CN113676096A - 一种电机控制方法、装置及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电机控制方法、装置及电机控制器，应用于电气控制技术领域，该方法在获取电机启动指令后，响应于电机启动指令，获取指定位置控制矢量，并按照指定位置控制矢量输出控制信号，使的电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置，由于本发明中提供的指定位置控制矢量是已知的，可以确保上电启动时将电机转子控制在目标位置矢量对应的确切位置，从而避免转子出现随机摆动，满足精确定位的应用要求。

Description

一种电机控制方法、装置及电机控制器

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，特别涉及一种电机控制方法、装置及电机控制器。

背景技术

在永磁同步电机或直流无刷电机的很多应用场景中，对电机转子位置有着精确的定位要求，不仅要求电机在运行过程中的位置能够跟随控制指令，而且还要求在电机上电启动时的起始位置是确定的，从而可以在该起始位置的基础上开始后续的运转控制。

现有技术对于永磁同步电机或直流无刷电机的控制大都基于SVPWM技术实现，由控制器输出SVPWM位置控制矢量，经驱动电路放大后得到相应的控制信号，进而控制电机运行。

然而，在实际应用中，控制器上电后会使能后级的驱动电路，在此过程中，驱动电路中用于输出控制信号的三路管腿将输出高电平，但是，由于三个管脚的电平抬升过程存在随机的相差，这三个具有随机相位差的高电平合成一个随机的位置控制信号，导致电机的转子出现随机的摆动，转子的初始位置是不确定的，无法满足精确定位的应用要求。

发明内容

本发明提供一种电机控制方法、装置及电机控制器，在上电后按照指定位置控制矢量输出控制信号，使电机转子运转至指定位置控制矢量对应的确定位置，避免转子出现随机摆动，从而满足精确定位的应用要求。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种电机控制方法，包括：

获取电机启动指令；

响应所述电机启动指令，获取指定位置控制矢量；

按照所述指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至所述指定位置控制矢量对应的位置。

可选的，所述获取指定位置控制矢量，包括：

判断是否为首次上电启动；

若是首次上电启动，获取初始位置控制矢量，并将所述初始位置控制矢量作为指定位置控制矢量；

若不是首次上电启动，获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，并将所述上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

可选的，所述获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，包括：

获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧；

提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

可选的，所述矢量数据帧还包括预设帧头关键字和预设帧尾关键字；

所述获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧，包括：

访问预设存储器的目标存储空间；

根据所述预设帧头关键字，在所述目标存储空间内获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧。

可选的，所述提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量，包括：

根据所述指定矢量数据帧的预设帧头关键字或预设帧尾关键字对所述指定矢量数据帧进行校验；

若所述指定矢量数据帧校验通过，提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

可选的，本发明第一方面提供的电机控制方法，还包括：在首次上电启动的情况下，擦除所述目标存储空间内的原始数据。

可选的，所述获取指定位置控制矢量，还包括：

获取预设位置控制矢量，并将所述预设位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

可选的，本发明第一方面提供的电机控制方法，还包括：

获取电机停机指令；

响应所述电机停机指令，存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量。

第二方面，本发明提供一种电机控制装置，包括：

第一获取单元，用于获取电机启动指令；

第二获取单元，用于响应所述电机启动指令，获取指定位置控制矢量；

控制单元，用于按照所述指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至所述指定位置控制矢量对应的位置。

第三方面，本发明提供一种电机控制器，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有适于所述处理器执行的程序，以实现本发明第一方面任一项所述的电机控制方法的步骤。

本发明提供的电机控制方法，响应于电机启动指令，获取指定位置控制矢量，并按照指定位置控制矢量输出控制信号，使的电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置，由于本发明中提供的指定位置控制矢量是已知的，可以确保上电启动时将电机转子控制在目标位置矢量对应的确切位置，从而避免转子出现随机摆动，满足精确定位的应用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种电机控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的再一种电机控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的一种电机控制装置的结构框图；

图5是本发明实施例提供的另一种电机控制装置的结构框图；

图6是本发明实施例提供的一种电机控制器的结构框图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明实施例提供的电机控制方法，可以应用于永磁同步电机或直流无刷电机的电机控制器，当然，也可以应用于其他具有类似控制需求的控制器之中。参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程图，本实施例提供的电机控制方法的流程，包括：

