CN115298951B - 电机的控制方法、船舶、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种电机的控制方法、船舶、设备及存储介质，所述电机的控制方法包括：接收转向指令，及根据所述转向指令驱动电机转动，所述转向指令包括对所述电机的指定位置；当检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作；当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态。本申请具有多种自动控制指令，使电机转动后能够实现自锁。
Description
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种电机的控制方法、船舶、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
船舶电动化作为一种趋势，电机在船舶的应用场景越来越广泛，然而针对电机的锁死，常规的办法是采用机械锁死方式或者是电磁制动方式。机械锁死的方式，一般是采用机械结构对电机制动。电磁制动锁死方式，一般是采用电磁件对电机制动。因此，上述机械锁死和电磁制动方式都需要额外增加设备，导致结构复杂，增加生产成本。
发明内容
本申请提供一种电机的控制方法、船舶、电子设备及计算机可读存储介质。
本申请提供一种电机的控制方法，所述方法包括：
接收转向指令，及根据所述转向指令驱动电机转动，所述转向指令包括对所述电机的指定位置；
当检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作；
当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态。
本申请还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行如上述所述的电机的控制方法。
本申请还提供一种船舶，所述船舶包括：电机、位置传感器和如上述所述的电子设备，所述位置传感器用于检测所述电机的转子速度和转子位置并传输至所述电子设备。
本申请提供一种存储介质，所述存储介质包括计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行如上述所述的电机的控制方法。
本申请实现方式提供的电机的控制方法、船舶、设备及存储介质，在电机转动到指定位置后，通过设置的开关短接指令控制电机进行初步自锁操作，当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态，从而提高电机转向后自锁的自动化操作水平。
附图说明
图1是本申请一实施例中电子设备的原理示意图。
图2是本申请一实施例中船舶的结构示意图。
图3是本申请一实施例中电机的原理示意图。
图4是本申请另一实施例中船舶的结构示意图。
图5是本申请一实施例中电机的控制方法的流程图。
主要元件符号说明：
电子设备 100
处理器 10
存储器 20
通信单元 30
驱动单元 40
功率变换单元 50
船舶 200
电机 210
转子 211
定子 212
短接开关 213
三相线上管 214
三相线下管 215
位置传感器 220
方向盘 230
舵柄 240
船体 250
转向舵 260
推进器 270
船外机 280
船内机 290
螺旋桨 291
推进电机 292
具体实施方式
下面将结合本申请实现方式中的附图，对本申请实现方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实现方式仅是本申请一部分实现方式，而不是全部的实现方式。
请参阅图1，图1为本申请的一个实施例提供的电子设备100的示意图。
可以理解，本实施例中所述电子设备100可以安装于如图2所示的船舶200，所述船舶200上设有驱动转向的电机210和位置传感器220，所述位置传感器220用于检测所述电机210的转子速度和转子位置。在本实施例中，所述电子设备100是指电机210的控制器。
举例说明，所述位置传感器220可以采用电磁式位置传感器、磁敏式位置传感器或光电式位置传感器中任意一种。本实施例中，电机210采用三相电机。
可以理解，当所述电子设备100接收到转向指令时，驱动电机210进行转动，并根据检测到的所述电机210的转子速度和转子位置，当电机210转动到指定位置后，确定所述电机210是否进入锁死状态。
一种实施例方式中，如图3所示，所述电机210包括短接开关213、转子211、定子212、三相线上管214、三相线下管215，所述短接开关213用于实现三相线上管214短接或三相线下管215短接，以使所述转子211和定子212之间产生磁性排斥力实现自锁操作。
在该实施例中，短接开关213包括用于控制三相线上管214开合的三组MOS开关和用于控制三相线下管215开合的三组MOS开关。
可以理解，当检测到电机210的转子211位置转动到指定位置时，通过电机210的三个相线上管路三组MOS开关断开或三个相线下管路三组MOS开关断开，从而使电机210的三个相线不是闭合环路，所述转子211和定子212之间产生磁性排斥力，利用转子211和定子212之间自身产生的阻力来防止电机210的转向位置发生大幅度的相对变化，再结合转向系统的齿轮速比使电机210小幅度的位移在最终船舶转向端被大幅度缩小。如此，船舶方向可以被锁定。
一种实施例方式中，所述船舶200还可以包括：方向盘230，所述方向盘230用于接收转向信息，并将所述转向信息发送至所述电子设备100。另一种实施例方式中，所述船舶200还可以包括：舵柄240，所述舵柄240用于接收转向信息，并将所述转向信息发送至所述电子设备100。
