CN117767802B - 一种永磁同步电机的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的控制系统及方法，涉及电机控制技术领域，用于解决现有永磁同步电机控制系统在实际应用中的便利性和可操作性存在一定的局限性的问题，本发明包括感知模块、人机交互模块、分析模块及执行模块；感知模块用于通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知，具体包括永磁同步电机的转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据；本发明，通过较为简洁的人机交互界面为用户提供对永磁同步电机更加直观便捷的操控，使非专业人员也能轻松操作和调试永磁同步电机，同时确保了电机的性能和稳定工作。

Description

一种永磁同步电机的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种永磁同步电机的控制系统及方法。

背景技术

永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源的同步电机。与传统的交流异步电机相比，永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度和良好的动态响应等优点。它的工作原理是利用定子上的三相绕组产生旋转磁场，而永磁体则产生与旋转磁场同步的磁场，使得转子跟随旋转磁场运动，从而实现电力转换和驱动负载；永磁同步电机广泛应用于工业领域，如机床、压缩机、风力发电、轨道交通等。由于其高效率和节能特性，它也被越来越多地应用于电动车辆和家用电器等领域。

然而，现有的电机控制系统存在一些问题，限制了其在实际应用中的便利性和可操作性；

首先，现有的电机控制系统通常需要由专业人员进行操控和调试，对于非专业人士来说操作复杂且需要相关的专业知识。这增加了使用电机控制系统的门槛，阻碍了一般用户的使用；

其次，现有的电机控制系统的控制界面通常设计较为繁琐，用户往往需要仔细阅读详细的说明书和参数设置，才能正确地操作电机。这不仅浪费了用户的时间和精力，还容易导致操作错误和误操作，影响电机的性能和稳定运行；

此外，现有的电机控制系统在调试过程中也存在一些困扰，传统的调试方法往往需要人工不断尝试不同的参数设置，通过试错的方式逐渐调整电机的工作状态。这不仅耗时耗力，还需要经验丰富的专业人员进行指导和判断。

因此，需要一种简洁易用的永磁同步电机控制系统，以提供直观、简单的用户界面，使非专业人员也能轻松操作和调试电机，同时保证电机的性能和稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有永磁同步电机控制系统在实际应用中的便利性和可操作性存在一定的局限性的问题，而提出一种永磁同步电机的控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种永磁同步电机的控制系统及方法，包括：

感知模块，用于通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知；

人机交互模块，用于接收用户对永磁同步电机的控制需求并向分析模块进行传输；具体的步骤如下：

首先通过触控屏为用户建立用户界面，用户界面包括若干个控制需求图标，其中控制需求图标由转动方向控制、扭矩控制、功率因数控制、转速增加、加速度控制、转速减小、减速度控制及开关控制组成；再对不同用户使用习惯进行监测，并在检测到用户后对该用户的使用习惯的用户界面进行展示，具体的步骤如下：

首先通过人脸识别技术对操作的用户进行身份识别，当确定用户为已有用户时，则直接展示该用户的使用习惯相对应的用户界面为用户提供展示；当确定用户为新用户时，则建立新用户的用户数据并给予用户新的身份编号存储至数据库中，同时向新用户展示默认的用户控制界面、字体大小及颜色主题，当新用户操作更改字体大小及颜色主题时，保存用户最后关闭时的字体大小及颜色主题；同时获取用户在操作用户界面中的控制需求图标的点击数据，具体的步骤包括：

首先获取用户对不同控制需求图标的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围，将控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别以五个等级进行定义分别使用数字1、2、3、4及5进行替代，数字越大则代表紧急程度或影响范围越大；

再将获取的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别标定为DC、DP、KJ及YF，归一化处理后代入以下公式：以得到级别值JBZ，式中/>分别为点击次数DC与点击频率DP之和的预设权重系数及控制图标紧急程度KJ及控制图标影响范围YF的预设权重系数；将每个控制需求图标计算得到的级别值进行比对，按照大小在用户界面中进行先后顺序的排列，并对不同级别值的控制需求图标按照大小进行不同颜色亮度的设置；