S100、获取电机启动指令。

在实际应用中，电机启动指令的来源可以有多种形式，可以是由操作人员手动触发启动开关后生成的特定电平，也可以是上位机或其他控制系统通过通信连接发送的控制指令，总之，现有技术中能够触发电机启动指令的控制方式都是可选的，均可以参照现有技术实现，本发明对于获取电机启动指令的具体方式不做限定。

S110、响应电机启动指令，获取指定位置控制矢量。

在得到电机启动指令后，即对该电机启动指令做出响应，获取指定位置控制矢量。需要强调说明的是，在本发明提供的电机控制方法中，指定位置控制矢量的来源可以有多个，但无论采用何种方式得到指定位置控制矢量，最为关键的是，指定位置控制矢量的具体信息是已知的，相应的，指定位置控制矢量所表征的电机转子位置也是已知的、确定的，这是本申请提供的电机控制方法能够解决前述技术问题的关键。

对于获取指定位置控制矢量的具体实现方式，将在后续内容中展开，此处暂不详述。

S120、按照指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置。

得到指定位置控制矢量之后，即按照指定位置控制矢量输出控制信号至电机，使得电机运转至该指定位置控制矢量表征的位置处，而并非运转至一个随机的、不可控的位置控制矢量对应的位置。

综上所述，本发明实施例提供的电机控制方法，在获得电机启动指令后，控制电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置处，由于本发明中提供的指定位置控制矢量是已知的，可以确保上电启动时将电机转子控制在目标位置矢量对应的确切位置，从而避免转子出现随机摆动，满足精确定位的应用要求。

可选的，考虑到在永磁同步电机或直流无刷电机的绝大部分应用场景中，电机所驱动的机械装置的起始位置都是上一控制周期结束时的位置，基于此，可以基于相邻控制周期之间的位置控制矢量对电机转子的位置进行控制，参见图2，在图1所示实施例的基础上，本实施例给出一种获取指定位置控制矢量的可选实现方式，具体的，

S1101、响应电机启动指令，判断是否为首次上电启动，若是，执行S1102，若否，执行S1103。

执行本发明实施例提供的电机控制方法的控制器判断自身是否为首次上电启动，如果是首次上电启动，则执行S1102；相反的，如果不是首次上电启动，则执行S1103。

可以想到的是，是否为首次上电启动的判断，主要目的还在于确定是否存在历史位置定位矢量可以使用，如果是首次上电启动，自然是没有历史位置定位矢量可以使用的。至于是否首次上电启动的具体判断方法，可以依据现有技术实现，本发明对此不做具体的限定。

可选的，考虑到实际应用中控制器的种类和规格很多，为了确保如果判定是首次上电启动，还可以将

S1102、获取初始位置控制矢量，并将初始位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

如果判定控制器为首次上电启动，没有历史位置定位矢量可以使用，本发明提供初始位置控制矢量，将初始位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

需要说明的是，对于初始位置控制矢量应结合具体的应用场景中对于电机转子位置的具体要求设置，确保电机在首次启动时能够转动至符合实际应用需求的位置处，本发明对于初始位置控制矢量的具体内容不做限定，只要是确定的、已知的位置控制矢量即可。

S1103、获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，并将上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

如果经过判断，确定当前控制周期不是首次上电启动，则将上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

可选的，在实际应用中，本方法通过矢量数据帧的形式存储位置控制矢量，矢量数据帧由预设帧头关键字、位置控制矢量和预设帧尾关键字构成，其中，预设帧头关键字主要用于矢量数据帧的筛选，以及矢量数据帧的完整性校验。并且，为了便于控制过程的执行和管理，本发明实施例还将各个控制周期最后一个位置控制矢量存储于预设存储器的目标存储空间内，比如，在预设存储器选用Flash存储器实现的情况下，可以将Flash存储器的最后一页作为目标存储空间。

进一步的，考虑到实际应用中使用的预设存储器的种类、生产厂家很多，为了确保本发明实施例提供的电机控制方法能够顺利的执行，在判定当前控制周期为首次上电启动的情况下，还需要将预设存储器的目标存储空间内的原始数据擦除，即将目标存储空间专门用于存储矢量数据帧。

基于上述内容，在执行本步骤时，由于位置控制矢量是以矢量数据帧的形式存储的，因此首先需要获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到相应的指定矢量数据帧，具体的，首先规定预设存储器的目标存储空间，比如前述的Flash存储器的最后一页，然后根据预设帧头关键字在目标存储空间内获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，进而得到当前控制周期内的指定矢量数据帧。