可以理解，通过船舶操作人员转动方向盘230或操作舵柄240来产生转向信息，使控制电机210的电子设备100能够接收到相应的转向指令。该转向信息包括对船舶的指定转向角度。
一种实施例方式中，所述船舶还包括船体250、转向舵260和推进器270，所述转向舵260用于根据电机210的驱动，来引导船舶200转向；所述推进器270用于为船舶转向提供动力。
一种实施例方式中，所述船舶200还包括船外机280，所述船外机280安装于所述船体250外，所述转向舵260设置于所述船外机280，所述电机210驱动所述船外机280转向。所示电子设备100、位置传感器220安装于所述船外机280。在其他实施例中，所述位置传感器220还可以安装于船体中部、头部等其他位置。
另一种实施例方式中，如图4所示，所述船舶200还包括船内机290，所述船内机290安装于所述船体250内，所述船内机290设有推进电机292和位于船底的螺旋桨291。所述电机210和所述转向舵260设置于所述船体250外，并与所述螺旋桨291正对。所述电子设备100、位置传感器220与所述电机210连接。
可以理解，船内机290或船外机280都可以实现船舶200转向，具体可以根据实际情况设置。在所述电子设备100应用于船外机280时，电子设备100常固定于船外机280的机架上。在所述电子设备100应用于船内机290时，电子设备100常与船内机290中的电机210集成在一起。当然，电子设备100也可以是固定于船舶200的船体上。
一个实施例中，所述电子设备100可以包括处理器10、存储器20和通信单元30。
所述处理器10可以是通用中央处理器(CPU)、微处理器、特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、或一个或多个用于控制以上方案程序执行的集成电路。
一种实施方式中，所述处理器10固定安装在所述船舶200上，并与所述位置传感器220连接。
所述存储器20可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
所述通信单元30用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等。
本实施例中，所述处理器10通过所述通信单元30与船舶200其他设备进行通信连接。
一个实施例中，所述电子设备100中设有多个所述存储器20，其中至少一个存储器20与所述处理器10通信连接，所述至少一个存储器20存储有可被所述处理器10执行的程序指令，所述处理器10调用所述程序指令，以执行电机的控制方法的应用程序代码。
一种实施方式中，所述存储器20可以是独立存在，所述处理器10、所述通信单元30和至少一个所述存储器20可以通过通信总线连接并完成相互间的通信，且所述船舶200的方向盘230和/舵柄240与至少一个所述存储器20可以通过通信总线连接并完成相互间的通信，与所述处理器10、所述船舶200的方向盘230和/舵柄240通信连接的所述处理器10为不同的所述处理器10。
可以理解，所述电子设备100可以通过运行所述电机的控制方法，从而根据所述位置传感器220感测到的所述电机210的转子速度和转子位置，确定电机210在转动到指定位置后是否达到锁死状态。
一种实施例中，所述电子设备100还可以包括驱动单元40和激光变换单元50。
可以理解，所述驱动单元40用于将所述处理器10对电机210的控制信号转换为对所述功率变换单元50的驱动信号，并实现功率信号和控制信号的隔离。所述功率变换单元50用于对电机210电流电压进行控制。在本实施例中，所述功率变换单元可以选用大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管等中任一一种。
请参照图5，图5为本申请实施例提供的电机的控制方法的流程图。
本实施例的电机的控制方法可以包括以下步骤：
步骤S31，接收转向指令，及根据所述转向指令驱动电机转动，所述转向指令包括对所述电机的指定位置。
可以理解，对电机的指定位置是指对转子的指定转动角度。当接收到来自于方向盘或舵柄的转向指令时，根据对转子的指定转动角度，确定对电机的输出功率，然后对电机上电，驱动电机转动到指定位置，从而实现船舶转向。
在一些实施例中，在所述接收转向指令之前，所述电机的控制方法还包括：
接收转向信息，所述转向信息包括指定转向角度；
根据所述指定转向角度，确定对所述电机的指定位置。
可以理解，该转向信息是指对船舶的指定转向角度，当电子设备接收来自方向盘或舵柄产生的转向信息时，通过功率转换，确定电机需要输出多少动能才能驱动船舶转向至指定转向角度，从而确定电机应转动停止的位置即指定位置。
步骤S32，当检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作。
可以理解，电机转动过程中，电机的三个相线上管路MOS开关和下管路MOS开关为导通状态设置，以形成闭合环路，如此，转子和定子之间产生磁吸引力，实现电机正常转动。当位置传感器检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，则生成开关短路指令。
在一些实施例中，所述开关短接指令包括电机的三相线上管短接指令或三相线下管短接指令。
在该实施例中，根据所述开关短接指令控制电机进行自锁操作，包括：根据所述三相线上管短接指令或三相线下管短接指令，控制所述电机的转子和定子之间产生磁性排斥力达到转子与定子锁止。
