CN117498743A - 无位置传感器的控制方法及装置 - Google Patents

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CN117498743A CN202210884771.6A CN202210884771A CN117498743A CN 117498743 A CN117498743 A CN 117498743A CN 202210884771 A CN202210884771 A CN 202210884771A CN 117498743 A CN117498743 A CN 117498743A
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郭锐
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Abstract

提供了一种无位置传感器的控制方法及装置。无位置传感器的控制方法包括：获取电机的实时运行数据；根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述电机的控制系统基于所述无位置传感器所估计的所述电机的转子位置对所述电机进行控制；根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值；将所述控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。

Description

无位置传感器的控制方法及装置
技术领域
本公开总体说来涉及电机技术领域，更具体地讲，涉及一种无位置传感器的控制方法及装置。
背景技术
电机的控制系统采用无位置传感器进行转子位置估计，以实现对于电机的控制。但当控制系统受到不同特征频率的扰动时，现有的对无位置传感器的控制方式无法实现对于各种特征频率扰动的识别和抑制，使得控制系统的鲁棒性不高。
发明内容
本公开的示例性实施例在于提供一种无位置传感器的控制方法及装置，其能够自适应地调整无位置传感器的控制参数的参数值，提升电机控制系统的鲁棒性。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种无位置传感器的控制方法，包括：获取电机的实时运行数据；根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述电机的控制系统基于所述无位置传感器所估计的所述电机的转子位置对所述电机进行控制；根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值；将所述控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。
可选地，根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽的步骤包括：根据预先确定的电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与获取的实时运行数据对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要所述无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述对应关系通过对电机处于不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽寻优而得到，寻优目标为对应工况下电机控制系统的性能指标最优。
可选地，所述对应关系通过下述方式预先确定：通过仿真平台控制电机运行于多种工况，并确定在每种工况下无位置传感器的阻尼和带宽为多组候选值中的每组候选值时，电机的控制系统的性能指标，其中，每组候选值包括阻尼候选值和带宽候选值；将在每种工况下对应的性能指标最优的一组候选值确定为：与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽。
可选地，控制系统的性能指标包括稳态性能指标和/或暂态性能指标；其中，稳态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、电流控制环路的稳定性指标、扭矩控制环路的稳定性指标、电压控制环路的稳定性指标；其中，暂态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、转速的估计偏差。
可选地，根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值的步骤包括：将能够使所述无位置传感器的阻尼达到所述最优阻尼，且使带宽达到所述最优带宽的所述控制参数的参数值确定为所述最优参数值，其中，所述控制参数包括以下项之中的至少一项：PI控制参数、滤波截止频率、观测器控制参数。
可选地，还包括：确定所述控制系统是否处于工作状态；当所述控制系统处于工作状态时，确定所述电机是否处于带载运行状态，其中，当所述电机处于带载运行状态时，执行获取电机的实时运行数据的步骤。
可选地，所述运行数据包括以下项之中的至少一项：参考扭矩、机械角速度、功率、电压、电流。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种无位置传感器的控制装置，包括：运行数据获取单元，被配置为获取电机的实时运行数据；阻尼带宽确定单元，被配置为根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述电机的控制系统基于所述无位置传感器所估计的所述电机的转子位置对所述电机进行控制；参数值确定单元，被配置为根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值；参数值设置单元，被配置为将所述控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。
可选地，阻尼带宽确定单元被配置为：根据预先确定的电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与获取的实时运行数据对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要所述无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述对应关系通过对电机处于不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽寻优而得到，寻优目标为对应工况下电机控制系统的性能指标最优。
