CN105490611B - 一种电机控制方法及空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制方法及空调，用于解决对于电机的角速度的调节效果较差的技术问题。所述方法包括：确定所述电机当前的频率属于第一频率范围；其中，所述电机的频率被划分为M个频率范围，所述第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为正整数；确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；根据确定的K_P和K_I，对所述电机的角速度进行PI调节。

Description

一种电机控制方法及空调

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电机控制方法及空调。

背景技术

PI(proportional integral，比例积分)调节，可以在***出现偏差的时候立即产生调节作用以减小偏差，起到消除***误差的作用，PI调节方式作为电机控制领域的一种较为常用的调节方式，可以用于对电机计算模型中的速度环和电流环进行调节，而作为PI调节中的重要系数，比例系数K_P和积分系数K_I对于PI调节的影响也比较大。

目前，在电机的运行过程中，一般是采用同一组K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节。然而，当电机的运行频率较低时，电机的反电动势也较低，由于噪音等因素的影响，将导致反电动势的检测不太准确，当电机的运行频率较高时，容易进入过调制，过调制的调节方式一般与线性调制的调节方式也会有所差异，所以，如果在电机的整个运行过程中都采用同一组K_P和K_I进行PI调节的话，对于电机的角速度的调节效果也会较差，容易造成电机工作电流和频率不稳的情况发生，还可能导致电机工作状态很不稳定。

发明内容

本申请提供一种电机控制方法及空调，用于解决对于电机的角速度的调节效果较差的技术问题。

第一方面，提供一种电机控制方法，包括：

确定所述电机当前的频率属于第一频率范围；其中，所述电机的频率被划分为M个频率范围，所述第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为正整数；

确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；

根据确定的K_P和K_I，对所述电机的角速度进行PI调节。

第二方面，提供一种空调，包括：

电机；

处理器，与所述电机连接，用于确定所述电机当前的运行频率属于第一频率范围；确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I；以及根据确定的K_P和K_I，对所述电机的角速度进行PI调节；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；所述电机的运行频率被划分为M个频率范围，所述第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为大于1的整数。

本申请中，可以将电机的运行频率划分为M个频率范围，再根据与电机当前的运行频率对应的第一频率范围，确定对应的比例系数K_P和积分系数K_I，再通过对应的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，也就是说，可以根据电机的运行频率进行分频率段的PI调节，在不同的频率段采用不同的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，以达到分频率段控制的目的。

在不同的频率段采用对应的K_P和K_I进行PI调节，可以尽量与电机的当前实际运行状态相符，这样可以尽量提高调节的准确性，以达到快速稳定的控制目的，增强对电机的角速度的调节效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中电机控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中空调的结构示意图。

具体实施方式

本申请提供一种电机的电机控制方法及空调，用于解决对于电机的角速度的调节效果较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案总体思路如下：

本申请中，可以将电机的运行频率划分为M个频率范围，再根据与电机当前的运行频率对应的第一频率范围，确定对应的比例系数K_P和积分系数K_I，再通过对应的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，也就是说，可以根据电机的运行频率进行分频率段的PI调节，在不同的频率段采用不同的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，以达到分频率段控制的目的。

在不同的频率段采用对应的K_P和K_I进行PI调节，可以尽量与电机的当前实际运行状态相符，这样可以尽量提高调节的准确性，以达到快速稳定的控制目的，增强对电机的角速度的调节效果。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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做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。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例中的电机可以是永磁无刷直流电机，例如该电机可以使用在空调设备中。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参见图1，本发明实施例提供一种电机控制方法，该方法的流程描述如下。

步骤101：确定电机当前的运行频率属于第一频率范围；其中，电机的运行频率被划分为M个频率范围，第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个。其中，M为正整数，例如可以为1，2，3，4，等等，较优地，为了使得可以将电机的运行频率划分为多个频率段再分别以对应的K_P和K_I进行PI调节，M可以为大于1的整数。

电机的运行频率，例如可以表示电机1秒内的转数，运行频率的单位可以是转数/秒，或者也可以是HZ(赫兹)。

可选的，可以将电机的运行频率划分M个频率范围。例如，可以将电机的运行频率划分为3个频率范围，例如可以将小于等于20HZ的频率段称作是低频率范围，将20HZ到70HZ的频率段称作是中频率范围，将大于等于70HZ的频率段称作是高频率范围，等等，而本发明实施例中的第一频率范围可以是上述3个频率范围中的任意一个。

步骤102：确定与第一频率范围对应的K_P和K_I。

在确定当前的运行频率属于第一频率范围之后，可以确定与第一频率范围对应的K_P和K_I，具体来说，本发明实施例中的确定K_P和K_I，是指确定K_P的值以及确定K_I的值，例如确定K_P的值是2，K_I的值是1.5，等等。

