CN110535387A - 电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质，该方法包括：实时获取所述电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样所述电机控制器的输出电流及输出电压；根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，所述参考夹角预设值大于所述电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。本发明实施例通过根据根据参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值以实现实时调整电机控制器的指令电流的幅值，从而保证永磁同步电机保持同步的效果。

Description

电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质
技术领域
本发明实施例涉及永磁同步电机变频控制领域，尤其涉及一种电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
永磁同步电机无位置传感器矢量控制的难点是低速带载启动和运行，因此很多控制方案在低速时都采用闭环电流，即I/F控制，I/F控制工作在速度开环，电流闭环状态，如图1所示，一般会提前规划好电流的幅值并根据开环的速度随旋转坐标系同步旋转，在不同的频率下运行下以固定的电流运行，不管负载是空载还是重载。目前规划电流幅值有以下两种方法：
1)在不同的频率下固定为恒定的值，由于要保证重载能够运行不失步，所以固定的值一般都比较大，电机额定电流或者电机额定电流以上。然而此方法在不同的负载下控制器的输出电流都是一样的，如果负载是空载，理论上电流接近于零，但是采用固定电流的方法实际电流却很大，就会在电机电阻上产生很大的铜耗，造成整个电机控制***的效率很低，无法起到控制器应有的节能的效果。
2)针对负载特性，在不同的频率下规划不同的电流幅值，可以是线性的也可以是指数形式，前提是每次的负载随频率的变化都是固定的。然而此方法中，虽然电机控制器输出的电流随频率的变化而变化，但是这种变化是离线规划好的，每次变化的规律都是相同的，因此只能针对相同规律的负载才有意义，如果负载类型发生了改变，很可能导致电机失步，无法启动。
发明内容
本发明实施例针对上述负载为空载时电机的电阻铜耗大，电机控制***的控制效率低，以及负载的类型发生变化而导致永磁同步电机失步，无法启动的问题，本发明实施例提供一种电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质，以实时调整电机控制器的指令电流的幅值，从而保证永磁同步电机保持同步，同时降低空载时的电机的电阻铜耗，提高机控制***的控制效率。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是：提供一种电流幅值调节方法，用于调整电机控制器中指令电流的幅值，且所述电机控制器用于实现永磁同步电机的变频控制，包括：
实时获取所述电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样所述电机控制器的输出电流及输出电压；
根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；
根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，所述参考夹角预设值大于所述电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
优选地，所述根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时获取参考夹角反馈值，包括：
将所述输出电流进行坐标变换，获得直角坐标系下的输出电流；
将所述直角坐标系下的输出电流按照所述功率因数角做旋转变换，获得旋转坐标系下的输出电流；
根据所述输出电压获取输出电压有效值；
根据所述功率因数角、旋转坐标系下的输出电流和输出电压有效值实时计算所述参考夹角反馈值。
优选地，所述参考夹角反馈值根据以下计算值获取：
其中，为参考夹角反馈值，为δ为所述电机控制器的发波信号的功率因数角，iδ为所述定子电流信号对应的电流大小，V为所述输出电压的有效值，R为所述永磁同步电机的等效电阻；所述Xq＝2π×f×Lq，且f为所述电机控制器的输出电压的频率，Lq为所述永磁同步电机的q轴的电感值。
优选地，所述电机控制器包括PI调节器，所述根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，包括：
使用所述PI调节器生成所述指令电流的幅值，所述PI调节器的输入为所述参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，所述PI调节器的输出为所述指令电流的幅值。
优选地，所述参考夹角预设值为且
其中，ψm为所述永磁同步电机的转子产生的磁链，Ld为所述永磁同步电机的d轴电感值，Lq为所述永磁同步电机的q轴的电感值，Is为所述电机控制器的上一个电流幅值调整周期时发出的指令电流的幅值，α为常数，且10°＜α＜45°。
