CN108768236A - 电机控制方法、装置、电子调速器和无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种电机控制方法、装置、电子调速器和无人飞行器，所述方法包括：获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref；根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。本发明实施例根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。可以根据当前电池电压U_dc的变化实时调整当前q轴电压u_qref的值，可以避免电池电压变化过大引起的电机控制鲁棒性差的问题，改善了电机控制的鲁棒性，而且不会影响无人飞行器的机动性范围。

Description

电机控制方法、装置、电子调速器和无人飞行器

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种电机控制方法、装置、电子调速器和无人飞行器。

背景技术

无人飞行器是一种通过无线电遥控设备和内置的程序来控制飞行姿态的不载人飞行器，现已广泛应用在军事及民用领域。无人飞行器一般将桨叶搭载在电机上，通过电机转子的转动带动桨叶的转动，通过桨叶的旋转为无人飞行器提供上升或者前进的动力。

无人飞行器多采用锂电池进行供电，在飞行过程中电量会逐渐降低。在某些特定的情况下，当电池给大的负载供电时，电池输出电压还可能存在瞬间被拉低的情况。如果电池输出电压变化明显，会导致电机控制***鲁棒性差，从而造成电机波形失真***效率降低，严重时还有可能导致电机失速，甚至存在炸机的风险。

目前，通常通过设置有功电压给定最大值来防止上述情况发生，但是这种方法降低了无人飞行器的机动性范围，不适用一些机动性范围要求高的无人飞行器。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种不影响无人飞行器的机动性范围且电机控制鲁棒性好的电机控制方法、装置、电子调速器和无人飞行器。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种电机控制方法，所述方法用于电子调速器，所述方法包括：

获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref；

根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。

在一些实施例中，所述当前q轴电压为其中，U_{dc_max}为预设第一电压。

在一些实施例中，所述预设第一电压为U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，0.7≤k≤0.9，U'_{dc_max}为最大母线电压；

所述最大母线电压为所述电子调速器由第一预设油门值下降到第二预设油门值时的电池电压值。

在一些实施例中，所述第一预设油门值为所述电子调速器的油门范围上限值，所述第二预设油门值为所述电子调速器的油门范围下限值。

在一些实施例中，所述方法还包括：

如果所述当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机控制装置，所述装置用于电子调速器，所述装置包括：

当前q轴电压获取模块，用于获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref；

电机控制模块，用于根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。

在一些实施例中，所述当前q轴电压为其中，U_{dc_max}为预设第一电压。

在一些实施例中，所述预设第一电压为U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，0.7≤k≤0.9，U'_{dc_max}为最大母线电压；

所述最大母线电压为所述电子调速器由第一预设油门值下降到第二预设油门值时的电池电压值。

在一些实施例中，所述第一预设油门值为所述电子调速器的油门范围上限值，所述第二预设油门值为所述电子调速器的油门范围下限值。

在一些实施例中，所述装置还包括：

报警指令发送模块，用于如果所述当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子调速器，用于控制电机的运转，所述电子调速器包括电性连接的电机控制器和电机驱动器，所述电机控制器和所述电机驱动器均用于与所述电机电性连接，所述电机控制器包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种无人飞行器，包括：

机身；

设置于所述机身上的飞行控制器、电机及用于控制所述电机运行的电子调速器，所述电子调速器为上述的电子调速器。

第五方面，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被无人飞行器执行时，使所述无人飞行器执行上述的方法。

本发明实施例根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。可以根据当前电池电压U_dc的变化实时调整当前q轴电压u_qref的值，可以避免电池电压变化过大引起的电机控制鲁棒性差的问题，改善了电机控制的鲁棒性，而且不会影响无人飞行器的机动性范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本发明电机控制方法和装置的应用场景示意图；

