CN105515489A - 一种电机转速控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机转速控制方法及装置。所述方法包括获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。本发明解决油烟机类有风量要求的智能电器的电机转速调节控制问题，实现当外部风压变化导致负载变化时，自动调节电机转速以保证满足风量需求的效果；本发明还实现了在外部风压变化时，将电机转速稳定在最大转速，进而满足噪声要求的功能；达到了在空载或轻载条件下电机运行稳定的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及自动控制技术，尤其涉及一种电机转速控制方法及装置。
背景技术
随着社会的不断发展，人们越来越重视电器的节能环保性能和智能化性能。为了保障智能电器满足运行稳定、节能环保及噪音低等要求，设计人员做出了大量的努力。
目前，很多设计人员从室内的空气质量、节能环保及智能性等方面入手，对智能电器进行改进。例如专利申请号为201410143579.7的申请文件公开了一种抽油烟机恒风量降噪控制方法及其***。该申请文件的方案公开了通过判断当前电机转速是否大于预先设置的最高转速，如果当前电机转速大于预先设置的最高转速，通过直接调整电流的方式来降低转速，以实现控制电机转速和降低噪音的功能。但是，该申请文件公开的技术方案在轻载或者空载时，电机极易出现转速波动，影响电机性能。
发明内容
本发明提供一种电机转速控制方法及装置，以实现稳定电机转速，降低整机噪音，提升用户舒适度的功能。
第一方面，本发明实施例提供了一种电机转速控制方法，包括：
获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；
获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；
根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电机转速控制装置，该装置包括：
电流环参考值确定单元，用于获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；
电流环输出值确定单元，用于获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；
电机驱动信号确定单元，用于根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
本发明通过获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。本发明解决油烟机类有风量要求的智能电器的电机转速调节控制问题，实现当外部风压变化导致负载变化时，电机控制器自动调节电机转速以保证满足风量需求的效果；本发明还实现了在外部风压变化时，电机控制器将电机转速稳定在最大转速，进而满足噪声要求的功能；达到了在空载或轻载条件下电机运行稳定的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种电机转速控制方法的流程图；
图2a是本发明实施例二中的一种电机转速控制方法中转速保护步骤的流程图；
图2b是本发明实施例二中的一种电机转速控制方法中转速调节步骤的流程图；
图3a是本发明实施例三中的一种电机转速控制方法中转速保护步骤的流程图；
图3b是本发明实施例三中的一种电机转速控制方法中转速调节步骤的流程图；
图4是本发明实施例四中的一种电机转速控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电机转速控制方法的流程图，本实施例可适用于外部风压变化时，电机对转速进行自动调节的情况，该方法可以由电机转速控制装置来执行，具体包括如下步骤：
步骤110、获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值。
其中，电机转速为电机转子的角速度。所述当前转速为采样时刻电机转子的角速度。优选的，获取电机的当前转速包括获取电机转子的当前角度，根据所述当前角度确定所述当前转速。可以通过霍尔传感器检测电机运转过程中转子所处的区间及对应的角度，以得到该霍尔位置下理想的电角度。通过所述电角度对时间的积分可以确定该霍尔位置对应的瞬时角速度，即为当前转速。可选的，还可以利用无位置传感器确定转子在当前位置下理想的电角度。
所述设定最高转速为当前电机的最大转速。将所述设定最高转速作为转速环的参考值，根据所述设定最高转速调节当前转速，以达到使当前转速稳定于所述设定最高转速的值附近，实现转速保护功能，进而满足噪音要求。将根据所述设定最高转速调节当前转速得到的调节值作为电流环参考值IsRef进行比例积分(PI)运算。
步骤120、获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值。