本发明实施例还提供一种电流幅值调节***，用于调整电机控制器中指令电流的幅值，且所述电机控制器用于实现永磁同步电机的变频控制，包括：
获取模块，用于实时获取所述电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样所述电机控制器的输出电流及输出电压；
计算模块，用于根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；
调整模块，用于根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，所述参考夹角预设值大于所述电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
优选地，所述计算模块包括：
变换子单元，用于将所述输出电流进行坐标变换，获得直角坐标系下的输出电流；
旋转单子元，用于将所述直角坐标系下的输出电流按照所述功率因数角做旋转变换，获得旋转坐标系下的输出电流；
获取子单元，用于根据所述输出电压获取输出电压有效值；
计算子单元，用于根据所述功率因数角、功率因数角方向的输出电流和输出电压有效值实时计算参考夹角反馈值。
优选地，所述电机控制器包括PI调节器，所述调整模块具体用于：使用所述PI调节器生成所述指令电流的幅值，所述PI调节器的输入为所述参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，所述PI调节器的输出为所述指令电流的幅值。
本发明实施例还提供一种电流幅值调节机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电流幅值调节方法的步骤。
本发明实施例还提供一种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程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电流幅值调节方法的步骤。
本发明实施例的电流幅值调节方法、***、设备及计算机可读存储介质，通过实时调整电机控制器输出的指令电流的幅值，使得电机控制器能够根据负载的不同，实时调整输入永磁同步电机保持同步的电流，避免了由于负载发生改变，而输入负载的电流无法跟随负载改变而改变的问题，使得永磁同步电机时刻保持同步，同时，由于指令电流的幅值根据负载的变化而变化，使得在空载时，输入负载的电流为0，从而实现了降低空载时的电机的电阻铜耗，提高机控制***的控制效率的效果。
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的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的电流幅值调节方法的流程示意图；
图2是本发明另一实施例提供的电流幅值调节方法的流程示意图；
图3是本发明一实施例提供的电流幅值调节方法中输出电流在直角坐标系下的示意图；
图4是本发明一实施例提供的电流幅值调节方法中直角坐标系下的输出电流在获得旋转坐标系下的示意图；
图5是本发明一实施例提供的电流幅值调节***的一示意图图；
图6是本发明一实施例提供的电流幅值调节设备的一示意图。
具体实施方式
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在电机控制器运行过程中，当输出的电磁转矩与负载转矩达到平衡时，定子电流与q轴之间的夹角为一个定值(记为)，此时永磁同步电机的转子与电流矢量会保持同步旋转。当负载转矩增大时，由于电机控制器输出的电磁转矩小于负载转矩，此时永磁同步电机将会减速，定子电流与q轴之间的夹角将会减小，输出电磁转矩将会增大，定子电流矢量与q轴的夹角将会在一个新的位置达到平衡状态。同理，当负载转矩减小时，永磁同步电机将会加速，夹角将会增大，输出电磁转矩将会减小，同样会在一个新的位置达到平衡，这种特性称之为“转矩-功角自平衡”特性。但是如果负载转矩大于电流所能输出的最大电磁转矩时，夹角会减小至小于的区域，此时电机输出转矩会继续减小，电机会失去稳定运行的条件，产生失步故障，因此电动状态下自平衡区域的角度范围如下：
所以如果能够控制在自平衡的区域内就不会失步。
为此，本发明实施例提供了一种电流幅值调节方法，通过对电机控制器输出的指令电流的幅值进行调整，使得定子电流与q轴之间的夹角实时保持在自平衡区域，从而使得永磁同步电机保持同步的目的。
在一实施例中，如图1所示，提供一种电流有效值调节方法，该方法可应用电机控制器，且该方法包括如下步骤：
S10：实时获取电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样电机控制器的输出电流及输出电压。
其中，发波信号是指电机控制器对输入永磁同步电机的电压或者电流进行控制时，所发出的控制信号；功率因数角是指电机控制器的发波信号中的电压和电流的相位差；电机控制器的输出电流即为输入永磁同步电机的定子电流。具体地，由于电机控制器的发波信号一般为电流信号或者电压信号，因此，可以通过计算电机控制器输出的电流和电压之间的相位差得到功率因数角。另外，通过获取采样电路实时采样电机控制器的输出电流和输出电压。