图1b是本发明电机控制方法和装置的一个应用场景中，电子调速器20的硬件结构示意图；

图2是本发明电机控制方法的一个实施例的流程图；

图3是本发明电机控制方法的一个实施例中电机控制原理示意图；

图4a是采用现有技术的电机控制方法的电机电流波形示意图；

图4b是采用本发明实施例的电机控制方法的电机电流波形示意图；

图5是本发明电机控制装置的一个实施例的结构示意图；

图6是本发明电机控制装置的一个实施例的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电子调速器的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明实施例提供的电机控制方法和装置适用于图1a所示的应用场景，所述应用场景包括无人飞行器100，无人飞行器100包括电机10、电子调速器20和飞行控制器30。其中，飞行控制器30是无人飞行器100的控制***，用于向电子调速器20发送油门控制信号(例如q轴电压输入指令)以及其他控制信号。电子调速器20用于根据飞行控制器30发送的控制信号调整电机10的转速，电机10用于带动无人飞行器100的桨叶(图中未示出)旋转从而为无人飞行器100的飞行提供动力。

请参照图1a和图1b，电子调速器20包括电机驱动器21和电机控制器22，其中，电机驱动器21例如逆变器等。电机控制器22接收电流传感器(图中未示出)检测的来自电机10的两相或三相电流信号(如果检测两相电流信号，另一相电流信号可以通过基尔霍夫原理计算获得)。基于所述三相电流信号，可以获得d轴反馈电流和q轴反馈电流。电机控制器22基于该d轴反馈电流和q轴反馈电流通过一定的控制策略生成控制信号，然后通过该控制信号控制电机驱动器21(例如逆变器)产生电机驱动信号驱动电机10运行。所述控制策略例如电流环、速度环+电流环以及部分电流环(即当前q轴电压直接给定、当前d轴电压通过对d轴电流采用PI调节器闭环输出)等。

例如其中一种部分电流环控制策略，电机控制器22接收飞行控制器30发送的q轴电压输入指令，并获得电机驱动器21的供电电池40的当前电池电压U_dc，基于该二者获得当前q轴电压。当前d轴电压通过对给定d轴电流指令和d轴反馈电流进行PI控制调节获得。电机控制器22依据当前q轴电压、当前d轴电压和当前转子角度θ(可以通过无感控制算法获得)，对当前q轴电压和当前d轴电压进行Park变换和Clarke变换获得三相电压控制信号。电机驱动器21(以电机驱动器21为逆变器为例说明)根据三相电压控制信号，对电池电压U_dc进行PWM调节生成三相电机驱动信号，并将之输出到电机10。

依据当前电池电压U_dc获得当前q轴电压，可以根据电池电压U_dc的变化实时调整当前q轴电压的值，避免电池电压变化过大引起的电机控制鲁棒性差的问题。

其中，无人飞行器100可以是任何合适类型的无人飞行器，例如旋翼无人飞行器，包括典型的四旋翼无人飞行器、双旋翼无人飞行器和六旋翼无人飞行器等，本发明实施例对此不作限定。电机10可以是例如永磁同步电机或异步交流电机等合适类型的电机。

除无人飞行器之外，本发明实施例提供的电机还可以应用到其他各种电机驱动的可移动物体上，例如轮船、机器人等。

图2为本发明实施例提供的电机控制方法的一个实施例的流程示意图，所述电机控制方法可以由图1中的电子调速器20中的电机控制器22执行，如图2所示，所述电机控制方法包括：

101：获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。

其中，电池电压U_dc请参照图1b，为电子调速器20中电机驱动器21的供电电池电压。q轴电压输入指令u_qref0可以是其他控制器或控制芯片发送给电子调速器20的，在电子调速器20用于无人飞行器100的场合，q轴电压输入指令u_qref0可以是无人飞行器100的飞控控制器30发送给电子调速器20的。

具体的，在一些实施例中，根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref，可以是根据当前电池电压U_dc获得一个系数，再将该系数与q轴电压输入指令u_qref0相乘。该系数可以是例如U_dc除以某一电压值的商，即当前q轴电压其中，U_{dc_max}为预设第一电压，在一些实施例中，所述预设第一电压可以是电池满电条件下的电压值，在另一些实施例中，也可以根据最大母线电压U'_{dc_max}获得，例如U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，k可以取值为0.7≤k≤0.9。

考虑到电机降速时会给电池充电，最大母线电压U'_{dc_max}可以通过以下方法获得，选择一个较高的油门值第一预设油门值以及一个较低的油门值第二预设油门值，通过其他控制器(在无人飞行器的场合为飞行控制器30)控制电子调速器20由第一预设油门值下降到第二预设油门值，记录此时的电池电压值作为最大母线电压U'_{dc_max}。

