状态下,进行交轴电流的指令值的确定和/或转子位置角的补偿。具体包括以下三种情况:
第一,制动减速状态下进行了交轴电流的指令值的确定,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用三相电流进行变换获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值,以及利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
第二,制动减速状态下进行了转子位置角的补偿,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值、利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值以及利用转速指令值和转速反馈值获取交轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
第三,制动减速状态下进行了交轴电流的指令值的确定和转子位置角的补偿,则在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,利用补偿后的转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值、利用系统输入或弱磁计算直轴电流的指令值,进而根据交轴电流的指令值、交轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压的指令值,以及根据直轴电流的指令值和直轴电流的反馈值进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压的指令值。进一步地,根据交轴电压的指令值和直轴电压的指令值,控制电机的运行。
在该实施例中,使得电机能够在双闭环矢量控制下实现起动、稳态、制动的状态切换,保护电机在运行过程中不会发生母线过压故障,即使在电机转子位置信息不准确的情况下,也能够通过制动时的角度补偿,实现自校准,既能够保护控制器不过压,又能够提高电机稳态运行时的电机效率。
在具体实施例中,如图5所示,电机控制方法主要包括电机参数采集、电机起动、稳态运行、减速制动、转子角度补偿。该电机控制方法采用速度环和电流环的双闭环矢量控制,在电机起动过程、稳态运行、减速制动中,保证电机能够有效动作。而在减速制动过程中,限制交轴电流指令值,并且进行角度补偿控制,将补偿的角度反馈到下一次闭环运行运算中,实现整个自校准电机控制方法。
首先,需要采集电机参数,用户输入的电机参数包括:相电阻、交直轴电感、电机磁链、反电势系数、电流限制、转速限制、功率限制等。在速度环和电流环的双闭环矢量控制中,电机的转子位置信息非常重要,可以通过位置传感器获得,或通过用户输入的电机参数与采样参数进行无位置算法计算得到。
双闭环矢量控制中,主要通过速度环和电流环计算出电压指令。在计算电压指令之前,需要获得电流指令和电流反馈。交轴电流的反馈值Iq_fdb和直轴电流的反馈值Id_fdb通过采样的三相电流进行如图6所示的三二变换所得(利用Clack变换将Ia、Ib、Ic变换为I_alpha、I_beta,再利用Park变换结合θ将I_alpha、I_beta变换为Id_fdb、Iq_fdb)。直轴电流的指令值Id_ref由系统输入或弱磁计算可得,而交轴电流的指令值Iq_ref则根据转速的指令ω_ref和转速的反馈ω_fdb进行速度环的运算所得。如图7所示,直轴电流的反馈值Id_fdb和直轴电流的指令值Id_ref,进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压指令Ud_ref。如图8所示,转速的指令ω_ref和转速的反馈ω_fdb进行速度环的运算,得到交轴电流的指令值Iq_ref,再输入交轴电流的反馈值Iq_fdb,进行电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交q轴电压指令Uq_ref。最后,进行SVPWM(空间矢量脉宽调制),进行电机控制。
在起动、稳态、制动过程中的基本控制方法就是上述的双闭环矢量控制方法。此外,在电机起动控制过程中,若系统包含位置传感器,则可依靠其角度直接起动,若为无位置算法,则可通过三段式控制方法进行起动。在稳态运行时,则通过速度环进行自调节,而在减速制动过程中,则需要根据母线电压的大小,来限制交轴电流的大小。
