CN113922729A - 一种智能家居电机控制装置和方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开提供一种智能家居电机控制装置和方法、系统，包括：确定模块，用于确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；控制模块，用于根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。采用本发明的技术方案，在不需要额外制动装置的情况下，能够让电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换。

Description

一种智能家居电机控制装置和方法、系统

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种智能家居电机控制装置和方法、系统。

背景技术

智能家居行业在我国属于朝阳产业，对提高人们的生活水平起着至关重要的作用。在智能家居中电机控制系统是必不可少的一部分，并在智能家居的各种电机控制中被使用。目前各种电机的控制技术以及控制方法已经很成熟，但是应用于智能家居系统的电机及其控制系统的研究却很少。因此功能先进、可靠性高、智能化的智能家居电机控制器的开发已经是势在必行。

对于一般的电机与其控制系统而言，包括电源、控制器、电机等部分，电源可能为电网交流或采用电池供电，将电源的交流电整流成直流电，或直接得到电源的直流电，在控制器的直流母线侧并联直流母线电容，再经过逆变桥逆变为电机需要的交流电压。

在整个电机起动和运行过程中，包含了加速状态、稳定状态和减速状态等，在加速和稳定状态，控制器从电源侧吸收能量，将能量转移给电机，需要在直流母线侧安置母线电容，来实现从电源侧到逆变器侧能量转换的平衡，母线电容的电压即代表了此时的母线电压。而在减速过程中，电机会产生能量反冲给控制器。为了应对能量反冲，可以在控制器增设制动单元，或在动力系统中增设其他动力电机或动力装置来吸收能量，但增设的设备都会增大整个系统的体积和成本，并且会带来散热、安装等问题。尤其在电机运行在高速状态时，在电机从加速或稳态切换到减速状态时，如果没有额外制动装置，很可能因为能量反冲造成控制器的母线电压过压；而在电机从减速切换到加速或者稳态状态时，很有可能因为弱磁需要的电流不够准确造成电机电流响应突变等状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种智能家居电机控制装置和方法、系统，在不需要额外制动装置的情况下，能够让电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器，提高系统的鲁棒性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种智能家居电机控制装置，包括：

确定模块，用于确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

控制模块，用于根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

作为优选，所述确定模块包括：

第一计算单元，用于根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值；

第一确定单元，用于根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值。

作为优选，所述确定模块包括：

第二计算单元，用于根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值；

第二确定单元，用于根据电机的运行状态和所述初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值。

作为优选，第一确定单元包括：

第一处理组件，用于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；

第一确定组件，用于根据所述限制值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述交轴电流的指令值。

作为优选，第二确定单元包括：

第二处理组件，用于所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将所述初步直轴电流指令值作为所述直轴电流的指令值；

第二确定组件，用于当所述电机的运行状态为减速制动运行状态时，根据所述电机转速反馈值、转速阈值和所述初步直轴电流指令值，确定所述直轴电流的指令值。

作为优选，还包括：

电流控制单元，生成用于根据电机的操作状态来控制施加到电机的驱动电流的电流命令；

信号生成单元，生成用于根据电流命令来控制用于向电机施加电流的逆变器的控制信号，并且将控制信号施加到逆变器，

其中，所述电流控制单元生成在预定的施加时间点向所述电机施加用于增大或减小所述电机中的磁通量的增大/减小电流的电流命令，并且控制所述电机中的磁力。

作为优选，所述施加时间点是与所述电机的转子的位置对应的时间点。

作为优选，所述施加时间点被设置为所述电机的所述转子与定子之间的电角度为60°、120°、180°和240°的位置的时间点。

一种智能家居电机控制方法，包括：

步骤S1、确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

步骤S2、根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

一种智能家居电机控制系统，包括：

电机；

电机控制装置，所述电机控制装置被配置为控制所述电机。

本发明智能家居电机控制装置和方法、系统，通过确定模块用于确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；通过控制模块用于根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。无论电机在加速、稳态、减速状态，使得直轴电流的指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。通过本发明的技术方案，能够使电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器的同时，提高系统的鲁棒性。

进一步，本发明智能家居电机控制装置和方法，通过电流控制单元生成用于根据电机的操作状态来控制施加到电机的驱动电流的电流命令；通过信号生成单元生成用于根据电流命令来控制用于向电机施加电流的逆变器的控制信号，并且将控制信号施加到逆变器。通过根据电机的操作状态在预定的施加时间点向电机施加用于增大或减小电机中的磁通量的增大/减小电流，能够根据电机的操作状态适当且高效地增大或减小磁力；能够稳定且高效地操作电机并且增加电机的实用性和可用性。