其中，在一些实施例中，第一预设油门值为电子调速器20的油门范围上限值，第二预设油门值为电子调速器20的油门范围下限值。以电子调速器20的油门范围为1200-1900us为例说明，第一预设油门值为1900us，第二预设油门值为1200us。当然，第一预设油门值还可以取其他较大的值，例如1850，第二预设油门值还可以取其他较小的值，例如1250，本发明实施例对此不作限制。

在多个电子调速器共用一个供电电池的场合，例如在某些无人飞行器中多个电机的电子调速器共用一个电池，以四旋翼无人飞行器为例说明，四个电机的电子调速器共用一个供电电池，则获取该最大母线电压U'_{dc_max}时，可以通过飞行控制器控制四个电子调速器同时从第一预设油门值下降到第二预设油门值，以给电池充电，记录下此时的电池电压值作为U'_{dc_max}。

102：根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。

通过步骤101获得了当前q轴电压u_qref，当前d轴电压可以通过对d轴电流采用PI调节器闭环输出。下面以图3为例说明电机控制的具体方法，通过电流传感器(图中未示出)获得电机(图中以永磁同步电机为例)的两相电流ia和ib，另一相电流ic可以通过基尔霍夫原理计算获得，对ia、ib和ic进行Clark变换和Park变换获得当前d轴电流I_d和当前q轴电流Iq。将当前d轴电流I_d和上一时刻的d轴电流I_dref(初始d轴电流为目标d轴电流)的偏差引入PI调节器获得当前d轴电压u_dref。根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。对当前d轴电压u_dref和当前q轴电压u_qref进行Park逆变换并依据转子角度θ(可以通过无感控制算法获得)获得三相电压指令，然后根据三相电压指令对逆变器进行PWM调节输出控制信号到电机。

本发明实施例根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。可以根据当前电池电压U_dc的变化实时调整当前q轴电压u_qref的值，可以避免电池电压变化过大引起的电机控制鲁棒性差的问题，改善了电机控制的鲁棒性，而且不会影响无人飞行器的机动性范围。

本发明实施例提供的电机控制方法，在电池电压变化较大时，仍能保持良好的鲁棒性。请参照图4a和图4b，图4a为采用现有技术的电机控制方法的电机电流波形图，图4b为采用本发明实施例的电机控制方法的电机电流波形图，其中，位于上方的曲线为电机电流波形，位于下方的曲线为线电压波形图。由图中可以看出，图4a中，当电池电压较低时，出现了电流波形失真的情况，而图4b中，电流波形正弦度良好。

在电子调速器20的某些应用场合，例如电子调速器20用于无人飞行器100的场合，如果电池电压较低时，电机的最大转速也会相应降低，如果电池电压低于某一电压值的持续时间超过一定时间，无人飞行器100在空中做各种姿态时将存在风险。因此，为了实现无人飞行器100的安全飞行，当出现上述情况时，即如果当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

其中，报警指令可以发给其他控制器，在电子调速器20用于无人飞行器100的场合，报警指令可以发给飞行控制器30，以使飞行控制器30控制无人飞行器100返航。或者将报警指令发送给遥控器，以使操控者知晓该危险，以及时采取安全措施。

最低电压阈值可以根据电子调速器20的具体应用情况取值，或者根据电子调速器20的具体应用情况通过运算获得，例如，当电子调速器20应用于无人飞行器时，最低电压阈值可以根据无人飞行器100的最大姿态角度、无人飞行器100的重量、无人飞行器10的桨叶出力情况以及当前转速运算获得。

相应的，本发明实施例还提供了一种电机控制装置，所述装置用于电子调速器20，请参照图5，电机控制装置500包括当前q轴电压获取模块501和电机控制模块502。其中，当前q轴电压获取模块501用于获取当前电池电压U_dc和q轴电压输入指令u_qref0，以及根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。电机控制模块502用于根据当前q轴电压获取模块501获得的当前q轴电压u_qref对电机进行控制。

本发明实施例根据当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref。可以根据当前电池电压U_dc的变化实时调整当前q轴电压u_qref的值，可以避免电池电压变化过大引起的电机控制鲁棒性差的问题，改善了电机控制的鲁棒性，而且不会影响无人飞行器的机动性范围。