在电机减速制动过程中,用户提前输入希望母线电压Udc不超过的电压阈值Udc_brake,若Udc_brake–Udc>0,则计算得差值UdcErr1=Udc_brake–Udc;若Udc_brake–Udc≤0,则将差值清零,即差值UdcErr1=0。接着对计算出的差值UdcErr1进行比例控制,即P控制,交轴电流的限制值Iq_lim’=kp1×UdcErr1,kp1为比例系数,当差值UdcErr1小于零时,比例计算结果即为0。此后,对此限制值Iq_lim’进行限幅,使其不得超过控制系统中的最大值,获得限幅后的限制值Iq_lim;并将此时刻的交轴电流指令值Iq_ref(in)(也即上一交轴电流的指令值)与限幅后的限制值Iq_lim进行比较,以电机正转为例,最终的交轴电流指令值Iq_ref(out)不得小于-Iq_lim,以电机反转为例,最终的交轴电流指令值Iq_ref(out)不得大于Iq_lim。通过该减速制动控制方法,可以将最终的交轴电流指令值Iq_ref(out)最多限制到0,在电机转子位置准确的情况下电机不再对外发电,使得控制器母线电压维持在电压阈值Udc_brake,不会继续升高。
但在电机转子位置超前的情况下,环路的直轴电流会产生一部分与转速方向相反的实际交轴电流分量,此时母线电压Udc会继续升高,超过电压阈值Udc_brake,因此在此进行角度补偿计算,根据母线电压Udc和Udc_brake的差值,计算补偿角度的大小。若Udc–Udc_brake>0,则计算差值UdcErr2=Ud–Udc_brakec;若Udc–Udc_brake≤0,则计算的差值清零,即差值UdcErr2=0。接着对计算出的差值UdcErr2进行比例控制,即P控制,令△θ’=kp2×UdcErr2,kp1为比例系数,在母线电压未超过阈值电压时,补偿角度即为0。对角度补偿值△θ’=进行限幅,不得超过补偿角度的最大值,获得限幅后的角度补偿值△θ。再根据转速方向对角度补偿值△θ进行符号判断,电机正转时△θ=-△θ,电机反转时△θ=△θ。此时,若转子位置信息存在偏差错误,则通过角度补偿,使电机从发电状态切换到电动状态或自然制动状态,仍能够将母线电压限制不再升高,从而起到一定的容错保护功能。
在进行下一次起动、稳态、制动的工作循环时,将补偿值△θ补偿到矢量控制中用于计算的角度,即θ’=θ+△θ,用如图9所示的三二变换方法,得到交电流的反馈值Iq_fdb和直轴电流的反馈值Id_fdb(利用Clack变换将Ia、Ib、Ic变换为I_alpha、I_beta,再利用Park变换结合θ’=θ+△θ将I_alpha、I_beta变换为Id_fdb、Iq_fdb)。经过补偿之后,电机的转子角度更加准确,电机的稳态性能也得以提高。
采用本发明的电机控制方法,使得电机能够在双闭环矢量控制下实现起动、稳态、制动的状态切换,保护电机在运行过程中不会发生母线过压故障,即使在电机转子位置信息不准确的情况下,也能够通过制动时的角度补偿,实现自校准,既能够保护控制器不过压,又能够提高电机稳态运行时的电机效率。
具体实施例中提出的电机控制方法,在完成电机参数采集后,在电机起动过程、稳态运行、减速制动等过程中,采用速度环和电流环的双闭环矢量控制,在减速制动过程中,限制交轴电流,并且进行角度补偿控制,将补偿的角度反馈到下一次闭环运行运算中,该方法主要包括以下步骤:
步骤1:采集电机参数,用户输入的电机参数包括:相电阻、交直轴电感、电机磁链、反电势系数、电流限制、转速限制、功率限制等。
步骤2:电机起动控制,在电机控制过程中,电机控制需要的角度可以为位置传感器的角度位置,或为无位置控制算法计算出来的角度位置,若为位置传感器,则可依靠其角度直接起动,若为无位置算法,则可通过三段式控制方法进行起动。
步骤3:电机稳态运行,采用矢量控制方法,进行转速环和电流环双闭环控制,包括以下步骤:
(1)如图6所示,根据采样的三相电流,进行三二变换,得到交轴电流的反馈值Iq_fdb和直轴电流的反馈值Id_fdb。
(2)如图7所示,根据直轴电流的指令值Id_ref和直轴电流的反馈值Id_fdb,进行直轴电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得直轴电压指令值Ud_ref,其中直轴电流的指令值Id_ref可根据弱磁计算生成。
(3)如图8所示,根据转速的指令值ω_ref和转速的反馈值ω_fdb,进行速度环的运算,获得交轴电流的指令值Iq_ref;再根据交轴电流的指令值Iq_ref和交轴电流的反馈值Iq_fdb,进行交轴电流环的运算,再经过前馈解耦后,获得交轴电压指令值Uq_ref。
(4)根据得到的直轴电压指令值Ud_ref和交轴电压指令值Uq_ref,进行SVPWM调制,进行电机控制。