可选的，在得到指定矢量数据帧之后，即可提取指定矢量数据帧中的位置控制矢量，首先，可以根据指定矢量数据帧的帧头关键字或预设帧尾关键字对指定矢量数据帧进行校验，如果校验通过，则可提取指定矢量数据帧中的位置控制矢量，得到最终使用的指定位置控制矢量。需要说明的是，对于基于预设帧尾关键字对矢量数据帧进行校验的方法可以基于现有技术实现，本发明对于矢量数据帧校验的过程不做限定。

经过前述步骤，已经得到指定位置控制矢量，便可执行S120，按照指定位置控制矢量输出控制信号，使得电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置。对于S120的具体实现过程，可以参照图1所示实施例实现，此处不再复述。

综上所述，本实施例提供的电机控制方法，在非首次上电启动的情况下，以上一控制周期结束时最后一个位置控制矢量作为当前控制周期的指定位置控制矢量，并控制电机转子运转至指定位置控制矢量对应的位置，不仅可以确保电机转子运转至确定的位置，而且该确定的位置是上一控制周期结束时的终止位置，可以确保电机转子在上一控制周期的终止位置继续运转，从而满足实际应用中对机械装置起始位置有严格要求的应用需求。

可选的，基于图2所示实施例还可以进一步想到，在部分应用场景中，可能对于电机位置，或者说对于机械装置的位置没有连续性要求，即不要求当前控制周期的起始位置必须是上一控制周期的结束位置，仅仅要求在任意控制周期的起始时刻电机转子位置是确定的，是明确已知的，在此种情况下，在获取电机启动指令后，还可以直接使用预设位置控制矢量，并将预设位置控制矢量作为指定位置控制矢量，从而在任意控制周期起始时刻，控制电机转子运转至与该预设位置控制矢量对应的位置处。可以想到的是，预设位置控制矢量可以根据实际控制需求灵活选取，本发明对于预设位置控制矢量的具体设置不做限定。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的再一种电机控制方法的流程图，在上述任一实施例的基础上(以图1所示实施例为例)，本实施例提供的电机控制方法的流程，还包括：

S130、获取电机停机指令。

可选的，在实际应用中，电机停机指令和电机启动指令的来源往往是相同的，因此，获取电机停机指令的实现可以参照图1或图2所示实施例中S100，此处不再赘述。

S140、响应电机停机指令，存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量。

为了确保下一控制周期可以从当前控制周期结束后的电机位置开始作业，在得到电机停机指令后，存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量。

可选的，在存储位置控制矢量的具体实现方法上，可以采用前述实施例中述及的矢量数据帧，将位置控制矢量写入矢量数据帧中的指定字段内，然后将相应的矢量数据帧存储在预设存储器内。需要强调说明的是，为了便于下一控制周期获取到该最后一个位置控制矢量对应的矢量数据帧，应将该矢量数据帧存储在预设存储器的目标存储空间内，沿用前例，可以存储在Flash存储器的最后一页。

进一步的，在以Flash存储器的最后一页为目标存储空间的情况下，在存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量对应的矢量数据帧时，首先需要寻找目标存储空间中的空白部分，如果找到，则将相应的矢量数据帧存储在空白空间内；相反的，如果在目标存储空间内没有找到空白空间，说明经过多个控制周期的存储，目标存储空间内已经没有剩余的存储空间，此种情况下，需要将目标存储空间内的全部数据擦除，然后从起始位置继续存储矢量数据帧。

可选的，在写入当前控制周期最后一个位置矢量数据帧之后，还需要将写入该位置矢量数据帧的空间地址之前的全部存储空间内写入0(当然，这一要求是针对使用Flash存储器的，如果选用其他类型的存储器，可以依据存储器的特性设置)，确保在目标存储空间内，在同一时刻只存储一个有效的矢量数据帧，以方便在下一控制周期中，可以基于所获取的指定矢量数据帧中的预设帧头关键字查找指定位置控制矢量。

本发明实施例提供的电机控制方法，在当前控制周期结束后，会进一步存储当前控制周期的最后一个位置控制矢量，确保下一周期开始时，可以可靠获得相应的位置控制矢量，确保电机控制的可靠性和连续性。

进一步的，本发明实施例提供的电机控制方法，在每一个控制周期结束后，只需将当前控制周期最后一个矢量数据帧存储在目标存储空间内，占用的空间非常少，只有在目标存储空间全部写满后，才进行一次擦除操作，与现有技术相比，可以有效降低预设存储器的擦写频次，提高预设存储器的使用寿命。