再获取用户在点击控制需求图标后所设置的参数，包括在电机扭矩控制所设置的扭矩参数、功率因数控制所设置的功率参数及转速增加或转速减小所设置的转速参数；

将获取的参数数据同步至数据库中，在用户下次键入参数时直接显示存储的常用参数，用户直接点击常用参数完成输入，免去重复键入的步骤；

分析模块，用于接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析，并将分析结果向执行模块进行传输；

执行模块，用于接收分析模块或人机交互模块传输的调节数据并通过电机驱动器进行相对应的命令执行。

进一步的，所述人机交互模块还用于采用图形化界面对用户进行直观的显示永磁同步电机的运行参数，具体步骤如下：

运行参数包括转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据，将以上显示的数据按照不同的显示页面进行显示，对不同的数据显示页面进行统计，并将不同数据显示页面的用户查看次数按照大小进行排序，按照用户查看次数的占比进行不同显示时间的分配；

在默认显示状态下，对以上不同的数据显示页面按照预设时间进行均分跳转显示，当数据显示页面为十个，预设时间为十分钟，则每个数据显示页面显示一分钟自动调整至下一个数据显示页面；

当获取到了用户对不同数据显示页面查看次数的占比后，则按照数据显示页面占比对不同数据显示页面进行不同时间的显示，即对数据显示页面查看次数占比较高的数据显示页面相对应的显示时间进行相对应的添加，并将每个数据显示页面显示时间存储至数据库中，在用户每次使用后重新更新不同数据显示页面的显示时间并存储，确保用户下次使用时按照用户习惯进行显示。

进一步的，所述分析模块接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析的具体操作步骤如下：

首先获取用户输入的控制需求及相对应的设置参数，并接收感知模块中对永磁同步电机的运行状态感知的实时数据参数，进行相对应的比对，计算差值以得到所需调节的数据，具体的调节数据包括：永磁同步电机的转动方向调节、实时扭矩调节数据、功率因数调节数据、转速调节数据及加速度或减速度调节数据。

进一步的，所述执行模块接收分析模块传输的调节数据进行相对应的命令执行的具体操作步骤如下：

首先接收分析模块传输的所需调节的数据，并通过电机驱动器改变永磁同步电机的所需调节的数据，并对调节后的监测数据反馈至分析模块进行再次分析，判读是否存在异常；还用于接收到分析模块传输的补偿信令时，解析参数的实时差值，并根据实时差值对该参数进行适应性的补偿及修正。

进一步的，所述分析模块还用于接收执行模块执行后反馈的监测数据，并将反馈的监测数据与设置参数数据进行比对计算差值，将得到的差值与第一预设差值进行比对，当实时差值超过第一预设差值时，则生成异常信令向人机交互模块传输，并利用人机交互模块进行预警，再设置第二预设差值，当实时差值低于第一预设差值且同时低于第二预设差值时，则生成补偿信令及分析的实时差值向执行模块进行传输，利用执行模块进行参数的补偿及修正；

同时获取执行模块对不同参数的补偿的次数并记录，设置频率阈值，根据记录的单参数补偿次数计算补偿频率，与预设的频率阈值进行比对，当计算的补偿频率高于预设的频率阈值时，则生成维护信令向人机交互模块发送的同时向管理人员终端进行发送，警示维护人员对异常情况及时维护。

进一步的，所述感知模块通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知的数据具体包括：永磁同步电机的转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据。

一种永磁同步电机的控制方法，包括以下步骤：

S1：首先通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知，并接收用户对永磁同步电机的控制需求；

S2：再为用户建立用户界面，并根据用户的使用习惯在用户下次使用时进行展示；

S3：再接收感知的数据及用户的使用需求进行分析，并得到对永磁同步电机具体的调节数据；

S4：通过得到的调节数据对永磁同步电机进行控制调节，并对调节后的异常数据进行补偿修正或预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明，通过较为简洁的人机交互界面为用户提供对永磁同步电机更加直观便捷的操控，使非专业人员也能轻松操作和调试永磁同步电机，同时确保了电机的性能和稳定工作；

本发明，对用户调节的电机参数进行分析，并实现高效的执行，对执行后电机的运行状态持续进行监测，对异常参数可进行补偿修正或及时预警，避免电机运行的参数不够准确造成更大的损失。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1为本发明的系统总框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，本披露的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本披露说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本披露。如在本披露说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本披露说明书和权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，一种永磁同步电机的控制系统，包括感知模块、人机交互模块、分析模块及执行模块；