其中,该双闭环矢量控制方法,在起动、稳态、制动过程中都在使用。
步骤4:电机制动减速,用户输入希望母线电压Udc不超过的电压阈值Udc_brake,如图10所示,根据母线电压Udc和电压阈值Udc_brake的差值,限制交轴电流的指令值的大小,具体包括:
(1)若Udc_brake–Udc>0,则UdcErr1=Udc_brake–Udc;若Udc_brake–Udc≤0,则UdcErr1=0。
(2)对计算出的UdcErr1进行比例控制,即P控制,交轴电流的限制值Iq_lim’=kp1×UdcErr1。
(3)对P控制计算出的交轴电流的限制值Iq_lim’进行限幅,不得超过控制系统中的最大值,获得限幅后的交轴电流的限制值Iq_lim。
(4)将此时刻的交轴电流的指令值Iq_ref(in)与限幅后的交轴电流的限制值Iq_lim进行比较,以电机正转为例,交轴电流的指令值Iq_ref(out)不得小于-Iq_lim,以电机反转为例,交轴电流的指令值Iq_ref(out)不得大于Iq_lim。
通过该制动减速控制方法,可以将交轴电流的指令值Iq_ref(out)最多限制到0,在电机转子位置准确的情况下,此时电机不再对外发电,使得控制器母线电压Udc维持在电压阈值Udc_brake,不会继续升高。
步骤5:如图11所示,进行角度补偿计算,在母线电压超过阈值电压时,根据母线电压Udc和电压阈值Udc_brake的差值,计算补偿角度的大小,具体包括:
(1)若Udc–Udc_brake>0,则UdcErr2=Udc–Udc_brake;若Udc–Udc_brake≤0,则UdcErr2=0。
(2)对计算出的UdcErr2进行比例控制,即P控制,角度补偿值△θ’=kp2×UdcErr2。
(3)对P控制计算出的角度补偿值△θ’进行限幅,不得超过补偿角度的最大值,获得限幅后的角度补偿值△θ。
(4)根据转速方向对限幅后的角度补偿值△θ进行符号判断,电机正转时,△θ=-△θ,电机反转时,△θ=△θ。
若转子位置信息存在偏差错误,则通过角度补偿,改变电机的发电电动状态,仍能够将母线电压限制不再升高,从而起到一定的容错保护功能。
步骤6:将限幅后的角度补偿值△θ加到步骤2和步骤3的矢量控制中,用于计算角度,θ’=θ+△θ,如图9所示,进行三二变换,得到交轴电流的反馈值Iq_fdb和直轴电流的反馈值Id_fdb。
通过以上6个步骤,使得电机能够在双闭环矢量控制下实现起动、稳态、制动的状态切换,保护电机在运行过程中不会发生母线过压故障,即使在电机转子位置信息不准确的情况下,也能够通过制动时的角度补偿,实现自校准,既能够保护控制器不过压,又能够提高电机稳态运行时的电机效率。
本发明第二方面的实施例,提出了一种电机控制装置,包括存储器,存储器用于存储计算机程序;处理器,处理器执行计算机程序时实现如上述任一实施例的电机控制方法。
本发明提供的电机控制装置包括存储器和处理器,处理器能够实现如上述任一实施例的电机控制方法,因此该电机控制装置包括上述任一实施例的电机控制方法的全部有益效果。
本发明第三方面的实施例,提出了一种电机系统,包括:电机;如上述的电机控制装置,电机控制装置被配置为控制电机。
本发明提供的电机系统包括如上述实施例的电机控制装置,因此该电机系统包括上述任一实施例的电机控制装置的全部有益效果。
在一些实施例中,电机系统还包括:电压检测装置,用于检测母线电压;转速检测装置,用于检测电机的转速。
本发明第四方面的实施例,提出了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的电机控制方法。
本发明提供的计算机可读存储介质,计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的电机控制方法的步骤,因此该计算机可读存储介质包括上述任一实施例的电机控制方法的全部有益效果。
在本说明书的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,除非另有明确的规定和限定;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。
在本说明书的描述中,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。在本说明书中,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。
以上所述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 (9)