下面对本发明实施例提供的电机控制装置进行介绍，下文描述的电机控制装置可以认为是为实现本发明实施例提供的电机控制方法，在中央设备中需设置的功能模块架构；下文描述内容可与上文相互参照。

可选的，参见图4，图4是本发明实施例提供的一种电机控制装置的结构框图，本实施例提供的电机控制装置包括：

第一获取单元10，用于获取电机启动指令；

第二获取单元20，用于响应所述电机启动指令，获取指定位置控制矢量；

控制单元30，用于按照所述指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至所述指定位置控制矢量对应的位置。

可选的，第二获取单元20，用于获取指定位置控制矢量，具体包括：

判断是否为首次上电启动；

若是首次上电启动，获取初始位置控制矢量，并将所述初始位置控制矢量作为指定位置控制矢量；

若不是首次上电启动，获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，并将所述上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

可选的，第二获取单元20，用于获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，具体包括：

获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧；

提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

可选的，所述矢量数据帧还包括预设帧头关键字和预设帧尾关键字；

第二获取单元20，用于获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧，具体包括：

访问预设存储器的目标存储空间；

根据所述预设帧头关键字，在所述目标存储空间内获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧。

可选的，第二获取单元20，用于提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量，具体包括：

根据所述指定矢量数据帧的预设帧头关键字或预设帧尾关键字对所述指定矢量数据帧进行校验；

若所述指定矢量数据帧校验通过，提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

可选的，第二获取单元20，用于获取指定位置控制矢量时，还包括：

获取预设位置控制矢量，并将所述预设位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

可选的，参见图5，图5是本发明实施例提供的另一种电机控制装置，在图4所示实施例的基础上，还包括：

第三获取单元40，用于获取电机停机指令；

存储单元50，用于响应所述电机停机指令，存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量。

可选的，参见图6，图6为本发明实施例提供的电机控制器的结构框图，参见图6所示，可以包括：至少一个处理器100，至少一个通信接口200，至少一个存储器300和至少一个通信总线400；

在本发明实施例中，处理器100、通信接口200、存储器300、通信总线400的数量为至少一个，且处理器100、通信接口200、存储器300通过通信总线400完成相互间的通信；显然，图6所示的处理器100、通信接口200、存储器300和通信总线400所示的通信连接示意仅是可选的；

可选的，通信接口200可以为通信模块的接口；

处理器100可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

存储器300，存储有应用程序，可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

其中，处理器100具体用于执行存储器内的应用程序，以实现上述所述的电机控制方法的任一实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：

获取电机启动指令；

响应所述电机启动指令，获取指定位置控制矢量；

按照所述指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至所述指定位置控制矢量对应的位置。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述获取指定位置控制矢量，包括：

判断是否为首次上电启动；

若是首次上电启动，获取初始位置控制矢量，并将所述初始位置控制矢量作为指定位置控制矢量；

若不是首次上电启动，获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，并将所述上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

3.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，所述获取上一控制周期结束时的最后一个位置控制矢量，包括：

获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧；

提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

4.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述矢量数据帧还包括预设帧头关键字和预设帧尾关键字；

所述获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧，包括：

访问预设存储器的目标存储空间；

根据所述预设帧头关键字，在所述目标存储空间内获取上一控制周期结束时的最后一个矢量数据帧，得到指定矢量数据帧。

5.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，所述提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量，包括：

根据所述指定矢量数据帧的预设帧头关键字或预设帧尾关键字对所述指定矢量数据帧进行校验；

若所述指定矢量数据帧校验通过，提取所述指定矢量数据帧中的位置控制矢量。

6.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：在首次上电启动的情况下，擦除所述目标存储空间内的原始数据。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电机控制方法，其特征在于，所述获取指定位置控制矢量，还包括：

获取预设位置控制矢量，并将所述预设位置控制矢量作为指定位置控制矢量。

8.根据权利要求1-6任一项所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：

获取电机停机指令；

响应所述电机停机指令，存储当前控制周期内最后一个位置控制矢量。

9.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取电机启动指令；

第二获取单元，用于响应所述电机启动指令，获取指定位置控制矢量；

控制单元，用于按照所述指定位置控制矢量输出控制信号，以使电机转子运转至所述指定位置控制矢量对应的位置。

10.一种电机控制器，其特征在于，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有适于所述处理器执行的程序，以实现权利要求1-8任一项所述的电机控制方法的步骤。

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