可以理解，电机的三相线上管短接指令是指将电机的三个相线下管路MOS开关断开。电机的三相线下管短接指令是指将电机的三个相线上管路MOS开关断开。通过开关短接指令触发电机的三相线上管短接或三相线下管短接，如此，所述转子和定子之间产生磁性排斥力实现自锁操作。通过利用转子和定子之间自身产生的阻力来防止电机的转向位置发生大幅度的相对变化，再结合转向系统的齿轮速比使电机小幅度的位移在最终船舶转向端被大幅度缩小，如此，可以起到锁定船舶方向的作用。
在一些实施例中，在所述生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作之前，所述电机的控制方法还包括：生成驱动停止指令以停止驱动电机。
可以理解，该驱动停止指令是指对电机断电。根据当检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，触发驱动停止指令以停止驱动电机，如此，便于后续进行自锁操作。
步骤S33，当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态。
可以理解，在步骤S32通过短接开关方式进行自锁操作过程中，当检测到电机的电角度改变值大于预设的角度阈值，则采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态。其中，所述角度阈值为半个电周期到四分之三个电周期之间，在本实施例中，角度阈值可以为半个电周期180度，在其他实施例中，所述角度阈值可以根据实际情况设置。
在一些实施例中，在所述采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态之前，所述电机的控制方法还包括：生成开关导通指令，所述开关导通指令包括电机的三相线上管导通指令和三相线下管导通指令。
可以理解，在采用闭环控制方式时，需要开启电机进行小幅度运转，因此，电机的三相线上管MOS开关和三相线上管MOS开关均需要导通，如此，实现电机正常运转。
在一些实施例中，所述闭环控制方式包括速度环控制方式和/或位置环控制方式，其中所述速度环控制方式通过反馈调节电机的转子速度至给定的零速度；所述位置环控制方式通过反馈调节电子的转子位置至所述指定位置。
在优选的实施例中，当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，先采用速度环控制方式。
可以理解，通过预先采用速度环控制方式能够迅速降低转子转速，并且电机的小幅度运行会被齿轮速比大幅缩小，而不会引起船舶的方向变化。
在一些实施例中，所述采用速度环控制方式来控制电机进行自锁操作，包括：获取所述电机的转子速度并作滤波处理，将所述滤波处理后的转子速度作为速度反馈值，来闭环调节电机的转子速度至给定的零速度。
该实施例中，在所述闭环调节电机的转子速度时，根据所述速度反馈值输出对应的电流信号，以减小所述电机的转子和定子之间的磁吸引力，实现转子减速至给定的零速度。
可以理解，通过零速度的闭环控制方式，不断调节电机的转子速度，根据速度反馈值调整对电机的输出功率，以减小转子和定子之间的磁吸引力大小，从而能够迅速降低转子转速，并且电机的小幅度运行会被齿轮速比大幅缩小，而不会引起船舶的方向变化。
考虑到在速度环控制方式下，由于要不断调整输出功率，这种方式下可能会导致MOS开关单体管发热严重，因此速度环控制方式的操作时间一般控制在预设时间阈值内。
在一些实施例中，采用速度环控制方式来控制电机进行自锁操作，当检测到电机的转子速度在预设的时间阈值内未达到给定的零速度时，则采用位置环控制方式来控制电机达到锁死状态。在该实施例中，所述预设的时间阈值最大为20s，具体时间阈值可以是15s、16s、17s或18s等。
可以理解，当速度环控制方式的持续时间超过预设的时间阈值，则开始采用位置环控制方式，以减少MOS开关发热。
在一些实施例中，所述采用位置环控制方式来控制电机达到锁死状态，包括：获取所述电机的转子位置，确定所述电机的转子位置与指定位置之间的位置偏差值并作为位置反馈值，来闭环调节电机的转子位置，以达到锁死状态。
该实施例中，在所述闭环调节电机的转子位置时，根据所述位置反馈值输出对应的电流信号，来控制电机的转子和定子之间的磁吸引力大小和方向，以驱动转子转动至指定位置。
在一些实施例中，在所述电机达到锁死状态之后，所述电机的控制方法还包括：接收转向更新指令，则根据所述转向更新指令控制电机执行自锁操作，所述转向更新指令包括更新后的指定位置。
可以理解，当需要改变船舶方向时，电子设备通过方向盘或舵柄接收到转向更新指令，从而根据所述转向更新指令控制电机执行步骤S31-步骤S33的步骤，从而重新调整船舶方向后实现锁定。
基于同一构思，本申请的实施例还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令，所述指令在所述电子设备100上运行时，使得所述电子设备100可以执行前述实施例提供的所述电机的控制方法。
本申请在电机转动到指定位置后，通过设置的开关短接指令控制电机进行初步自锁操作，当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态，从而提高电机转向后自锁的自动化操作水平。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将本申请上述的实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。
Claims (22)
1.一种电机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
接收转向指令，及根据所述转向指令驱动电机转动，所述转向指令包括对所述电机的指定位置；
当检测到电机的实时转动位置达到所述指定位置时，生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作；