1.一种电机控制方法,其特征在于,包括:
根据母线电压和电压阈值的差值限制所述电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,根据所述交轴电流的指令值,控制所述电机的运行;或
根据母线电压和电压阈值的差值限制所述电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负,根据所述母线电压和所述电压阈值的差值计算所述电机的转子位置角的补偿角度,并根据所述电机转速确定所述补偿角度的超前或滞后关系以对所述转子位置角进行补偿,根据所述交轴电流的指令值和补偿后的所述转子位置角,控制所述电机的运行;
根据母线电压和电压阈值的差值限制所述电机的交轴电流的指令值,并根据电机转速判断限制的正负的步骤,具体包括:
确定所述电压阈值大于所述母线电压,计算所述电压阈值与所述母线电压的差值,对所述电压阈值与所述母线电压的差值进行比例控制,得到所述交轴电流的限制值;
根据所述电机转速判断所述限制值的正负,并根据所述限制值限制所述交轴电流的指令值;
根据所述电机转速判断所述限制值的正负,并根据所述限制值限制所述交轴电流的指令值的步骤,具体包括:
所述电机转速大于0,且上一交轴电流的指令值小于或等于负的所述限制值,确定所述交轴电流的指令值为负的所述限制值;
所述电机转速大于0,且所述上一交轴电流的指令值大于负的所述限制值,将所述上一交轴电流的指令值作为所述交轴电流的指令值;
所述电机转速小于或等于0,且所述上一交轴电流的指令值大于所述限制值,确定所述交轴电流的指令值为所述限制值;
所述电机转速小于或等于0,且所述上一交轴电流的指令值小于或等于所述限制值,将所述上一交轴电流的指令值作为所述交轴电流的指令值。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,在根据所述电机转速判断所述限制值的正负,并根据所述限制值限制所述交轴电流的指令值的步骤之前,还包括:
对所述限制值进行限幅。
3.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,根据所述母线电压和所述电压阈值的差值计算所述电机的转子位置角的补偿角度,并根据所述电机转速确定所述补偿角度的超前或滞后关系以对所述转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:
确定所述母线电压大于所述电压阈值,计算所述母线电压与所述电压阈值的差值,对所述母线电压与所述电压阈值的差值进行比例控制,得到所述电机的转子位置角的补偿角度;
根据所述电机转速确定所述补偿角度的超前或滞后关系,以对所述转子位置角进行补偿。
4.根据权利要求3所述的电机控制方法,其特征在于,根据所述电机转速确定所述补偿角度的超前或滞后关系,以对所述转子位置角进行补偿的步骤,具体包括:
所述电机转速大于0,将所述转子位置角减去所述补偿角度以对所述转子位置角进行补偿;
所述电机转速小于或等于0,将所述转子位置角加上所述补偿角度以对所述转子位置角进行补偿。
5.根据权利要求3所述的电机控制方法,其特征在于,在根据所述电机转速确定所述补偿角度的超前或滞后关系,以对所述转子位置角进行补偿的步骤之前,还包括:
对所述补偿角度进行限幅。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机控制方法,其特征在于,根据所述交轴电流的指令值和补偿后的所述转子位置角,控制所述电机的运行的步骤,具体包括:
获取直轴电流的指令值,并根据补偿后的所述转子位置角获取交轴电流的反馈值和直轴电流的反馈值;
根据所述交轴电流的反馈值和所述交轴电流的指令值计算交轴电压的指令值,以及根据所述直轴电流的反馈值和所述直轴电流的指令值计算直轴电压的指令值;
根据所述交轴电压的指令值和所述直轴电压的指令值,控制所述电机的运行。
7.一种电机控制装置,其特征在于,包括:
存储器,所述存储器用于存储计算机程序;
处理器,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的电机控制方法。
8.一种电机系统,其特征在于,包括:
电机;
如权利要求7所述的电机控制装置,所述电机控制装置被配置为控制所述电机的运行。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的电机控制方法。
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