其中，电机的三相电流为电机三相定子绕组上的电流。可以将采样电阻与电机的定子绕组串联，通过计算采样电阻上通过的电流分别确定电机三相定子绕组的电流Ia、Ib和Ic。优选的，在获取电机三相定子绕组上的电流之后，对所述三相定子绕组的电流Ia、Ib和Ic进行坐标变换得到两相电流，将所述两相电流与电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值。例如，由于已知当前霍尔位置对应的电角度、电机三相定子绕组的电流Ia、Ib和Ic，根据克拉克(Clarke)和帕克(Park)变换将直角坐标系中电机三相定子绕组的电流Ia、Ib和Ic变换至旋转坐标系下的d轴和q轴电流分量id和iq。计算d轴电流分量id与设定的电流环参考值Idref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到d轴电压分量Vd。由上述步骤中确定的电流环参考值IsRef作为q轴电流分量的电流环参考值Iqref，计算q轴电流分量iq与电流环参考值Iqref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到q轴电压分量Vq。将上述d轴电压分量Vd以及q轴电压分量Vq作为电流环输出值。
步骤130、根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
其中，所述电机的驱动信号为占空比可调的脉冲信号，通过调节脉冲信号的占空比可以调整电机转速。优选的，在获得电流环输出值之后，对所述电流环输出值进行坐标逆变换得到三相定子绕组的电压信号。根据所述三相定子绕组的电压信号确定用于控制电机转速的电机驱动信号。例如，由于已知当前霍尔位置对应的电角度、d轴电压分量Vd和q轴电压分量Vq，通过帕克(Park)逆变换将旋转坐标系下的q轴电压分量Vq和d轴电压分量Vd变换至二轴正交坐标系下的α轴电压分量Vα和β轴电压分量Vβ。然后，通过克拉克(Clarke)逆变换将二轴正交坐标系下的α轴电压分量Vα和β轴电压分量Vβ变换至直角坐标系中a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc。通过空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)对所述a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc进行调制得到用于控制电机转速的脉冲信号，根据所述脉冲信号驱动电机按照确定的转速运行。其中，电机的转速由所述脉冲信号的占空比确定。
本实施例的技术方案，通过获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。本实施例的技术方案解决油烟机类有风量要求的智能电器的电机转速调节控制问题，实现当外部风压变化导致负载变化时，自动调节电机转速以保证满足风量需求的效果；本发明还实现了在外部风压变化时，将电机转速稳定在最大转速，进而满足噪声要求的功能；达到了在空载或轻载条件下电机运行稳定的效果。
实施例二
图2a是本发明实施例二中的一种电机转速控制方法中转速保护步骤的流程图。本实施例的技术方案在上述实施例的基础上，进一步限定了根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值的方式，具体包括如下步骤：
步骤210、获取电机的当前转速。
将霍尔传感器固定在定子铁心的硅钢片上，并与电机控制器电连接。电机控制器通过所述霍尔传感器可以确定电机运转过程中转子所处的区间及对应的角度，以得到该霍尔位置下理想的电角度。例如，电机控制器通过霍尔传感器确定转子当前处于60°-120°区间，对应的角度为150°，则将150°作为该霍尔位置下理想的电角度。通过所述电角度对时间的积分可以确定该霍尔位置对应的瞬时角速度，即为当前转速。此外，还可以利用光反射法、磁电法、光栅法和无位置传感器等获得电机转子的当前转速。
步骤220、将当前转速与设定最高转速进行PI运算。
将预先设定的最高转速作为比例积分(PI)运算的参考值，通过电机控制器计算当前转速与所述设定最高转速的偏差量。
步骤230、将PI运算的结果作为电流环最大目标值。
将上述偏差量作为电流环最大目标值。
步骤240、判断电流环设定目标值是否大于电流环最大目标值，若是，则执行步骤250，若否，则执行步骤260。
其中，电流环设定目标值由转速环给定，即将转速环的输出值作为电流环的设定目标值。并且，电流环设定目标值的取值范围为电机最大可持续运行电流和最小可持续运行电流之间。比较该电流环设定目标值与所述电流环最大目标值。若所述电流环设定目标值大于所述电流环最大目标值，则执行步骤250；若所述电流环设定目标值小于或等于所述电流环最大目标值，则执行步骤260。
步骤250、将电流环最大目标值作为电流环参考值进行PI运算。
通过电机电流采样及坐标变换得到电机电流的q轴电流分量iq和d轴电流分量id。在所述电流环设定目标值大于所述电流环最大目标值时，电流环最大目标值作为q轴电流分量的电流环参考值Iqref，将电流环参考值Iqref与所述q轴电流分量iq进行比例积分(PI)运算。参见图2b所示，计算q轴电流分量iq与电流环参考值Iqref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到q轴电压分量Vq。计算d轴电流分量id与设定的电流环参考值Idref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到d轴电压分量Vd。由于已知当前霍尔位置对应的电角度、d轴电压分量Vd和q轴电压分量Vq，通过帕克(Park)逆变换和克拉克(Clarke)逆变换确定直角坐标系中a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc。通过空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)对所述a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc进行调制得到用于控制电机转速的脉冲信号，根据所述脉冲信号驱动电机按照确定的转速运行。其中，电机的转速由所述脉冲信号的占空比确定。
