CN115001339A - 一种电机恒输入功率的控制方法和装置 - Google Patents

一种电机恒输入功率的控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电机恒输入功率的控制方法和装置，所述方法包括：获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。相比于现有技术，实现了在无位置传感器情况下的恒功率控制，可以匹配不同数量、不同类型的负载产品；不需要增加电流采样回路，且无需使用霍尔传感器等位置传感器，因此不增加硬件成本。

Description

一种电机恒输入功率的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机恒输入功率的控制方法和装置。
背景技术
目前，市面上比较常见的是带霍尔传感器的永磁同步电机，这种电机能够时刻通过霍尔传感器感知转子位置和获取转速信息。但是，引入传感器会增加电机的体积和成本，而且由于需要增加连线，连线之间容易引起干扰，会导致降低电机的性能。此外，霍尔传感器需要精确安装，使得电机的生产工艺难度大大增加。目前，现有技术常通过输入功率和最高转速来区分、确定负载，传统的输入功率计算，需要知道母线电流或输入电流，并且，其信号并不是标准正弦波，这就大大增加了计算复杂度、硬件成本以及MCU资源。因此，目前市面上亟需一种可靠有效的恒输入功率控制策略，能够覆盖一系列的负载产品。
发明内容
本发明提供了一种电机恒输入功率的控制方法和装置，实现了在无霍尔传感器等位置传感器情况下的恒功率控制，以匹配不同的负载产品。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电机恒输入功率的控制方法，包括：
获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；
将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；
将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
作为优选方案，所述根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，具体为：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
作为优选方案，所述将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为：
在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
作为优选方案，所述控制方法还包括：在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
作为优选方案，所述电机运行时的转速为根据负载特性设定的最大转速。
相应的，本发明实施例还提供了一种电机恒输入功率的控制装置，包括获取模块、计算模块和恒输入功率控制模块；
其中，所述获取模块用于获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；
所述计算模块用于将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；
所述恒输入功率控制模块用于将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
作为优选方案，所述计算模块根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，具体为：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
所述计算模块根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
作为优选方案，所述计算模块将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为：
在预设的负载特性参数下，所述计算模块通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
作为优选方案，所述控制装置还包括反馈模块，所述反馈模块用于在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
作为优选方案，所述电机运行时的转速为根据负载特性设定的最大转速。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种电机恒输入功率的控制方法和装置，所述方法包括：获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。相比于现有技术，实现了在无位置传感器情况下的恒功率控制，可以匹配不同数量、不同类型的负载产品；不需要增加电流采样回路，且无需使用霍尔传感器等位置传感器，因此不增加硬件成本。
进一步的，将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，可以基于恒输入功率指令值实现相对现有技术更为精准的控制。
附图说明
图1：为本发明提供的一种电机恒输入功率的控制方法的一种实施例的流程示意图。
图2：为本发明提供的一种电机恒输入功率的控制方法的一种实施例的原理示意图。
图3：为本发明提供的一种电机恒输入功率的控制装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参照图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种电机恒输入功率的控制方法的的流程示意图，图2为本发明实施例提供的一种电机恒输入功率的控制方法的的原理示意图，所述控制方法包括步骤S1至S3，其中，
步骤S1，获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值由负载产品的用户根据实际应用场景的需要以及负载的特性确定，或者，用户可以根据负载的特性(负载数量、负载类型等)确定最大转速，从而再根据最大转速确定恒输入功率指令值。
步骤S2，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值。
步骤S3，将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
在本实施例中，电机为永磁同步电机，负载针对若干盘管风机。一般来说，电机的输入瞬时功率Pi可表示为：
Pi＝vas×ias+vbs×ibs+vcs×ics；(1)
其中，vas、vbs和vcs为相电压，ias、ibs和ics为相电流。
根据矢量控制进行坐标变换，a、b、c三相电流Iabc以及三相电压Vabc可以等效为：
Iabc＝[Tabc]－1×iqd0；(2)
Vabc＝[Tabc]－1×vqd0；(3)
Figure BDA0003693299760000051
其中，iqd0为电流的q轴、d轴和0轴分量，vqd0为电压的q轴、d轴和0轴分量，Tabc矩阵用于方便计算。
输入功率的表达式可以修改为：
Pi＝1.5×(vqs×iqs+vds×ids)；(5)
其中，Pi为输入功率，vqs、iqs、vds和ids分别为电压的q轴分量，电流的q轴分量、电压的d轴分量以及电流的d轴分量。
从估算的角度，可以将电流解耦成Id和Iq两个直流分量。其中，Id为励磁电流，Iq为力矩电流。而在稳态下，励磁电流Id为零，因此主要的电流为力矩电流，此时电机的输入功率可以进一步简化：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；(6)
其中，Iqs为输入的q轴电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。稳态状态下，输入功率与母线电压乘以占空比以及电流q轴分量呈线性关系；比例系数K只与电机本身的特性有关，不同类型电机的K轴不同。并且，比例系数K与负载无关，无论负载的类型还是负载的数量亦或是两者均发生变化，比例系数K都不会随之发生改变。
在步骤S1中，用户可以通过有线通信或无限通信的方式根据负载端的特性确定恒输入功率指令值并进行下发(图2中恒输入功率指令值为Pref，由负载端的主控系统下发)，电机获取了所述恒输入功率指令值之外，还获取直流母线电压和预设的参数。其中，预设参数包括电机的输出占空比、输入的q轴电流和比例系数。
在步骤S2中，所述将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为，在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
所述第一对应关系，可选的：
第一对应关系为恒输入功率指令值与第一功率计算值之间的一关系式，根据该关系式获取第一计算值Pcalc：
