CN116094394B - 一种获取电机工作参数值的方法、装置、介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种获取电机工作参数值的方法、装置、介质及电子设备，所述方法包括：获取电机的反电动势；获取所述电机的等效磁链；根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置。采用本申请实施例可以基于反电动势来估算永磁同步电机的位置及转速，本算法不仅对中高速有很好的估算效果，即使在低速甚至极低速下也有很理想的估算结果，本申请实施例的算法还有算法简单易于实现等优势。

Description

一种获取电机工作参数值的方法、装置、介质及电子设备
技术领域
本申请涉及电机控制领域，具体而言本申请实施例涉及一种获取电机工作参数值的方法、装置、介质及电子设备。
背景技术
永磁同步电动机以其体积小、效率高、可靠性高以及对环境的适应性强等诸多优点,在各种高性能驱动系统中得到了广泛应用。永磁同步电动机的无传感器控制技术是当前电机控制技术领域的研究热点之一。无传感器控制技术不但能降低系统的成本,而且能够增加系统的可靠性。
无传感器控制技术的研究在高速电机、微型电机、航空航天、水下机器人、家用电器等一些特殊场合具有重要的意义。但无位置永磁同步电机在低速时的位置估算一直以来是该领域的控制难点，目前主要流行的算法有滑模控制算法及高频注入算法，其中滑模控制算法对中高速的位置估算较准确，对低速控制效果不理想，且低速时一般采用开环控制；高频注入算法对低速有较好的控制效果，但中高速时要切换其他算法才可以避免算法带来的谐波扰动，而且此算法计算量也比较大。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种获取电机工作参数值的方法、装置、介质及电子设备，采用本申请实施例可以基于反电动势来估算永磁同步电机的位置及转速，本算法不仅对中高速有很好的估算效果，即使在低速下也有很理想的估算结果，本申请实施例的算法还有算法简单易于实现等优势。
第一方面，本申请实施例提供一种获取电机工作参数值的方法，所述方法包括：获取电机的反电动势；获取所述电机的等效磁链；根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置。
针对现有无位置传感器策略存在低速控制效果差、中高速控制算法切换复杂、谐波扰动大等问题，本申请的一些实施例提出了基于反电动势来估算永磁同步电机的位置及转速，不仅在中高速有很好的辨识效果，即使在低速下也有很理想的辨识效果，且算法简单，易于DSP工程实现。
在一些实施例中，所述获取电机的反电动势包括：获取静止坐标系下的第一反电动势和第二反电动势；根据所述第一反电动势和所述第二反电动势获取旋转坐标系下的第三反电动势和第四反电动势；根据所述第三反电动势和所述第四反电动势得到所述反电动势。
本申请的一些实施例由等效电路模型求解电机的反电动势，提升得到的反电动势的准确性和速度。
在一些实施例中，所述获取静止坐标系下的第一反电动势和第二反电动势，包括：读取相电流和相电压的采样值；对所述采样值进行CLARK变换得到所述静止坐标系下的第一电流值、第二电流值、第一电压值以及第二电压值；根据所述第一电流值、所述第二电流值、所述第一电压值以及所述第二电压值计算所述第一反电动势以及所述第二反电动势。
本申请的一些实施例设计的基于反电动势的永磁同步电机无位置传感器辨识策略，该算法采用CLARK变换求得电机的实际dq轴电压与电流。
在一些实施例中，所述根据所述第一反电动势和所述第二反电动势获取旋转坐标系下的第三反电动势和第四反电动势，包括：对所述第一反电动势和所述第二反电动势进行PARK变换得到所述旋转坐标系下的所述第三反电动势和所述第四反电动势。
本申请的一些实施例设计的基于反电动势的永磁同步电机无位置传感器辨识策略，该算法采用PARK变换求得电机的实际dq轴电压与电流。
在一些实施例中，所述根据所述第三反电动势和所述第四反电动势得到所述反电动势，包括：计算所述第三反电动势的平方与所述第四反电动势的平方的和；计算所述和的开方根得到所述反电动势。
在一些实施例中，所述根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置，包括：计算所述反电动势的N阶滤波得到目标反电动势；计算所述等效磁链的N阶滤波得到目标等效磁链；根据所述目标反电动势和所述目标等效磁链得到所述转速以及所述转子位置。
本申请的一些实施例通滤波提升得到的相关参数值的稳定性。
在一些实施例中，通过如下公式计算所述转速：
其中，Efilted为所述目标反电动势，Ψfilted为所述目标等效磁链。
在一些实施例中，通过如下公式计算所述转子位置：
其中，Ts表征设置的估算周期的长度。