步骤260、将电流环设定目标值作为电流环参考值进行PI运算。
通过电机电流采样及坐标变换得到电机电流的q轴电流分量iq和d轴电流分量id。在所述电流环设定目标值小于或等于所述电流环最大目标值时，将所述电流环设定目标值作为q轴电流分量的电流环参考值Iqref，将电流环参考值Iqref与所述q轴电流分量iq进行比例积分(PI)运算。然后，根据对比例积分运算的结果进行坐标逆变换以及空间矢量脉宽调制(SVPWM)得到用于控制电机转速的脉冲信号，根据所述脉冲信号驱动电机按照确定的转速运行。其中，电机的转速由所述脉冲信号的占空比确定。具体比例积分运算过程、坐标逆变换过程及脉宽调制过程与步骤250相同，此处不再赘述。
本实施例的技术方案，通过电机电流采样并计算得到当前电机运行的电流，将上述电流与电流环设定目标电流作比较，使电机稳定运行在电流环设定目标电流。在外部风压变大时，由于电机电流不变，负载变轻，电机控制器会自动提高电机转速，以保证满足风量需求。并且，在外部风压减小时，电机控制器会自动降低电机转速，以保证满足风量需求。同时，限制电机转速趋近于设定最高转速，进而满足噪声要求。
实施例三
图3a是本发明实施例三中的一种电机转速控制方法中转速保护步骤的流程图。本实施例的技术方案在上述实施例的基础上，进一步限定了根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值，具体包括如下步骤：
步骤310、获取电机的当前转速。
通过所述霍尔传感器可以确定电机运转过程中转子所处的区间及对应的角度，以得到该霍尔位置下理想的电角度。具体计算过程与上述实施例相同，此处不再赘述。
步骤320、判断当前转速是否大于设定最高转速，若是，则执行步骤330，若否，则执行步骤310。
电机控制器将当前转速与设定最高转速进行比较。在当前转速大于设定最高转速时，执行步骤330；在当前转速小于或等于设定最高转速时，返回执行步骤310。
步骤330、进入转速闭环控制状态，通过对所述当前转速进行比例积分运算确定转速环的输出值。
电机控制器进入转速闭环控制状态，参见图3b所示，计算当前转速与设定最高转速的偏差量，对所述偏差量进行比例积分运算(PI)得到转速环的输出值，该输出值为电流环参考值Iqref。
步骤340、将所述转速环的输出值作为电流环参考值进行PI运算。
参见图3b所示，通过电机电流采样及坐标变换得到电机电流的q轴电流分量iq和d轴电流分量id。计算q轴电流分量iq与电流环参考值Iqref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到q轴电压分量Vq。计算d轴电流分量id与设定的电流环参考值Idref的偏差量，对所述偏差量进行比例积分(PI)运算得到d轴电压分量Vd。由于已知当前霍尔位置对应的电角度、d轴电压分量Vd和q轴电压分量Vq，通过帕克(Park)逆变换和克拉克(Clarke)逆变换确定直角坐标系中a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc。通过空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)对所述a轴电压分量Va、b轴电压Vb和c轴电压分量Vc进行调制得到用于控制电机转速的脉冲信号，根据所述脉冲信号驱动电机按照确定的转速运行。其中，电机的转速由所述脉冲信号的占空比确定。
本实施例的技术方案，通过限制电机转速在设定最高转速以下，进而满足噪声要求。同时，控制电机在外部风压变化时自动调整转速，满足风量需求。
实施例四
图4是本发明实施例四中的一种电机转速控制装置的结构示意图。本装置包括：
电流环参考值确定单元410，用于获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；
电流环输出值确定单元420，用于获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；
电机驱动信号确定单元430，用于根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
本实施例的技术方案，通过电流环参考值确定单元410获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；通过电流环输出值确定单元420获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；并采用电机驱动信号确定单元430根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。本实施例的技术方案解决油烟机类有风量要求的智能电器的电机转速调节控制问题，实现当外部风压变化导致负载变化时，自动调节电机转速以保证满足风量需求的效果；本发明还实现了在外部风压变化时，将电机转速稳定在最大转速，进而满足噪声要求的功能；达到了在空载或轻载条件下电机运行稳定的效果。