可选地，所述对应关系通过下述方式预先确定：通过仿真平台控制电机运行于多种工况，并确定在每种工况下无位置传感器的阻尼和带宽为多组候选值中的每组候选值时，电机的控制系统的性能指标，其中，每组候选值包括阻尼候选值和带宽候选值；将在每种工况下对应的性能指标最优的一组候选值确定为：与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽。
可选地，控制系统的性能指标包括稳态性能指标和/或暂态性能指标；其中，稳态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、电流控制环路的稳定性指标、扭矩控制环路的稳定性指标、电压控制环路的稳定性指标；其中，暂态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、转速的估计偏差。
可选地，参数值确定单元被配置为：将能够使所述无位置传感器的阻尼达到所述最优阻尼，且使带宽达到所述最优带宽的所述控制参数的参数值确定为所述最优参数值，其中，所述控制参数包括以下项之中的至少一项：PI控制参数、滤波截止频率、观测器控制参数。
可选地，还包括：状态确定单元，被配置为确定所述控制系统是否处于工作状态；当所述控制系统处于工作状态时，确定所述电机是否处于带载运行状态，其中，运行数据获取单元当所述电机处于带载运行状态时，获取电机的实时运行数据。
可选地，所述运行数据包括以下项之中的至少一项：参考扭矩、机械角速度、功率、电压、电流。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上所述的无位置传感器的控制方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种控制器，包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上所述的无位置传感器的控制方法。
根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制方法及装置，基于电机的实时运行数据来自适应地调整无位置传感器的控制参数的参数值，以使得无位置传感器的阻尼和带宽在当前工况下最优，从而提升系统鲁棒性。
将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制方法的流程图；
图2示出根据本公开的示例性实施例的线性查表法的示例；
图3示出根据本公开的示例性实施例的对无位置传感器的阻尼和带宽寻优的示例；
图4示出根据本公开的另一示例性实施例的无位置传感器的控制方法的流程图；
图5示出根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制装置的结构框图。
具体实施方式
现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。
图1示出根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制方法的流程图。作为示例，根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制方法可被周期性执行。
无位置传感器用于估计电机的转子位置，电机的控制系统基于无位置传感器所估计的转子位置对电机进行控制。
参照图1，在步骤S101，获取电机的实时运行数据。
作为示例，运行数据可包括但不限于以下项之中的至少一项：参考扭矩、机械角速度、功率、电压、电流。
作为示例，根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制方法还可包括：确定电机的控制系统是否处于工作状态；当电机的控制系统处于工作状态时，确定电机是否处于带载运行状态；当电机处于带载运行状态时，执行步骤S101。
在步骤S102，根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽。
作为示例，无位置传感器的阻尼和带宽可指：无位置传感器的控制环路的阻尼和带宽，也即无位置传感器的系统阻尼和系统带宽。
作为示例，可根据预先确定的电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与获取的实时运行数据对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽。
作为示例，上述对应关系可通过对电机处于不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽寻优而得到，寻优目标为对应工况下电机控制系统的性能指标最优。对不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽的寻优可具体为：寻找每种工况下能够使电机控制系统的性能指标最优的阻尼和带宽，然后可将在每种工况下寻找到的阻尼和带宽，作为与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽，从而得到电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系。
作为示例，不同工况可包括正常运行工作和极端工况。例如，正常运行工况可指按照常规负载曲线运行的工况。例如，极端工况可包括但不限于：低转速高扭矩工况、过速(例如，超高转速)工况、过载工况。
作为示例，预先确定的对应关系可通过线性表或拟合函数来表示，应该理解，也可通过其他适当的形式表示，本公开对此不作限制。
例如，当对应关系通过线性表表示时，可基于通过参数寻优获得的电机运行数据参考扭矩Te和机械角速度ωm与无位置传感器的最优阻尼ζ和最优带宽ωc的对应关系，建立如图2所示的线性表，在线性表中，Te1和ωm1这一组电机运行数据、与ζ1和ωc1相对应；Te2和ωm2这一组电机运行数据、与ζ2和ωc2相对应，依次类推，不再赘述。查表时输入Te和ωm的具体数值，输出的查表结果为与其对应的ζ和ωc的数值。
例如，当对应关系通过拟合函数表示时，可基于通过参数寻优获得的电机运行数据参考扭矩Te和机械角速度ωm与无位置传感器的最优阻尼ζ和最优带宽ωc的对应关系，将Te和ωm作为自变量，ζ和ωc作为因变量，拟合得到对应的函数。将Te和ωm的具体数值代入拟合得到的函数，即可得到与其对应的ζ和ωc的数值。
作为示例，上述对应关系可通过下述方式预先确定：通过仿真平台控制电机运行于多种工况，并确定在每种工况下无位置传感器的阻尼和带宽为多组候选值中的每组候选值时，电机的控制系统的性能指标；然后，将在每种工况下对应的性能指标最优的一组候选值确定为：与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽。每组候选值包括一个阻尼候选值和一个带宽候选值。