附图说明

图1为本发明智能家居电机控制装置的结构示意图；

图2为本发明确定模块的一种结构示意图；

图3为本发明确定模块的另一种结构示意图；

图4为本发明智能家居电机控制方法的流程示意图；

图5为本发明智能家居电机控制系统的结构示意图。

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。

如图1所示，本发明提供一种智能家居电机控制装置，包括：

确定模块，用于确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

控制模块，用于根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

进一步，如图2所示，所述确定模块包括：

第一计算单元，用于根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值；

第一确定单元，用于根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值。

第一确定单元包括：

第一处理组件，用于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；

第一确定组件，用于根据所述限制值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述交轴电流的指令值。具体为：所述电机转速反馈值大于0，且所述初步交轴电流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；所述电机转速反馈值大于0，且所述初步交轴电流指令值大于负的所述限制值，将所述初步交轴电流指令值作为所述交轴电流的指令值；所述电机转速反馈值小于或等于0，且所述初步交轴电流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；所述电机转速反馈值小于或等于0，且所述初步交轴电流指令值小于或等于所述限制值，将所述初步交轴电流指令值作为所述交轴电流的指令值。

进一步，如图3所示，所述确定模块包括：

第二计算单元，用于根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值；

第二确定单元，用于根据电机的运行状态和所述初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值。

第二确定单元包括：

第二处理组件，用于所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将所述初步直轴电流指令值作为所述直轴电流的指令值；

第二确定组件，用于当所述电机的运行状态为减速制动运行状态时，根据所述电机转速反馈值、转速阈值和所述初步直轴电流指令值，确定所述直轴电流的指令值。具体为：所述电机转速反馈值大于所述转速阈值，将所述初步直轴电流指令值减去第一预设值后作为所述直轴电流的指令值；所述电机转速反馈值小于或等于所述转速阈值，将所述初步直轴电流指令值加上第二预设值后作为所述直轴电流的指令值。在该技术方案中，若电机转速反馈值大于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中减小直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均大于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐减小，使得电机的弱磁深度更深，再经过限幅，使直轴电流的指令值不小于电机的最小直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。若电机转速反馈值小于或等于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中增大直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均小于或等于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐增大，使得电机逐渐跳出弱磁区，再经过限幅，使直轴电流的指令值不大于电机的最大直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。

进一步，当所述电机转速指令值和所述电机转速反馈值均小于或等于目标转速，确定所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态；当所述电机转速指令值和所述电机转速反馈值均大于所述目标转速，确定所述电机的运行状态为减速制动运行状态。

本发明提供的电机控制装置，根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算得到初步交轴电流指令值，例如，根据电机转速指令值和电机转速反馈值，利用比例积分控制计算得到初步交轴电流指令值，根据当前控制周期下的电机转速指令值和电机转速反馈值进行PI(比例积分)计算，则可得初步交轴电流指令值，初步交轴电流指令值即为环路交轴电流。进一步地，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值，在电机电动时，不会影响和限制与电机转速同向的交轴电流的指令值大小；在电机发电制动时，通过限制交轴电流的大小来限制电机的发电能量，从而将减速时的母线电压限制在一定的电压阈值内，不会继续升高。在电机从电动向发电状态切换的过程中能够控制交轴电流不会变化过大，从而保证系统的稳定性。尤其在电机从加速或稳定切换到减速状态时，不会使交轴电流突变的过快而导致电流环路震荡。根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，例如，根据母线电压的平方和电机电压的平方利用比例积分控制计算初步直轴电流指令值，根据当前控制周期下的母线电压的平方和电机电压的平方进行PI(比例积分)计算，可得初步直轴电流指令值。对PI控制计算出的初步直轴电流指令值进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值，获得限幅后的初步直轴电流指令值。进一步地，根据电机的运行状态和限幅后的初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值。无论电机在加速、稳态、减速状态，使得直轴电流的指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。

进一步选，还包括：

电流控制单元，生成用于根据电机的操作状态来控制施加到电机的驱动电流的电流命令；

信号生成单元，生成用于根据电流命令来控制用于向电机施加电流的逆变器的控制信号，并且将控制信号施加到逆变器(该逆变器单元被配置为向所述电机施加驱动电流)，其中，所述电流控制单元生成在预定的施加时间点向所述电机施加用于增大或减小所述电机中的磁通量的增大/减小电流的电流命令，并且控制所述电机中的磁力。