第二方面，本申请的一些实施例提供一种控制电机的方法，采用如第一方面任意实施例的方法得到电机的转速与转子位置；根据所述电机的转速与转子位置调整对所述电机的控制参数。
第三方面，本申请的一些实施例提供一种获取电机工作参数值的装置，所述装置包括：反电动势获取模块，被配置为获取电机的反电动势；等效磁链获取模块，被配置为获取所述电机的等效磁链；参数估算模块，被配置为根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置。
第四方面，本申请的一些实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时可实现如第一方面或者第二方面任意实施例所述的方法。
第五方面，本申请的一些实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现如第一方面或者第二方面任意实施例所述的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的永磁同步电机无位置传感器控制系统的架构图；
图2为本申请实施例提供的获取电机工作参数值的方法流程图之一；
图3为本申请实施例提供的获取电机工作参数值的方法流程图之二；
图4为本申请实施例提供的获取电机工作参数值的装置的组成框图；
图5为本申请实施例提供的电子设备组成示意图。
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描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参看图1，图1为永磁同步电机无位置传感器控制系统，图1中Current、VoltageSample模块为永磁同步电机的相电流、相电压采样模块，经此模块采样得到相电流ia、ib和相电压va、vb输入给相应的克拉克变换模块CLARK，经CLARK变换得到的电流静止坐标系下第一电流值ialfa、第二电流值ibeta和电压静止坐标系下第一电压值valfa、第二电压值vbeta输入给角度及速度估算模块Angle、Speed Estimator，经转子角度及速度估算器得到此系统的两个关键量：转子的位置角度估算值和转子的角速度/>其中/>输入给帕克变换模块PARK和帕克反变换模块IPARK；速度估算值/>与速度环的给定参考值SPDref经速度比例积分调节模块Speed PI得到q轴电流的参考值Iqref，d轴电流参考值Idref为用户给定值，Idref,Iqref与PARK变换模块的输出值Id,Iq分别经d轴电流比例积分调节器模块Id PI和q轴电流比例积分调节器模块IqPI运算得到d轴电压ud和q轴电压uq；ud,uq经PARK反变换模块IPARK得到静止坐标系下的交流调节电压vαout,vβout；vαout,vβout经空间矢量脉宽调制模块SVPWM得到调节脉宽Ta,Tb,Tc信号，再通过PWM信号驱动模块PWM Driver导通IGBT/MOSFET驱动永磁同步电机进行旋转。
下面示例性阐述由角度及速度估算模块执行的获取电机工作参数值的方法。
如图2所示，本申请的一些实施例提供一种获取电机工作参数值的方法，该方法包括：S101，获取电机的反电动势；S102，获取所述电机的等效磁链；S103，根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置。
不难理解的是，针对现有无位置传感器策略存在低速控制效果差、中高速控制算法切换复杂、谐波扰动大等问题，本申请的一些实施例提出了基于反电动势来估算永磁同步电机的位置及转速，不仅在中高速有很好的辨识效果，即使在低速下也有很理想的辨识效果，且算法简单，易于DSP工程实现。
下面示例性阐述上述步骤的实现过程。
在本申请的一些实施例中，S101示例性包括：
第一步，获取静止坐标系下的第一反电动势和第二反电动势。
例如，在本申请的一些实施例中该第一步示例性包括：读取相电流和相电压的采样值；对所述采样值进行CLARK变换得到所述静止坐标系下的第一电流值、第二电流值、第一电压值以及第二电压值；根据所述第一电流值、所述第二电流值、所述第一电压值以及所述第二电压值计算所述第一反电动势以及所述第二反电动势。本申请的一些实施例设计的基于反电动势的永磁同步电机无位置传感器辨识策略，该算法采用CLARK变换求得电机的实际dq轴电压与电流。
第二步，根据所述第一反电动势和所述第二反电动势获取旋转坐标系下的第三反电动势和第四反电动势。
例如，在本申请的一些实施例中该第二步示例性包括：对所述第一反电动势和所述第二反电动势进行PARK变换得到所述旋转坐标系下的所述第三反电动势和所述第四反电动势。本申请的一些实施例设计的基于反电动势的永磁同步电机无位置传感器辨识策略，该算法采用PARK变换求得电机的实际dq轴电压与电流。
第三步，根据所述第三反电动势和所述第四反电动势得到所述反电动势。