作为示例，所使用的仿真平台可包括但不限于以下项之中的至少一项：实物仿真平台、纯仿真平台、拖动仿真平台。
例如，如图3所示，可通过实物仿真平台控制电机运行于各种工况，针对每一种工况，依次使无位置传感器的阻尼和带宽分别为每组候选值，并记录为每组候选值时的控制系统性能指标，然后，选出对应的性能指标最好的一组候选值，作为与该种工况的电机运行数据对应的无位置传感器的最优阻尼和最优带宽。
应该理解的是，仿真平台控制电机运行于多种工况中的每种工况时，可具体控制电机在每种工况下分别处于不同运行状态(即，电机运行数据不同)，从而能够在同一工况下的不同电机运行数据下分别进行阻尼和带宽寻优，得到在每种工况下不同的运行数据下无位置传感器的最优阻尼和最优带宽。例如，图2中的第一组电机运行数据Te1和ωm1和第二组电机运行数据Te2和ωm2可均来自于正常运行工况。
作为示例，控制系统的性能指标可包括但不限于稳态性能指标和/或暂态性能指标。
作为示例，稳态性能指标可包括但不限于以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、电流控制环路的稳定性指标、扭矩控制环路的稳定性指标、电压控制环路的稳定性指标。例如，转子位置的估计偏差可指无位置传感器估计的转子位置与实际测量的转子位置之间的偏差。例如，电流控制环路的稳定性指标可为用于表征电流控制环路的电流跟踪稳定性的指标。例如，扭矩控制环路的稳定性指标可为用于表征扭矩控制环路的扭矩跟踪稳定性的指标。例如，电压控制环路的稳定性指标可为用于表征电压控制环路的电压跟踪稳定性的指标。
作为示例，暂态性能指标可包括但不限于以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、转速的估计偏差。
在步骤S103，根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定无位置传感器的控制参数的最优参数值。
作为示例，可将能够使无位置传感器的阻尼达到确定的最优阻尼，且使带宽达到确定的最优带宽的无位置传感器控制参数的参数值确定为最优参数值。
作为示例，无位置传感器的控制参数可包括但不限于以下项之中的至少一项：PI控制参数、滤波截止频率、观测器控制参数。
作为示例，在无位置传感器的控制参数包括PI控制参数Kp和Ki的情况下，步骤S103可包括：将无位置传感器的Kp的最优值确定为：2×最优阻尼×最优带宽；将无位置传感器的Ki的最优值确定为：最优带宽的平方。
在步骤S104，将无位置传感器的控制参数的参数值设置为确定的最优参数值，以按照最优参数值对无位置传感器进行控制。
作为示例，可通过将无位置传感器的控制程序中的控制参数的参数值设置为确定的最优参数值，来实现参数值设置。
根据本公开的示例性实施例，考虑到当控制系统受到不同特征频率的扰动时，如果采用控制参数始终为固定值的无位置传感器控制方式，将无法实现对各种特征频率扰动的识别和抑制，而导致影响控制系统的控制性能，使得控制系统的鲁棒性不高。具体地，电机无位置传感器的控制参数值设计根据电机控制系统对于无位置传感器控制环路阻尼和带宽的要求来确定，固定的阻尼和带宽参数对应于确定的系统响应特性，但在实际运行时，随着电机运行工况的不同，控制系统对无位置传感器的系统响应特性要求不同，始终处于固定参数无法实现在全工况范围内具备良好的鲁棒性。因此，根据本公开的示例性实施例提出：根据电机运行工况实时自适应调整无位置传感器的控制参数的参数值，自适应调整依据来源于实物仿真寻优获得的最优参数。从而可以提升电机无位置传感器控制的鲁棒性，提升电机控制系统对于各种工况的适应性，提升系统可靠性；可以减少由于系统稳定性低带来的振动等问题，降低振动等问题带来的部件失效等问题。
图4示出根据本公开的另一示例性实施例的无位置传感器的控制方法的流程图。
如图4所示，在步骤S201，确定电机的控制系统是否处于工作状态。
当在步骤S201确定电机的控制系统处于工作状态时，执行步骤S202，确定电机是否处于带载运行状态。
当在步骤S202确定电机处于带载运行状态时，执行步骤S203，获取电机当前的参考扭矩和机械角速度。
在步骤S204，根据预先确定的参考扭矩和机械角速度与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与当前的参考扭矩和机械角速度对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽。
在步骤S205，根据需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，确定无位置传感器的控制参数的最优参数值。
在步骤S206，将无位置传感器的控制参数的参数值更新为确定的最优参数值。
图5示出根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制装置的结构框图。
如图5所示，根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制装置包括：运行数据获取单元10、阻尼带宽确定单元20、参数值确定单元30、参数值设置单元40。
具体说来，运行数据获取单元10被配置为获取电机的实时运行数据。
阻尼带宽确定单元20被配置为根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，电机的控制系统基于无位置传感器所估计的电机的转子位置对电机进行控制。
参数值确定单元30被配置为根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定无位置传感器的控制参数的最优参数值。
参数值设置单元40被配置为将无位置传感器的控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。
作为示例，阻尼带宽确定单元20可被配置为：根据预先确定的电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与获取的实时运行数据对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述对应关系通过对电机处于不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽寻优而得到，寻优目标为对应工况下电机控制系统的性能指标最优。
作为示例，所述对应关系可通过下述方式预先确定：通过仿真平台控制电机运行于多种工况，并确定在每种工况下无位置传感器的阻尼和带宽为多组候选值中的每组候选值时，电机的控制系统的性能指标，其中，每组候选值包括阻尼候选值和带宽候选值；将在每种工况下对应的性能指标最优的一组候选值确定为：与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽。