可选的，至少可以通过以下两种方式确定与第一频率范围对应的K_P和K_I。

第一种方式：

可选的，确定与第一频率范围对应的K_P和K_I，包括：

查询预先存储的频率范围与K_P、K_I的对应关系，确定与第一频率范围对应的K_P和K_I。

也就是说，可以预先储存与M个频率范围分别对应的M组K_P、KI的对应关系，而对应关系例如可以是指一张对应关系表，例如如表1。

表1

频率范围	KP	KI
			≤20HZ	33	1.5
20HZ～70HZ	75	3
			≥70HZ	138	5.3

其中，频率可以根据不同的电机的性能对应设置，而K_P和K_I可以尽量按照K_P是K_I的20～30倍的经验值进行大概设定。

通过直接查找对应关系的方式，可以直接快速获得与第一频率范围对应的K_P和K_I，这样可以便于快速实现PI调节的转换，以尽量提高PI调节的准确性和及时性。

另外，在低频率段，由于反电动势很小以及控制电压很小，造成基于反电动势模型检测电机转数误差较大等原因，采用较大的K_P和K_I有利于控制的稳定性，在高频率段，由于电机转数检测比较准确而且波动较小，即使采用较小的K_P和K_I也能够很好地进行调节和控制，并且理论上来说，较小的K_P和K_I有利于阶跃响应，过冲较小，调节比较缓慢，不容易发生波形震荡，等等。

第二种方式：

可选的，确定与第一频率范围对应的K_P和K_I，包括：

确定与第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型；其中，K_P计算模型用于计算K_P，K_I计算模型用于计算K_I；

根据第一K_P计算模型计算K_P，以及根据第一K_I计算模型计算K_I。

也就是说，可以在电机的运行过程中，通过运行程序计算获得与第一频率范围对应的K_P和K_I，这样可以动态、实时地获得与电机的当前运行状态最匹配的K_P和K_I，以尽量保证PI调节的实时性和准确性。

例如，可以预先存储有与M个频率范围一一对应的K_P计算模型和K_I计算模型的对应关系，例如也可以是一张对应关系表。例如，与第一频率范围对应的K_P计算模型和K_I计算模型即是第一K_P计算模型和第一K_I计算模型，通过程序的运行，再根据计算模型即可以计算出与第一频率范围对应的K_P和K_I，以尽量保证当电机以第一频率范围运行时，能够减少其它因素的影响而获得较好的PI调节效果。

通过第二种确定K_P和K_I的方式，可以动态地根据电机的运行频率的变化实时计算获得K_P和K_I，及时性较好，可以在最大程度上与电机的当前运行状态相匹配，以尽量提高PI调节的准确性。

另外，通过第二种方式计算K_P和K_I，在具体实施过程中，可以具有多种计算方式，为了便于本领域技术人员理解，以下以两种计算方式进行说明。

第一种计算方式：

可选的，M个频率范围为三个频率范围，其中，三个频率范围以第一临界频率f₁和第二临界频率f₂作为分界点，对电机的频率进行划分而获得，三个频率范围分别为f≤f₁、f₁＜f＜f₂和f≥f₂，f表示电机当前的运行频率；

确定与第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型，包括：

若所述第一频率范围是f≤f₁，则确定为第一K_P计算模型，以及确定为第一K_I计算模型；

若第一频率范围是f≥f₂，则确定为第一K_P计算模型，以及确定为第一K_I计算模型；

其中，J表示电机的转动惯量，P表示电机的电机极对数，n₁、n₂均为常数且n₁＜n₂，f_B1为小于等于f₁的频率，f_B2为大于等于f₂的频率，可见f_B1＜f_B2。

在具体实施过程中，f_B1和f_B2以根据电机的传递函数对应的赋值衰减3dB进行确定，也就是说，f_B1和f_B2与电机的传递函数对应的赋值衰减3dB有关。

在第一种计算方式中，是以将电机的运行频率划分为三个频率范围为例。

只要确定了第一临界频率和第二临界频率，则可以计算与三个频率范围分别对应的K_P和K_I。其中，第一临界频率和第二临界频率可以根据电机的性能而定，例如，第一临界频率是20HZ，第二临界频率是70HZ，等等。