例如，在本申请的一些实施例中该第三步示例性包括：计算所述第三反电动势的平方与所述第四反电动势的平方的和；计算所述和的开方根得到所述反电动势。本申请的一些实施例由等效电路模型求解电机的反电动势，提升得到的反电动势的准确性和速度。
在本申请的一些实施例中，S103示例性包括：计算所述反电动势的N阶滤波得到目标反电动势；计算所述等效磁链的N阶滤波得到目标等效磁链；根据所述目标反电动势和所述目标等效磁链得到所述转速以及所述转子位置。本申请的一些实施例通滤波提升得到的相关参数值的稳定性。
例如，在本申请的一些实施例中，通过如下公式计算所述转速：
其中，Efilted为所述目标反电动势，Ψfilted为所述目标等效磁链。
例如，在本申请的一些实施例中，通过如下公式计算所述转子位置：
其中，Ts表征设置的估算周期。可以理解的是，电流环的控制周期为Ts，也即角度和磁链的估算周期，该估算周期的值是预先设置的。
本申请的一些实施例提供一种控制电机的方法，采用如第一方面任意实施例的方法得到电机的转速与转子位置；根据所述电机的转速与转子位置调整对所述电机的控制参数。
下面结合图3示例性阐述本申请一些实施例的获取电机工作参数值的方法。
本申请的一些实施例提供一种无位置传感器永磁同步电机的位置、速度辨识方法及系统，应用于永磁同步电机，例如，本申请的一些实施例采用CLARK与PARK变换求得电机的实际dq轴电压与电流，由等效电路模型求解电机的反电动势与等效磁链，推导反电动势与等效磁链的关系，从而辨识其转速与位置。
设定电流环的控制周期为Ts,本申请一些实施例的获取电机工作参数值对应的具体的算法实现步骤为：
第一步，读取相电流ia和ib及相电压va和vb的采样值。
第二步，CLARK变换得到静止坐标系下的电流值ialfa、ibeta与电压值valfa、vbeta
将采样模块得到的电机相电流和相电压进行CLARK变换得到ialfa、ibeta和valfa、vbeta，再讲这些参量输入到角度速度估算模块；
ialfa＝ia
valfa＝va
第三步，计算静止坐标系下的反电动势第一反电动势ealfa,第二反电动势ebeta；
其中Rs为定子电阻；
第四步，PARK变换得到旋转坐标系下第三反电动势和第四反电动势，即计算d、q坐标系下的反电动势第三反电动势ed,第四反电动势eq；
式中为电机转子位置估算值(具体计算方式可参考第七步),首次辨识时需输入一初值,即/>
第五步，计算反电动势Ea并经一阶滤波得到Efilted
利用如下公式计算反电动势Ea；
并将结果Ea采用如下公式进行一阶滤波得到Efilted；
Efilted(k)＝(1-a)·Efilted(k-1)+a·Ea(k)
式中：Ea(k)为当前计算输入值，Efilted(k-1)为上一次的滤波输出值，Efilted(k)为当前计算的输出滤波值；a为滤波系数，取值范围0～1，a取值越小，当前输入权重就越小，输出波形越平滑，但响应灵敏度降低。
第六步，计算等效磁链Ψa并经一阶滤波得到Ψfilted
采用如下公式计算磁链Ψa，其中，Ld是电机的d轴电感值，Lq是电机的q轴电感值；
将上述结果进行一阶滤波得到Ψfilted；Ψf为电机的转子磁链，这个值是永磁同步电机的参数值，Ψf和Ld、Lq均属于默认为已知值。
第七步，估算电机的转子的转速并估算电机的转子角度。
采用如下公式估算电机的转速及转子位置；
请参考图4，图4示出了本申请实施例提供的获取电机工作参数值的装置，应理解，该装置与上述图2方法实施例对应，能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤，该装置的具体功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。装置包括至少一个能以软件或固件的形式存储于存储器中或固化在装置的操作系统中的软件功能模块，该获取电机工作参数值的装置，包括：反电动势获取模块401、等效磁链获取模块402以及参数估算模块403。
反电动势获取模块，被配置为获取电机的反电动势。
等效磁链获取模块，被配置为获取所述电机的等效磁链。
参数估算模块，被配置为根据所述反电动势和所述等效磁链得到所述电机的转速与转子位置。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述获取电机工作参数值的方法或者中的对应过程，在此不再过多赘述。
本申请的一些实施例提供一种控制电机的方法，采用如获取电机工作参数值的方法中任意实施例的方法得到电机的转速与转子位置；根据所述电机的转速与转子位置调整对所述电机的控制参数。
本申请的一些实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时可实现如上述获取电机工作参数值的方法中任意实施例所述的方法。