作为示例，控制系统的性能指标可包括稳态性能指标和/或暂态性能指标；其中，稳态性能指标可包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、电流控制环路的稳定性指标、扭矩控制环路的稳定性指标、电压控制环路的稳定性指标；其中，暂态性能指标可包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、转速的估计偏差。
作为示例，参数值确定单元30可被配置为：将能够使无位置传感器的阻尼达到所述最优阻尼，且使带宽达到所述最优带宽的所述控制参数的参数值确定为所述最优参数值，其中，所述控制参数包括以下项之中的至少一项：PI控制参数、滤波截止频率、观测器控制参数。
作为示例，根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制装置还可包括：状态确定单元(未示出)，状态确定单元被配置为确定控制系统是否处于工作状态；当控制系统处于工作状态时，确定电机是否处于带载运行状态，其中，运行数据获取单元10当电机处于带载运行状态时，获取电机的实时运行数据。
作为示例，所述运行数据可包括以下项之中的至少一项：参考扭矩、机械角速度、功率、电压、电流。
作为示例，根据本公开的示例性实施例的无位置传感器的控制装置可设置在电机的控制器中。
应该理解，根据本公开示例性实施例的无位置传感器的控制装置所执行的具体处理已经参照图1至图4进行了详细描述，这里将不再赘述相关细节。
应该理解，根据本公开示例性实施例的无位置传感器的控制装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。
本公开的示例性实施例提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上述示例性实施例所述的无位置传感器的控制方法。该计算机可读存储介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本公开的示例性实施例的控制器包括：处理器(未示出)和存储器(未示出)，其中，存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如上述示例性实施例所述的无位置传感器的控制方法。
作为示例，所述控制器可为电机的控制器。
虽然已表示和描述了本公开的一些示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (10)

1.一种无位置传感器的控制方法，其特征在于，包括：
获取电机的实时运行数据；
根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述电机的控制系统基于所述无位置传感器所估计的所述电机的转子位置对所述电机进行控制；
根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值；
将所述控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽的步骤包括：
根据预先确定的电机运行数据与无位置传感器的最优阻尼和最优带宽的对应关系，将与获取的实时运行数据对应的最优阻尼和最优带宽确定为：需要所述无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，
其中，所述对应关系通过对电机处于不同工况下的无位置传感器的阻尼和带宽寻优而得到，寻优目标为对应工况下电机控制系统的性能指标最优。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述对应关系通过下述方式预先确定：
通过仿真平台控制电机运行于多种工况，并确定在每种工况下无位置传感器的阻尼和带宽为多组候选值中的每组候选值时，电机的控制系统的性能指标，其中，每组候选值包括阻尼候选值和带宽候选值；
将在每种工况下对应的性能指标最优的一组候选值确定为：与该种工况的电机运行数据对应的最优阻尼和最优带宽。
4.根据权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，控制系统的性能指标包括稳态性能指标和/或暂态性能指标；
其中，稳态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、电流控制环路的稳定性指标、扭矩控制环路的稳定性指标、电压控制环路的稳定性指标；
其中，暂态性能指标包括以下项之中的至少一项：转子位置的估计偏差、转速的估计偏差。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值的步骤包括：
将能够使所述无位置传感器的阻尼达到所述最优阻尼，且使带宽达到所述最优带宽的所述控制参数的参数值确定为所述最优参数值，
其中，所述控制参数包括以下项之中的至少一项：PI控制参数、滤波截止频率、观测器控制参数。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
确定所述控制系统是否处于工作状态；
当所述控制系统处于工作状态时，确定所述电机是否处于带载运行状态，
其中，当所述电机处于带载运行状态时，执行获取电机的实时运行数据的步骤。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述运行数据包括以下项之中的至少一项：参考扭矩、机械角速度、功率、电压、电流。
8.一种无位置传感器的控制装置，其特征在于，包括：
运行数据获取单元，被配置为获取电机的实时运行数据；
阻尼带宽确定单元，被配置为根据获取的实时运行数据，确定需要无位置传感器达到的最优阻尼和最优带宽，其中，所述电机的控制系统基于所述无位置传感器所估计的所述电机的转子位置对所述电机进行控制；
参数值确定单元，被配置为根据确定的最优阻尼和最优带宽，确定所述无位置传感器的控制参数的最优参数值；
参数值设置单元，被配置为将所述控制参数的参数值设置为确定的最优参数值。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如权利要求1至7中的任意一项所述的无位置传感器的控制方法。
10.一种控制器，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，促使所述处理器执行如权利要求1至7中的任意一项所述的无位置传感器的控制方法。
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