Figure BDA0003693299760000061
其中，所述P1为恒输入功率指令值。
所述根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，示例性地：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
在步骤S3中，所述将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，具体地，作为本实施例的一种举例，将第一功率计算值减去第二功率计算值，求得差值作为电机的输入功率。
在本实施例中，所述电机运行时的转速为根据负载设定的最大转速。由所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，并且经过图2中的PI控制模块，实现电机的恒输入功率控制。图2中的Powerlimit为根据负载端设定的最大功率限定值。其中，最大转速的设定值以及Powerlimit均为根据负载进行的设定，即提前通过无线或有线通信，按照预设的通信协议下发到MCU中。MCU在接收到数据后，写入到FLASH中，在MCU重新上电后，可以从FLASH中可读取到预设的数据并设置到控制系统中，管理人员也可以通过通信查询写入的数据或电机实时运行的数据。
优选地，所述控制方法还包括：在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统(图2中的return)。具体地，所述第二对应关系可以通过以下关系式表示：
Figure BDA0003693299760000071
其中，P2为所述第二功率计算值，Preal为所述真实输入功率值；
将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
需要说明的是，参照表1，可以在设定的负载特性参数下，例如设定负载为最大的盘管风机负载，通过公式(6)的方式驱动该负载，从而得到表1中的数据，进而通过拟合分析得到第一对应关系和第二对应关系：
表1通过公式(6)在设定负载下驱动获得的数据
P<sub>calc</sub>(W) 150 506 869 1232 1596 1959 2322 2686 3049 3412 3500
P<sub>real</sub>(W) 11 33 54 74 93 111 129 145 161 176 179
实施本申请实施例，恒功率控制环替代了现有技术的转速环控制，通过公式(8)可以将第一列的数据转换为实际值与Preal相比较，或通过公式(7)将第二列数据转换为理论值与Pcalc相比较，误差均在±0.5W范围内，验证了本实施例所述的控制方法的精确性。
相应的，参照图3，本发明实施例还提供了一种电机恒输入功率的控制装置，包括获取模块101、计算模块102和恒输入功率控制模块103；
其中，所述获取模块101用于获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载确定；
所述计算模块102用于将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；
所述恒输入功率控制模块103用于将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
在本实施例中，所述计算模块102根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，具体为：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
所述计算模块102根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
在本实施例中，所述计算模块102将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为：
在预设的负载特性参数下，所述计算模块102通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
在本实施例中，所述控制装置还包括反馈模块，所述反馈模块用于在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
在本实施例中，所述电机运行时的转速为根据负载特性设定的最大转速。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种电机恒输入功率的控制方法和装置，所述方法包括：获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。相比于现有技术，实现了在无位置传感器情况下的恒功率控制，可以匹配不同数量、不同类型的负载产品；不需要增加电流采样回路，且无需使用霍尔传感器等位置传感器，因此不增加硬件成本。
进一步的，将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，可以基于恒输入功率指令值实现相对现有技术更为精准的控制。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机恒输入功率的控制方法，其特征在于，包括：
获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；
将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；
将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
2.如权利要求1所述的一种电机恒输入功率的控制方法，其特征在于，所述根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，具体为：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
3.如权利要求1所述的一种电机恒输入功率的控制方法，其特征在于，所述将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为：
在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
4.如权利要求3所述的一种电机恒输入功率的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种电机恒输入功率的控制方法，其特征在于，所述电机运行时的转速为根据负载特性设定的最大转速。
6.一种电机恒输入功率的控制装置，其特征在于，包括获取模块、计算模块和恒输入功率控制模块；其中，
所述获取模块用于获取电机的恒输入功率指令值、直流母线电压以及预设参数；其中，所述恒输入功率指令值根据负载特性确定；
所述计算模块用于将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值；根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值；
所述恒输入功率控制模块用于将所述第一功率计算值作为恒输入功率控制的给定，所述第二功率计算值作为对所述给定的反馈，实现电机的恒输入功率控制。
7.如权利要求6所述的一种电机恒输入功率的控制装置，其特征在于，所述计算模块根据所述直流母线电压和所述预设参数计算所述电机当前输入功率的第二功率计算值，具体为：
所述预设参数包括输出占空比、输入的q轴电流和比例系数；
所述计算模块根据所述直流母线电压Udc和所述预设参数，计算所述第二功率计算值Pi：
Pi＝K×Udc×Duty×Iqs；
其中，Iqs为输入的q轴电流，且为力矩电流，Duty为输出占空比，K为比例系数。
8.如权利要求6所述的一种电机恒输入功率的控制装置，其特征在于，所述计算模块将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值，具体为：
在预设的负载特性参数下，所述计算模块通过拟合分析，确定所述恒输入功率与所述第一功率计算值之间的第一对应关系；
根据所述第一对应关系，将所述恒输入功率指令值折算为第一功率计算值。
9.如权利要求8所述的一种电机恒输入功率的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括反馈模块，所述反馈模块用于在预设的负载特性参数下，通过拟合分析，确定第二功率计算值与实时的真实输入功率值之间的第二对应关系；根据所述第二对应关系，将所述第二功率计算值折算为所述真实输入功率值，并将所述真实输入功率值发送至负载端的主控系统。
10.如权利要求6至9任意一项所述的一种电机恒输入功率的控制装置，其特征在于，所述电机运行时的转速为根据负载特性设定的最大转速。
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