感知模块通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知；

具体包括永磁同步电机的转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据；

人机交互模块接收用户对永磁同步电机的控制需求并向分析模块进行传输；

通过触控屏为用户建立用户界面，用户界面包括控制需求图标，控制需求图标包括：转动方向控制、扭矩控制、功率因数控制、转速增加、加速度控制、转速减小、减速度控制及开关控制；其中转动方向控制为永磁同步电机运转的方向进行调节和控制，使其能够正转或反转；扭矩控制是指对永磁同步电机输出的扭矩进行调节和控制，使其能够按需输出所需的扭矩，使用电流控制方式来实现，通过调整电机的电流大小和相位，控制电机输出的扭矩；功率因数控制是指对永磁同步电机的功率因数进行调节和控制，以实现能量的高效利用，通过功率因数修正器对电机的输入电流进行控制和调整，以实现功率因数的优化；转速增加及转速减小为永磁同步电机转速控制，可以通过改变电机的输入电压或频率，或者改变电机的电流进行调节；加速度控制或减速度控制为对永磁同步电机的加速度或减速度进行调节和控制，以实现平滑的启动和停止过程；对不同用户使用习惯进行监测，并在检测到用户后对该用户的使用习惯的用户界面进行展示；

通过人脸识别技术对操作的用户进行身份识别，当确定用户为已有用户时，则直接展示该用户的使用习惯相对应的用户界面为用户提供展示；当确定用户为新用户时，则建立新用户的用户数据并给予用户新的身份编号存储至数据库中，同时向新用户展示默认的用户控制界面、字体大小及颜色主题，当新用户操作更改字体大小及颜色主题时，保存用户最后关闭时的字体大小及颜色主题，同时获取用户在操作用户界面中的控制需求图标的点击数据，具体的包括：

获取用户对不同控制需求图标的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围，将控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别以五个等级进行定义分别使用数字1、2、3、4及5进行替代，数字越大则代表紧急程度或影响范围越大；

再将获取的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别标定为DC、DP、KJ及YF，归一化处理后代入以下公式：以得到级别值JBZ，式中/>分别为点击次数DC与点击频率DP之和的预设权重系数及控制图标紧急程度KJ及控制图标影响范围YF的预设权重系数，并分别取值为1.321和0.981；将所有的控制需求图标计算得到的级别值JBZ进行比对，按照大小在用户界面中进行先后顺序的排列，并对不同级别值的控制需求图标按照大小进行不同颜色亮度的设置，如级别值越大，则控制需求图标亮度越高颜色越深；

再获取用户在点击控制需求图标后所设置的参数，如在电机扭矩控制所设置的扭矩参数、功率因数控制所设置的功率参数及转速增加或转速减小所设置的转速参数；将获取的参数数据同步至数据库中，在用户下次键入参数时直接显示存储的常用参数，用户直接点击参数即可，免去重复键入的步骤；

还用于采用图形化界面对用户进行直观的显示永磁同步电机的运行参数，具体的运行参数包括转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据，将以上显示的数据按照不同的显示页面进行显示，对不同的数据显示页面进行统计，并将不同数据显示页面的用户查看次数按照大小进行排序，并按照用户查看次数的占比进行不同显示时间的分配，在默认显示状态下，通常对以上不同的数据显示页面按照预设时间进行均分跳转显示，如数据显示页面为十个，预设时间为十分钟，则每个数据显示页面显示一分钟自动调整至下一个数据显示页面，当获取到了用户对不同数据显示页面查看次数的占比后，则按照该占比对不同数据显示页面进行不同时间的显示，即对数据显示页面查看次数占比较高的数据显示页面相对应的显示时间进行相对应的添加，并将每个数据显示页面显示时间存储至数据库中，并在用户每次使用后重新更新不同数据显示页面的显示时间并存储，确保用户下次使用时按照用户习惯进行显示。

分析模块接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析，并将分析结果向执行模块进行传输；

获取用户输入的控制需求及相对应的设置参数，并接收感知模块中对永磁同步电机的运行状态感知的实时数据参数，并进行相对应的比对，计算差值以得到所需调节的数据，如转动方向调节、实时扭矩调节数据、功率因数调节数据、转速调节数据及加速度或减速度调节数据；