如图5所示，本申请的一些实施例提供一种电子设备500，包括存储器510、处理器520以及存储在所述存储器510上并可在所述处理器520上运行的计算机程序，其中，所述处理器520通过总线530从存储器510读取程序并执行所述程序时可实现如上述获取电机工作参数值的方法中任意实施例所述的方法。
处理器520可以处理数字信号，可以包括各种计算结构。例如复杂指令集计算机结构、结构精简指令集计算机结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些示例中，处理器520可以是微处理器。
存储器510可以用于存储由处理器520执行的指令或指令执行过程中相关的数据。这些指令和/或数据可以包括代码，用于实现本申请实施例描述的一个或多个模块的一些功能或者全部功能。本公开实施例的处理器520可以用于执行存储器510中的指令以实现图2中所示的方法。存储器510包括动态随机存取存储器、静态随机存取存储器、闪存、光存储器或其它本领域技术人员所熟知的存储器。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种获取电机工作参数值的方法，其特征在于，所述方法包括：
读取相电流ia和ib及相电压va和vb的采样值；
将所述采样值进行CLARK变换得到ialfa、ibeta和valfa、vbeta，再将这些参量输入到角度速度估算模块；
计算静止坐标系下的反电动势第一反电动势ealfa,第二反电动势ebeta；
其中Rs为定子电阻；
根据所述第一反电动势和所述第二反电动势以及PARK变换采用如下公式得到旋转坐标系下第三反电动势和第四反电动势，即计算d、q坐标系下的反电动势第三反电动势ed,第四反电动势eq：
根据所述第三反电动势和所述第四反电动势以及如下公式计算反电动势：
根据如下公式对所述反电动势Ea进行一阶滤波得到Efilted：
Efilted(k)＝(1-a)·Efilted(k-1)+a·Ea(k)
其中，Ea(k)为当前计算输入值，Efilted(k-1)为上一次的滤波输出值，Efilted(k)为当前计算的输出滤波值；a为滤波系数，取值范围0～1，a取值越小，当前输入权重就越小；
采用如下公式计算所述电机的等效磁链Ψa，其中，Ld是电机的d轴电感值，Lq是电机的q轴电感值：
将所述等效磁链进行一阶滤波得到目标等效磁链Ψfilted，Ψf为电机的转子磁链；
通过如下公式计算转速：
其中，Efilted为目标反电动势，Ψfilted为所述目标等效磁链。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算转子位置：
其中，Ts表征设置的估算周期的长度。
3.一种控制电机的方法，其特征在于，
采用如权利要求2方法得到电机的转速与转子位置；
根据所述电机的转速与转子位置调整对所述电机的控制参数。
4.一种获取电机工作参数值的装置，其特征在于，所述装置包括：
反电动势获取模块，被配置为通过如下策略获取电机的反电动势：
读取相电流ia和ib及相电压va和vb的采样值；
将所述采样值进行CLARK变换得到ialfa、ibeta和valfa、vbeta，再将这些参量输入到角度速度估算模块；
计算静止坐标系下的反电动势第一反电动势ealfa,第二反电动势ebeta；
其中Rs为定子电阻；
根据所述第一反电动势和所述第二反电动势以及PARK变换采用如下公式得到旋转坐标系下第三反电动势和第四反电动势，即计算d、q坐标系下的反电动势第三反电动势ed,第四反电动势eq：
根据所述第三反电动势和所述第四反电动势以及如下公式计算所述反电动势：
根据如下公式对所述反电动势Ea进行一阶滤波得到Efillted：
Efilted(k)＝(1-a)·Efilted(k-1)+a·Ea(k)
其中，Ea(k)为当前计算输入值，Efilted(k-1)为上一次的滤波输出值，Efilted(k)为当前计算的输出滤波值；a为滤波系数，取值范围0～1，a取值越小，当前输入权重就越小；
等效磁链获取模块，被配置为：
采用如下公式计算所述电机的等效磁链Ψa，其中，Ld是电机的d轴电感值，Lq是电机的q轴电感值：
将所述等效磁链进行一阶滤波得到目标等效磁链Ψfilted，Ψf为电机的转子磁链；
参数估算模块，被配置为：通过如下公式计算转速：
其中，Efilted为目标反电动势，Ψfilted为所述目标等效磁链。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时可实现如权利要求1-2中任意一项权利要求所述的方法。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现如权利要求1-2中任意一项权利要求所述的方法。
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