当检测到所述自锁操作且电机的电角度改变值超出预设的角度阈值时，采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态；其中，所述闭环控制方式包括速度环控制和位置环控制，所述速度环控制方式通过反馈调节电机的转子速度至给定的零速度；所述位置环控制方式通过反馈调节电子的转子位置至所述指定位置；所述采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态，包括：采用速度环控制方式来控制电机进行自锁操作，当检测到电机的转子速度在预设的时间阈值内未达到给定的零速度时，则采用位置环控制方式来控制电机达到锁死状态。
2.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，所述预设的时间阈值最大为20s。
3.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，所述开关短接指令包括电机的三相线上管短接指令或三相线下管短接指令。
4.根据权利要求3所述的电机的控制方法，其特征在于，根据所述三相线上管短接指令或三相线下管短接指令，控制所述电机的转子和定子之间产生磁性排斥力达到转子与定子锁止。
5.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述采用闭环控制方式来控制电机达到锁死状态之前，所述方法还包括：生成开关导通指令，所述开关导通指令包括电机的三相线上管导通指令和三相线下管导通指令。
6.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，所述采用速度环控制方式来控制电机进行自锁操作，包括：
获取所述电机的转子速度并作滤波处理，将所述滤波处理后的转子速度作为速度反馈值，来闭环调节电机的转子速度至给定的零速度。
7.根据权利要求6所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述闭环调节电机的转子速度时，根据所述速度反馈值输出对应的电流信号，以减小所述电机的转子和定子之间的磁吸引力，实现转子减速至给定的零速度。
8.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，所述采用位置环控制方式来控制电机达到锁死状态，包括：
获取所述电机的转子位置，确定所述电机的转子位置与指定位置之间的位置偏差值并作为位置反馈值，来闭环调节电机的转子位置，以达到锁死状态。
9.根据权利要求8所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述闭环调节电机的转子位置时，根据所述位置反馈值输出对应的电流信号，来控制电机的转子和定子之间的磁吸引力大小和方向，以驱动转子转动至指定位置。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述接收转向指令之前，所述方法还包括：
接收转向信息，所述转向信息包括指定转向角度；
根据所述指定转向角度，确定对所述电机的指定位置。
11.根据权利要求1-9任意一项所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述电机达到锁死状态之后，所述方法还包括：
接收转向更新指令，则根据所述转向更新指令控制电机执行自锁操作，所述转向更新指令包括更新后的指定位置。
12.根据权利要求1-9任意一项所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述生成开关短接指令以控制电机进行自锁操作之前，所述方法还包括：生成驱动停止指令以停止驱动电机。
13.根据权利要求1-9任意一项所述的电机的控制方法，其特征在于，所述预设的角度阈值设置为半个电周期到四分之三个电周期之间。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1-13任意一项权利要求所述的电机的控制方法。
15.一种船舶，其特征在于，所述船舶包括：电机、位置传感器和权利要求14所述的电子设备，所述位置传感器用于检测所述电机的转子速度和转子位置并传输至所述电子设备。
16.根据权利要求15所述的船舶，其特征在于，所述电机包括短接开关、转子和定子，所述短接开关用于实现三相线上管短接或三相线下管短接，以使所述转子和定子之间产生磁性排斥力实现自锁操作。
17.根据权利要求15所述的船舶，其特征在于，所述船舶还包括：方向盘，所述方向盘用于接收转向信息，并将所述转向信息发送至所述电子设备。
18.根据权利要求15所述的船舶，其特征在于，所述船舶还包括：舵柄，所述舵柄用于接收转向信息，并将所述转向信息发送至所述电子设备。
19.根据权利要求15所述的船舶，其特征在于，所述船舶还包括船体和转向舵，电机安装于船体，转向舵与电机连接。
20.根据权利要求19所述的船舶，其特征在于，所述船舶还包括船内机，所述船内机安装于所述船体内，所述船内机设有位于船底的螺旋桨，所述电机和所述转向舵设置于所述船体外，并与所述螺旋桨正对。
21.根据权利要求19所述的船舶，其特征在于，所述船舶还包括船外机，所述船外机安装于所述船体外，所述转向舵设置于所述船外机，所述电机驱动所述船外机转向。
22.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机指令，当所述计算机指令在电子设备上运行时，使得所述电子设备执行权利要求1-13中任意一项权利要求所述的电机的控制方法。
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