在f₁＜f＜f₂的频率范围内，本发明实施例又提供两种计算K_P和K_I的方式。

第一种，是根据电机当前的运行频率实时进行计算，这样的方式精度较高。

第二种，是以f₁＜f＜f₂频率段的中间频率(即)表征f₁＜f＜f₂整个频率段，这样的计算方式与在f≤f₁和f≥f₂两个频率段的计算原理相同，这样可以减少数据量，也可以减少由于太频繁的PI调剂转换而引起的突变对点电机产生负面影响，由于第二种方法，存在K_p、K_I由较小的数到较大的数变化趋势，例如K_p从100变到200，并且不是连续变化的，需要避免K_p、K_I突变造成控制问题，最简单的控制方法是采用低通滤波器原理让K_p、K_I从小到大连续(缓慢)变化。

其中K_p(0)＝K_p1，T_s为低通滤波时间常数，T_i为计算周期，T_i＜T_s，n为整数，表示处于第几个计算周期，K_p1和K_p2分别表示在低频率段(例如f≤f₁)和高频率段(f≥f₂)的K_p。

另外，由于f₁≤f₂时，由于积分系数K_I一般比比例系数K_P小很多，而K_P是按照线形增加，而K_I是按照增加，所以要求否则K_I将会增加过大，不利于***稳定性控制。

在第一种计算方式中，只需预先存储f_B1、f_B2、n₁、n₂、J、P这些数值，具体来说，例如可以是在设备出厂之前预先存储设备中的EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，带电可擦可编程只读存储器)中。

第二种计算方式：

可选的，M个频率范围为三个频率范围，其中，三个频率范围以第一临界频率f₁和第二临界频率f₂作为分界点，对电机的运行频率进行划分而获得，三个频率范围分别为f≤f₁、f₁＜f＜f₂和f≥f₂，f表示电机当前的频率；预先存储α、β、K_P2和K_I2，其中，α为的值，β为的值，K_P2表示与f≥f₂对应的K_P，K_I2表示与f≥f₂对应的K_I；

确定与第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型，包括：

若第一频率范围是f≤f₁，则确定K_P＝α·K_P2为第一K_P计算模型，以及确定K_I＝β·K_I2为第一K_I计算模型；

若所述第一频率范围是f₁＜f＜f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；

若所述第一频率范围是f≥f₂，则确定K_P＝K_P2为所述第一K_P计算模型，以及确定K_I＝K_I2为所述第一K_I计算模型。

相对于第一种计算方式来说，在第二种计算方式中，需要预先存储在高频率段(即f≥f₂)的K_P(即K_P2)和K_I(即K_I2)，而K_P2和K_I2可以是在设备出厂之前，按照第一种计算方式计算获得的。

在具体实施过程中，当f≤f₁时，可以采用较小的K_P和KI对PI调节进行控制，当f≥f₂时，可以采用较大的K_P和KI对PI调节进行控制。

步骤103：根据确定的K_P和K_I，对电机的角速度进行PI调节。

在根据第一频率范围确定对应的K_P和K_I之后，可以根据确定的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节。

本申请中，可以将电机的运行频率划分为M个频率范围，再根据与电机当前的运行频率对应的第一频率范围，确定对应的比例系数K_P和积分系数K_I，再通过对应的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，也就是说，可以根据电机的运行频率进行分频率段的PI调节，在不同的频率段采用不同的K_P和K_I对电机的角速度进行PI调节，以达到分频率段控制的目的。

在不同的频率段采用对应的K_P和K_I进行PI调节，可以尽量与电机的当前实际运行状态相符，这样可以尽量提高调节的准确性，以达到快速稳定的控制目的，增强对电机的角速度的调节效果。

参见图2，基于同一发明构思，本发明实施例提供一种空调，该空调包括：

电机201；

处理器202，与电机201连接，用于确定电机201当前的运行频率属于第一频率范围；确定与第一频率范围对应的K_P和K_I；以及根据确定的K_P和K_I，对电机201的角速度进行PI调节；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；电机201的运行频率被划分为M个频率范围，第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为大于1的整数。

具体来说，处理器202可以是CPU(中央处理器)、MCU(Motor control unit，电机控制电路)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定应用集成电路)，可以是一个或多个用于控制程序执行的集成电路，可以是基带芯片，等等。

电机201可以是永磁无刷直流电机，等等。

电机201和处理器202之间可以通过专门的连接线进行电性连接，通过连接作用，处理器202可以获取电机201的运行参数，同时，处理器202还可以向电机发送控制指令用于控制电机201的运行。

进一步地，本发明实施例中的空调还可以包括存储器，存储器的数量可以是一个或多个，存储器可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或磁盘存储器，等等。

通过对处理器202进行设计编程，可以将前述电机控制方法所对应的代码固化到芯片内，从而使芯片在运行时能够执行前述电机控制方法，如何对处理器202进行设计编程为本领域技术人员所公知的技术，这里不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以对本发明的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：

