CN114006563B - 无编码器的电机控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种无编码器的电机控制方法及装置，所述方法包括确定附加转速设定值；将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器。本申请通过在位置控制输出或者转速设定值上叠加附加转速设定值，以得到最终生效的转速设定值；解决了低速时由于输出电压低，电机的观测器难以正确估算出电机的状态，进而使得控制性能变差、带载稳定性变差的问题。

Description

无编码器的电机控制方法及装置
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种无编码器的电机控制方法及装置。
背景技术
无编码器的交流电机控制技术已经得到了广泛应用，电机通过省去编码器，降低了成本。无编码器的交流电机的观测器常用有模型参考自适应、全维观测器等，用于估算电机的位置、转速、磁链等信息。此类方法一般需要根据输出电压估算电机的磁链大小，而输出电压则是根据发波时的三相占空比进行计算的。
无编码器控制在电机较高速度运行时，电机定子电压较大，控制性能比较好。当电机低速或零速运行时，定子电压很低；死区的存在会影响定子电压计算的准确性，且定子电阻的准确性又会对电机磁链估算影响较大。因此，电机在低速运行时，往往难以获得较好的控制效果；低速输出较大转矩时，往往难以稳定运行。
发明内容
本申请提供一种无编码器的电机控制方法及装置，旨在解决在电机转速较低时，控制性能和带载稳定性变差的问题。
本申请一方面，提供一种无编码器的电机控制方法，所述方法包括：
确定附加转速设定值；
将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器。
本申请另一方面，提供一种无编码器的电机控制装置，所述装置包括确定模块、合成模块以及输出模块；
所述确定模块，用于确定附加转速设定值；
所述合成模块，用于将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
所述输出模块，用于根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器。
本申请提供的无编码器的电机控制方法及装置，通过在位置控制输出或者转速设定值上叠加附加转速设定值，以得到最终生效的转速设定值；解决了低速时由于输出电压低，电机的观测器难以正确估算出电机的状态，进而使得控制性能变差、带载稳定性变差的问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的无编码器的电机控制装置示意图；
图2为本申请实施例提供的附加转速设定值切换示意图；
图3为本申请实施例提供的一种交流信号示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种交流信号示意图；
图5为本申请实施例提供的又一种交流信号示意图；
图6为本申请实施例提供的电机以及逆变器示意图；
图7为本申请实施例提供的实测波形示意图；
图8为本申请实施例提供的另一无编码器的电机控制装置示意图；
图9为本申请实施例提供的无编码器的电机控制方法示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本申请实施例涉及到的变量及其定义：
ia、ib、ic：电机定子A、B、C相电流
ua、ub、uc：电机定子A、B、C相电压
速度控制时的转速设定值
位置控制时的位置控制输出
ωadd：附加转速设定值
ω*：最终生效的转速设定值
电机转速观测值
ω：电机转速实际值
T*：电机转矩设定值
θ*：目标位置设定值
电机位置观测值
实施例一
如图1-图7所示，本申请第一实施例提供一种无编码器的电机控制装置，包括确定模块、合成模块以及输出模块；
所述确定模块，用于确定附加转速设定值；
在本示例中，所述确定模块获取转速和位置观测器输出的电机转速观测值根据所述电机转速观测值/>与切换阈值，得到附加转速设定值ωadd。其中，电机转速观测值/>可获取调整前的电机电压和电流；将调整前的电机电压和电流经过转速和位置观测器，得到所述电机转速观测值。例如：将三相电机定子A、B、C相电压ua、ub、uc和通过电流传感器采集到的三相电机定子A、B、C相电流ia、ib、ic送入转速和位置观测器，经过计算得到电机转速观测值/>
如图2所示，若所述电机转速观测值在一个周期T的平均值高于切换阈值的上限值ωH，则附加转速设定值ωadd为零；若所述电机转速观测值/>低于切换阈值的下限值ωL，则附加转速设定值ωadd为周期为T且幅值为H的交流信号。需要说明的是初始化时为状态S1，从S1切换到S2的条件为：电机转速观测值/>低于切换阈值的下限值ωL；从S2切换到S1的条件为：电机转速观测值/>在一个周期T的平均值高于切换阈值的上限值ωH。
如图3-图5所示，所述交流信号包括正弦波信号、正负对称方波信号、正负对称三角波信号中的一种。其中，所述周期T的范围介于0.1s～10s，所述幅值H的范围为电机额定转速的1％～5％。周期T和幅值H可根据实际应用需求调整。
所述合成模块，用于将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
如图1所示的所述合成模块(图中左侧第一个)将所述速度控制时的转速设定值/>与所述附加转速设定值ωadd相加后，得到所述最终生效的转速设定值ω*，即
所述输出模块，用于根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器。
在本示例中，所述输出模块包括速度控制器和转矩控制器。将最终生效的转速设定值ω*和电机转速观测值的差值送入速度控制器，经过速度控制PI调节后，得到电机转矩设定值T*；电机转矩设定值T*经过转矩控制器后输出调整后的电机电压，例如：三相电机定子A、B、C相电压ua、ub、uc。
如图6所示，输出的调整后的三相电机定子A、B、C相电压ua、ub、uc，经过发波处理模块和驱动电路生成驱动信号，驱动三相逆变器发波控制三相电机。