进一步的，所述电流环参考值确定单元410具体用于：
获取电机转子的当前角度，根据所述当前角度确定所述当前转速。
进一步的，所述电流环参考值确定单元410具体用于：
将所述当前转速与设定最高转速进行比例积分运算得到电流环最大目标值；
确定所述电流环最大目标值与电流环设定目标值中较小的参数为电流环参考值；或，
将所述当前转速与设定最高转速进行比较；
在当前转速大于设定最高转速时，进入转速闭环控制状态，通过对所述当前转速进行比例积分运算确定转速环的输出值；
根据所述转速环的输出值确定电流环参考值。
进一步的，所述电流环输出值确定单元420，包括：
电流获取子单元，用于获取电机三相定子绕组上的电流；
电流环输出值确定子单元，用于对所述电流进行坐标变换得到两相电流，将所述两相电流与电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值。
进一步的，所述电流环输出值确定子单元具体用于：
对所述电流环输出值进行坐标逆变换得到三相定子绕组的电压信号；
根据所述三相定子绕组的电压信号确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
上述电机转速控制装置可执行本发明任意实施例所提供的电机转速控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种电机转速控制方法，其特征在于，包括：
获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；
获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；
根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取电机的当前转速，包括：
获取电机转子的当前角度，根据所述当前角度确定所述当前转速。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值，包括：
将所述当前转速与设定最高转速进行比例积分运算得到电流环最大目标值；
确定所述电流环最大目标值与电流环设定目标值中较小的参数为电流环参考值；或，
将所述当前转速与设定最高转速进行比较；
在当前转速大于设定最高转速时，进入转速闭环控制状态，通过对所述当前转速进行比例积分运算确定转速环的输出值；
根据所述转速环的输出值确定电流环参考值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值，包括：
获取电机三相定子绕组上的电流；
对所述电流进行坐标变换得到两相电流，将所述两相电流与电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号，包括：
对所述电流环输出值进行坐标逆变换得到三相定子绕组的电压信号；
根据所述三相定子绕组的电压信号确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
6.一种电机转速控制装置，其特征在于，包括：
电流环参考值确定单元，用于获取电机的当前转速，根据所述当前转速与设定最高转速确定电流环参考值；
电流环输出值确定单元，用于获取电机的三相电流，根据所述三相电流及所述电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值；
电机驱动信号确定单元，用于根据所述电流环输出值确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流环参考值确定单元具体用于：
获取电机转子的当前角度，根据所述当前角度确定所述当前转速。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流环参考值确定单元具体用于：
将所述当前转速与设定最高转速进行比例积分运算得到电流环最大目标值；
确定所述电流环最大目标值与电流环设定目标值中较小的参数为电流环参考值；或，
将所述当前转速与设定最高转速进行比较；
在当前转速大于设定最高转速时，进入转速闭环控制状态，通过对所述当前转速进行比例积分运算确定转速环的输出值；
根据所述转速环的输出值确定电流环参考值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流环输出值确定单元，包括：
电流获取子单元，用于获取电机三相定子绕组上的电流；
电流环输出值确定子单元，用于对所述电流进行坐标变换得到两相电流，将所述两相电流与电流环参考值进行比例积分运算得到电流环输出值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电流环输出值确定子单元具体用于：
对所述电流环输出值进行坐标逆变换得到三相定子绕组的电压信号；
根据所述三相定子绕组的电压信号确定用于控制电机转速的电机驱动信号。
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