在电机控制装置500的一些实施例中，所述当前q轴电压为其中，U_{dc_max}为预设第一电压。

其中，在一些实施例中，预设第一电压为U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，0.7≤k≤0.9，U'_{dc_max}为最大母线电压；

所述最大母线电压为所述电子调速器由第一预设油门值下降到第二预设油门值时的电池电压值。

其中，在一些实施例中，所述第一预设油门值为所述电子调速器的油门范围上限值，所述第二预设油门值为所述电子调速器的油门范围下限值。

在电机控制装置500的另一些实施例中，请参照图6，电机控制装置500还包括：

报警指令发送模块503，用于如果所述当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

需要说明的是，上述电机控制装置可执行本发明实施例所提供的电机控制方法，具备执行电机控制方法相应的功能模块和有益效果。未在装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电机控制方法。

如图7所示，本发明实施例还提供了一种电子调速器20，电子调速器20包括电性连接的电机控制器22和电机驱动器21，电机控制器22和电机驱动器21均用于与电机10电性连接，电机控制器22包括：

一个或多个处理器221以及存储器222，图7中以一个处理器221为例。处理器221和存储器222可以通过总线或者其他方式连接，图7中以总线连接为例。

存储器222作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电机控制方法对应的程序指令/单元(例如，附图5所示的当前q轴电压获取模块501和电机控制模块502)。处理器221通过运行存储在存储器222中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行电子调速器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的电机控制方法。

存储器222可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子调速器使用所创建的数据等。此外，存储器222可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器222可选包括相对于处理器221远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子调速器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个单元存储在所述存储器222中，当被所述一个或者多个处理器221执行时，执行上述任意方法实施例中的电机控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-102，实现图5所示的模块501-502、图6所示的模块501-503的功能。

上述电子调速器可执行本发明实施例所提供的电机控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在电子调速器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图7中的一个处理器221，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的电机控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤101-102，实现图5所示的模块501-502、图6所示的模块501-503的功能。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种无人飞行器100，无人飞行器100包括：

机身；

安装于所述机身上的飞行控制器30、电机10及用于控制所述电机10运行的电子调速器20，所述电子调速器20为上述的电子调速器。

上述无人飞行器100包括本发明实施例提供的电子调速器，具备其相应的功能模块和有益效果。未在无人飞行器实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的电子调速器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种电机控制方法，所述方法用于电子调速器，其特征在于，所述方法包括：

获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref；

根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前q轴电压为其中，U_{dc_max}为预设第一电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设第一电压为U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，0.7≤k≤0.9，U'_{dc_max}为最大母线电压；

所述最大母线电压为所述电子调速器由第一预设油门值下降到第二预设油门值时的电池电压值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一预设油门值为所述电子调速器的油门范围上限值，所述第二预设油门值为所述电子调速器的油门范围下限值。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

6.一种电机控制装置，所述装置用于电子调速器，其特征在于，所述装置包括：

当前q轴电压获取模块，用于获取当前电池电压U_dc以及q轴电压输入指令u_qref0，根据所述当前电池电压U_dc以及所述q轴电压输入指令u_qref0获得当前q轴电压u_qref；

电机控制模块，用于根据所述当前q轴电压u_qref，对电机进行控制。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述当前q轴电压为其中，U_{dc_max}为预设第一电压。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设第一电压为U_{dc_max}＝k*U'_{dc_max}，其中，0.7≤k≤0.9，U'_{dc_max}为最大母线电压；

所述最大母线电压为所述电子调速器由第一预设油门值下降到第二预设油门值时的电池电压值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一预设油门值为所述电子调速器的油门范围上限值，所述第二预设油门值为所述电子调速器的油门范围下限值。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

报警指令发送模块，用于如果所述当前电池电压U_dc持续低于最低电压阈值的时间超过预设时间阈值，则发送报警指令。

11.一种电子调速器，用于控制电机的运转，所述电子调速器包括电性连接的电机控制器和电机驱动器，所述电机控制器和所述电机驱动器均用于与所述电机电性连接，其特征在于，所述电机控制器包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5任一项所述的方法。

12.一种无人飞行器，其特征在于，包括：

机身；

设置于所述机身上的飞行控制器、电机及用于控制所述电机运行的电子调速器，所述电子调速器为权利要求11所述的电子调速器。

13.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被无人飞行器执行时，使所述无人飞行器执行权利要求1-5的任一项所述的方法。