图7为实测波形示意图，图中电机使用永磁同步电机，带110％额定转矩负载。图中ωadd为一周期T为4s和幅值H为1.5％额定电机转速的梯形波信号，速度控制时的转速设定值为零，图中可见，电机转速实际值ω跟随最终生效的转速设定值ω*变化，电机转矩设定值T*在110％额定电机转矩附近小范围波动，电机实现了无编码器控制零速附近带重载稳定运行。
实施例二
如图8所示，本申请第二实施例提供另一种无编码器的电机控制装置，与图1-图7示例不同的是：装置包括位置控制器，位置控制器根据目标位置设定值θ*和电机位置观测值得到位置控制时的位置控制输出/>即/>然后，将所述位置控制时的位置控制输出/>与所述附加转速设定值ωadd相加后，得到所述最终生效的转速设定值ω*。
实施例三
图9为本申请第三实施例提供的无编码器的电机控制方法示意图，所述方法包括：
步骤S11、确定附加转速设定值；
步骤S12、将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
步骤S13、根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器。
在一示例中，所述确定附加转速设定值，包括：
获取电机转速观测值；
根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值。
在一示例中，所述根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值，包括：
若所述电机转速观测值在一个周期T的平均值高于所述切换阈值的上限值，则所述附加转速设定值为零；
若所述电机转速观测值低于所述切换阈值的下限值，则所述附加转速设定值为周期为T且幅值为H的交流信号。
在一示例中，所述交流信号包括正弦波信号、正负对称方波信号、正负对称三角波信号中的一种。
在一示例中，所述周期T的范围介于0.1s～10s。
在一示例中，所述幅值H的范围为电机额定转速的1％～5％。
在一示例中，所述获取电机转速观测值，包括：
获取调整前的电机电压和电流；
将调整前的电机电压和电流经过转速观测后，得到所述电机转速观测值。
在一示例中，所述将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值，之前还包括：
根据目标位置设定值和电机位置观测值，得到所述位置控制时的位置控制输出。
在一示例中，所述根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，包括：
将所述最终生效的转速设定值与电机转速观测值的差值经过速度控制PI调节后，得到电机转矩设定值；
将所述电机转矩设定值经过转矩控制后，输出调整后的电机电压。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种无编码器的电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定附加转速设定值；
将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器；
所述确定附加转速设定值，包括：
获取电机转速观测值；
根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值；
所述根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值，包括：
若所述电机转速观测值在一个周期T的平均值高于所述切换阈值的上限值，则所述附加转速设定值为零；
若所述电机转速观测值低于所述切换阈值的下限值，则所述附加转速设定值为周期为T且幅值为H的交流信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流信号包括正弦波信号、正负对称方波信号、正负对称三角波信号中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期T的范围介于0.1s～10s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述幅值H的范围为电机额定转速的1％～5％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电机转速观测值，包括：
获取调整前的电机电压和电流；
将调整前的电机电压和电流经过转速观测后，得到所述电机转速观测值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值，之前还包括：
根据目标位置设定值和电机位置观测值，得到所述位置控制时的位置控制输出。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，包括：
将所述最终生效的转速设定值与电机转速观测值的差值经过速度控制PI调节后，得到电机转矩设定值；
将所述电机转矩设定值经过转矩控制后，输出调整后的电机电压。
8.一种无编码器的电机控制装置，其特征在于，所述装置包括确定模块、合成模块以及输出模块；
所述确定模块，用于确定附加转速设定值；其中，所述确定模块获取电机转速观测值；根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值；
所述合成模块，用于将速度控制时的转速设定值与所述附加转速设定值相加、或者将位置控制时的位置控制输出与所述附加转速设定值相加，得到最终生效的转速设定值；
所述输出模块，用于根据所述最终生效的转速设定值输出调整后的电机电压，以生成驱动信号驱动逆变器；
所述根据所述电机转速观测值与切换阈值，得到所述附加转速设定值，包括：
若所述电机转速观测值在一个周期T的平均值高于所述切换阈值的上限值，则所述附加转速设定值为零；
若所述电机转速观测值低于所述切换阈值的下限值，则所述附加转速设定值为周期为T且幅值为H的交流信号。
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