还用于接收执行模块执行后反馈的监测数据，并将反馈的监测数据与设置参数数据进行比对计算差值，将得到的差值与第一预设差值进行比对，当实时差值超过第一预设差值时，则生成异常信令向人机交互模块传输，并利用人机交互模块进行预警，再设置第二预设差值，当实时差值低于第一预设差值且同时低于第二预设差值时，则生成补偿信令及分析的实时差值向执行模块进行传输，利用执行模块进行参数的补偿及修正；

同时获取执行模块对不同参数的补偿的次数并记录，设置频率阈值，根据记录的单参数补偿次数计算补偿频率，与预设的频率阈值进行比对，当计算的补偿频率高于预设的频率阈值时，则生成维护信令向人机交互模块发送的同时向管理人员终端进行发送，警示维护人员对异常情况及时维护。

执行模块接收分析模块或人机交互模块传输的调节数据并通过电机驱动器进行相对应的命令执行；

接收分析模块传输的所需调节的数据，并通过电机驱动器改变永磁同步电机的所需调节的数据，并对调节后的监测数据反馈至分析模块进行分析，判读是否存在异常；

当接收到分析模块传输的补偿信令时，解析参数的实时差值，并根据实时差值对该参数进行适应性的补偿及修正，确保永磁同步电机的运行参数更加精确。

本发明在使用时，首先通过感知模块中不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知，获取永磁同步电机的转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据，根据人机交互模块接收用户对永磁同步电机的控制需求并向分析模块进行传输，通过触控屏为用户建立用户界面，用户界面包括控制需求图标，对不同用户使用习惯进行监测，并在检测到用户后对该用户的使用习惯的用户界面进行展示，通过人脸识别技术对操作的用户进行身份识别，当确定用户为已有用户时，则直接展示该用户的使用习惯相对应的用户界面为用户提供展示，当确定用户为新用户时，则建立新用户的用户数据并给予用户新的身份编号存储至数据库中，同时向新用户展示默认的用户控制界面、字体大小及颜色主题，当新用户操作更改字体大小及颜色主题时，保存用户最后关闭时的字体大小及颜色主题，同时获取用户在操作用户界面中的控制需求图标的点击数据，以分析计算得到所有控制需求图标的级别值，按照大小在用户界面中进行先后顺序的排列，并对不同级别值的控制需求图标按照大小进行不同颜色亮度的设置，级别值越大，则控制需求图标亮度越高颜色越深，再获取用户在点击控制需求图标后所设置的参数，同步至数据库中，在用户下次键入参数时直接显示存储的常用参数，用户直接点击参数即可，免去重复键入的步骤；并采用图形化界面对用户进行直观的显示永磁同步电机的运行参数；再通过分析模块接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析，并将分析结果向执行模块进行传输，利用执行模块中的电机驱动器对永磁同步电机运行参数进行调节。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，包括：

感知模块，用于通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知；

人机交互模块，用于接收用户对永磁同步电机的控制需求并向分析模块进行传输；具体的步骤如下：

首先通过触控屏为用户建立用户界面，用户界面包括若干个控制需求图标，其中控制需求图标由转动方向控制、扭矩控制、功率因数控制、转速增加、加速度控制、转速减小、减速度控制及开关控制组成；再对不同用户使用习惯进行监测，并在检测到用户后对该用户的使用习惯的用户界面进行展示，具体的步骤如下：

首先通过人脸识别技术对操作的用户进行身份识别，当确定用户为已有用户时，则直接展示该用户的使用习惯相对应的用户界面为用户提供展示；当确定用户为新用户时，则建立新用户的用户数据并给予用户新的身份编号存储至数据库中，同时向新用户展示默认的用户控制界面、字体大小及颜色主题，当新用户操作更改字体大小及颜色主题时，保存用户最后关闭时的字体大小及颜色主题；同时获取用户在操作用户界面中的控制需求图标的点击数据，具体的步骤包括：

首先获取用户对不同控制需求图标的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围，将控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别以五个等级进行定义分别使用数字1、2、3、4及5进行替代；