确定所述电机当前的运行频率属于第一频率范围；其中，所述电机的运行频率被划分为M个频率范围，所述第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为正整数；

确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；

根据确定的K_P和K_I，对所述电机的角速度进行PI调节；

其中，确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I，包括：确定与所述第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型；其中，K_P计算模型用于计算K_P，K_I计算模型用于计算K_I；根据所述第一K_P计算模型计算K_P，以及根据所述第一K_I计算模型计算K_I；

其中，所述方法还包括如下的内容1或内容2：

内容1：

所述M个频率范围为三个频率范围，其中，所述三个频率范围通过以第一临界频率f₁和第二临界频率f₂作为分界点，对所述电机的频率进行划分而获得，所述三个频率范围分别为f≤f₁、f₁＜f＜f₂和f≥f₂，f表示所述电机当前的运行频率；确定与所述第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型，包括：若所述第一频率范围是f≤f₁，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f≥f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f₁＜f＜f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型，或者，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；其中，J表示所述电机的转动惯量，P表示所述电机的电机极对数，n₁、n₂均为常数且n₁＜n₂，f_B1为小于等于f₁的频率，f_B2为大于等于f₂的频率；

内容2：

所述M个频率范围为三个频率范围，其中，所述三个频率范围通过以第一临界频率f₁和第二临界频率f₂作为分界点，对所述电机的频率进行划分而获得，所述三个频率范围分别为f≤f₁、f₁＜f＜f₂和f≥f₂，f表示所述电机当前的频率；预先存储α、β、K_P2和K_I2，其中，α为的值，β为的值，f_B1为小于等于f₁的频率，f_B2为大于等于f₂的频率，K_P2表示与f≥f₂对应的K_P，K_I2表示与f≥f₂对应的K_I；确定与所述第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型，包括：若所述第一频率范围是f≤f₁，则确定K_P＝α·K_P2为所述第一K_P计算模型，以及确定K_I＝β·K_I2为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f₁＜f＜f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f≥f₂，则确定K_P＝K_P2为所述第一K_P计算模型，以及确定K_I＝K_I2为所述第一K_I计算模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I，还包括：

查询预先存储的频率范围与K_P、K_I的对应关系，确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I。

3.一种空调，其特征在于，包括：

电机；

处理器，与所述电机连接，用于确定所述电机当前的运行频率属于第一频率范围；确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I；以及根据确定的K_P和K_I，对所述电机的角速度进行PI调节；其中，K_P为比例积分PI调节中的比例系数，K_I为PI调节中的积分系数；所述电机的运行频率被划分为M个频率范围，所述第一频率范围是所述M个频率范围中的任意一个，M为正整数；

其中，所述处理器用于：确定与所述第一频率范围所对应的第一K_P计算模型和第一K_I计算模型；其中，K_P计算模型用于计算K_P，K_I计算模型用于计算K_I；根据所述第一K_P计算模型计算K_P，以及根据所述第一K_I计算模型计算K_I，

其中，所述M个频率范围为三个频率范围，其中，所述三个频率范围通过以第一临界频率f₁和第二临界频率f₂作为分界点，对所述电机的频率进行划分而获得，所述三个频率范围分别为f≤f₁、f₁＜f＜f₂和f≥f₂，f表示所述电机当前的运行频率；

所述空调还包括如下内容1或内容2所述的特征：

内容1：

所述处理器用于：若所述第一频率范围是f≤f₁，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f≥f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f₁＜f＜f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型，或者，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；其中，J表示所述电机的转动惯量，P表示所述电机的电机极对数，n₁、n₂均为常数且n₁＜n₂，f_B1为小于等于f₁的频率，f_B2为大于等于f₂的频率；

内容2：

所述空调还包括存储装置，用于：预先存储α、β、K_P2和K_I2，其中，α为的值，β为的值，n₁、n₂均为常数且n₁＜n₂，f_B1为小于等于f₁的频率，f_B2为大于等于f₂的频率，K_P2表示与f≥f₂对应的K_P，K_I2表示与f≥f₂对应的K_I；所述处理器用于：若所述第一频率范围是f≤f₁，则确定K_P＝α·K_P2为所述第一K_P计算模型，以及确定K_I＝β·K_I2为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f₁＜f＜f₂，则确定为所述第一K_P计算模型，以及确定为所述第一K_I计算模型；若所述第一频率范围是f≥f₂，则确定K_P＝K_P2为所述第一K_P计算模型，以及确定K_I＝K_I2为所述第一K_I计算模型。

4.如权利要求3所述的空调，其特征在于，所述处理器还用于：

查询预先存储的频率范围与K_P、K_I的对应关系，确定与所述第一频率范围对应的K_P和K_I。