进一步，所述施加时间点是与所述电机的转子的位置对应的时间点；所述施加时间点被设置为所述电机的所述转子与定子之间的电角度为60°、120°、180°和240°的位置的时间点。

进一步，所述电流控制单元估计所述电机的速度和所述电机中的磁通量，基于估计结果来确定执行使得所述电机中的磁力增大还是减小的控制，并且根据确定结果来生成所述电流命令。所述电流控制单元将所述估计结果与预定的状态准则进行比较，并且根据比较结果来确定是执行增大还是减小磁力的控制。所述状态准则是与所述电机的操作速度对应的所述电机中的适当磁通量的准则。所述电流控制单元将所估计的磁通量与和所述状态准则的估计的速度对应的所述适当磁通量进行比较，并且根据所估计的磁通量与所述适当磁通量之差来确定是执行增大还是减小磁通量的控制。所述电流控制单元在所述电流控制单元确定执行使得所述电机中的磁力增大的控制时生成增大所述电机中的磁通量的电流命令，并且在所述电流控制单元确定执行使得所述电机中的磁力减小的控制时生成减小所述电机中的磁通量的电流命令。

本发明的电机控制装置，通过电流控制单元生成用于根据电机的操作状态来控制施加到电机的驱动电流的电流命令；通过信号生成单元生成用于根据电流命令来控制用于向电机施加电流的逆变器的控制信号，并且将控制信号施加到逆变器。通过根据电机的操作状态在预定的施加时间点向电机施加用于增大或减小电机中的磁通量的增大/减小电流，能够根据电机的操作状态适当且高效地增大或减小磁力；能够稳定且高效地操作电机并且增加电机的实用性和可用性。

如图3所示，本发明提供一种基于智能家居电机控制装置的智能家居电机控制方法，包括：

步骤S1、确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

步骤S2、根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

如图5所示，本发明提供一种智能家居电机控制系统，包括：

电机；

上述电机控制装置，所述电机控制装置被配置为控制电机。

本发明智能家居电机控制装置和方法、系统，在不需要额外制动装置的情况下，能够让电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器，提高系统的鲁棒性；进一步，能够通过根据电机的操作状态控制施加到电机的驱动电流来控制电机中的磁力。

尽管已参照优选实施例描述了本发明的方法原理，但本领域的技术人员应理解，上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，做出的各种变化、变型、修改、替换、改进等技术方案，均应属于本发明公开的范畴。

Claims (10)

1.一种智能家居电机控制装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

控制模块，用于根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

2.如权利要求1所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一计算单元，用于根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值；

第一确定单元，用于根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值。

3.如权利要求1所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第二计算单元，用于根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值；

第二确定单元，用于根据电机的运行状态和所述初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值。

4.如权利要求2所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，第一确定单元包括：

第一处理组件，用于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；

第一确定组件，用于根据所述限制值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述交轴电流的指令值。

5.如权利要求3所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，第二确定单元包括：

第二处理组件，用于所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将所述初步直轴电流指令值作为所述直轴电流的指令值；

第二确定组件，用于当所述电机的运行状态为减速制动运行状态时，根据所述电机转速反馈值、转速阈值和所述初步直轴电流指令值，确定所述直轴电流的指令值。

6.如权利要求1所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，还包括：

电流控制单元，生成用于根据电机的操作状态来控制施加到电机的驱动电流的电流命令；

信号生成单元，生成用于根据电流命令来控制用于向电机施加电流的逆变器的控制信号，并且将控制信号施加到逆变器，

其中，所述电流控制单元生成在预定的施加时间点向所述电机施加用于增大或减小所述电机中的磁通量的增大/减小电流的电流命令，并且控制所述电机中的磁力。

7.如权利要求6所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，所述施加时间点是与所述电机的转子的位置对应的时间点。

8.如权利要求7所述的智能家居电机控制装置，其特征在于，所述施加时间点被设置为所述电机的所述转子与定子之间的电角度为60°、120°、180°和240°的位置的时间点。

9.一种智能家居电机控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、确定电机的交轴电流的指令值或电机的直轴电流的指令值；

步骤S2、根据所述交轴电流的指令值或所述直轴电流的指令值，控制电机的运行。

10.一种智能家居电机控制系统，其特征在于，包括：

电机；

如权利要求1-8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。

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