再将获取的点击次数、点击频率、控制图标紧急程度及控制图标影响范围分别标定为DC、DP、KJ及YF，归一化处理后代入以下公式：以得到级别值JBZ，式中/>分别为点击次数DC与点击频率DP之和的预设权重系数及控制图标紧急程度KJ及控制图标影响范围YF的预设权重系数；将每个控制需求图标计算得到的级别值进行比对，按照大小在用户界面中进行先后顺序的排列，并对不同级别值的控制需求图标按照大小进行不同颜色亮度的设置；

再获取用户在点击控制需求图标后所设置的参数，包括在电机扭矩控制所设置的扭矩参数、功率因数控制所设置的功率参数及转速增加或转速减小所设置的转速参数；

将获取的参数数据同步至数据库中，在用户下次键入参数时直接显示存储的常用参数，用户直接点击常用参数完成输入；

分析模块，用于接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析，并将分析结果向执行模块进行传输；

执行模块，用于接收分析模块传输的调节数据并通过电机驱动器进行相对应的命令执行。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述人机交互模块还用于采用图形化界面对用户进行直观的显示永磁同步电机的运行参数，具体步骤如下：

运行参数包括转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据，将以上显示的数据按照不同的显示页面进行显示，对不同的数据显示页面进行统计，并将不同数据显示页面的用户查看次数按照大小进行排序，按照用户查看次数的占比进行不同显示时间的分配；

在默认显示状态下，对以上不同的数据显示页面按照预设时间进行均分跳转显示，当数据显示页面为十个，预设时间为十分钟，则每个数据显示页面显示一分钟自动调整至下一个数据显示页面；

当获取到了用户对不同数据显示页面查看次数的占比后，则按照数据显示页面占比对不同数据显示页面进行不同时间的显示，即对数据显示页面查看次数占比较高的数据显示页面相对应的显示时间进行相对应的添加，并将每个数据显示页面显示时间存储至数据库中，在用户每次使用后重新更新不同数据显示页面的显示时间并存储，使用户下次使用时按照用户习惯进行显示。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述分析模块接收感知模块获取的数据结合用户的使用需求进行分析的具体操作步骤如下：

首先获取用户输入的控制需求及相对应的设置参数，并接收感知模块中对永磁同步电机的运行状态感知的实时数据参数，进行相对应的比对，计算差值以得到所需调节的数据，具体的调节数据包括：永磁同步电机的转动方向调节、实时扭矩调节数据、功率因数调节数据、转速调节数据及加速度或减速度调节数据。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述执行模块接收分析模块传输的调节数据进行相对应的命令执行的具体操作步骤如下：

首先接收分析模块传输的所需调节的数据，并通过电机驱动器改变永磁同步电机的所需调节的数据，并对调节后的监测数据反馈至分析模块进行再次分析，判读是否存在异常；还用于接收到分析模块传输的补偿信令时，解析参数的实时差值，并根据实时差值对该参数进行适应性的补偿及修正。

5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述分析模块还用于接收执行模块执行后反馈的监测数据，并将反馈的监测数据与设置参数数据进行比对计算差值，将得到的差值与第一预设差值进行比对，当实时差值超过第一预设差值时，则生成异常信令向人机交互模块传输，并利用人机交互模块进行预警，再设置第二预设差值，当实时差值低于第一预设差值且同时低于第二预设差值时，则生成补偿信令及分析的实时差值向执行模块进行传输，利用执行模块进行参数的补偿及修正；

同时获取执行模块对不同参数的补偿的次数并记录，设置频率阈值，根据记录的单参数补偿次数计算补偿频率，与预设的频率阈值进行比对，当计算的补偿频率高于预设的频率阈值时，则生成维护信令向人机交互模块发送的同时向管理人员终端进行发送。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述感知模块通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知的数据具体包括：永磁同步电机的转动方向、实时扭矩数据、功率因数数据、转速数据、加速度或减速度数据。

7.一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的一种永磁同步电机的控制系统，包括以下步骤：

S1：首先通过不同的传感器对永磁同步电机的运行状态进行感知，并接收用户对永磁同步电机的控制需求；

S2：再为用户建立用户界面，并根据用户的使用习惯在用户下次使用时进行展示；

S3：再接收感知的数据及用户的使用需求进行分析，并得到对永磁同步电机具体的调节数据；

S4：通过得到的调节数据对永磁同步电机进行控制调节，并对调节后的异常数据进行补偿修正或预警。