S20：根据功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值。
其中，参考夹角反馈值为定子电流与q轴之间的夹角。
结合图2，该步骤具体可包括：
S21：将输出电流进行坐标变换(即克拉克变换)，获得直角坐标系下的输出电流。
输出电流在直角坐标系下的示意图可如图3所示。将输出电流进行坐标变换，以将输出电流的三个相位投影到直角坐标系内，使得三相的输出电流等效为d轴电流和q轴电流。
S22：将直角坐标系下的输出电流按照功率因数角做旋转变换(即帕克变换)，获得旋转坐标系下的输出电流。
直角坐标系下的输出电流在获得旋转坐标系下的示意图可如图4所示。
S23：根据输出电压获取输出电压有效值。
S24：根据功率因数角、旋转坐标系下的输出电流和输出电压有效值实时计算参考夹角反馈值。
该步骤具体可以使用PI调节器生成指令电流的幅值，其中，PI调节器的输入为参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，PI调节器的输出为指令电流的幅值。
其中，参考夹角反馈值根据以下计算式(1)获取：
其中，为参考夹角反馈值，为δ为电机控制器的发波信号的功率因数角，iδ为旋转坐标系下的输出电流，V为输出电压的有效值，R为永磁同步电机的等效电阻；Xq＝2π×f×Lq，且f为电机控制器的输出电压的频率，Lq为永磁同步电机的q轴的电感。
S30：根据参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，夹角预设值大于电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
考虑到永磁同步电机的稳定性，夹角预设值通常会留有一定的裕量，假设夹角预设值为裕量为α，则夹角预设值为且
其中，ψm为永磁同步电机的转子产生的磁链，Ld为永磁同步电机的d轴电感，Lq为永磁同步电机的q轴的电感，Is为电机控制器的上一个电流幅值调整周期时发出的指令电流的幅值，α为常数，且10°＜α＜45°。
该实施例通过调整指令电流的幅值，使得当负载增加时，指令电流的幅值也增大，当负载减小时，指令电流的幅值也减少，从而改变定子电流与q轴之间的夹角从而控制在自平衡的区域内，这样既可以保证永磁同步电机同步，也可以维持***的稳定性。
在一实施例中，提供一种电流幅值调节***，该电流幅值调节***与上述实施例中电流幅值调节方法一一对应。如图5所示，该电流幅值调节***包括获取模块10、计算模块20和调整模块30。其中：
获取模块10，用于实时获取电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样电机控制器的输出电流及输出电压。
计算模块20，用于根据功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；
调整模块30，用于根据参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，参考夹角预设值大于电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
在具体实现时，上述计算模块20还包括：变换子单元21、旋转子单元22、获取子单元23和计算子单元24。其中：
变换子单元21，用于将输出电流进行坐标变换(即克拉克变换)，获得直角坐标系下的输出电流。
旋转子单元22，用于将直角坐标系下的输出电流按照功率因数角做旋转变换(即帕克变换)，获得旋转坐标系下的输出电流。
获取子单元23，用于根据输出电压获取输出电压有效值。
计算子单元24，用于根据功率因数角、功率因数角方向的输出电流和输出电压有效值实时计算参考夹角反馈值。需要说明的是，计算子单元24主要通过以下计算式(3)计算得到参考夹角反馈值：
其中，为参考夹角反馈值，为δ为电机控制器的发波信号的功率因数角，iδ为旋转坐标系下的输出电流，V为输出电压的有效值，R为永磁同步电机的等效电阻。Xq＝2π×f×Lq，且f为电机控制器的输出电压的频率，Lq为永磁同步电机的q轴的电感。
调整模块30具体用于：使用PI调节器生成指令电流的幅值，PI调节器的输入为参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，PI调节器的输出为指令电流的幅值。其中，调整模块30具体通过以下计算式(4)计算得到参考夹角预设值：且
其中，ψm为永磁同步电机的转子产生的磁链，Ld为永磁同步电机的d轴电感值，Lq为永磁同步电机的q轴的电感值，Is为电机控制器的上一个电流幅值调整周期时发出的指令电流的幅值，α为常数，且10°＜α＜45°。
本实施例中的电流幅值调节***与上述图1对应实施例中的电流幅值调节方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种电流幅值调节设备6，该设备6具体可以是电机控制器，如图6所示，该电流幅值调节设备6包括存储器61和处理器62，存储器61中存储有可在处理器62执行的计算机程序，且处理器62执行计算机程序时实现如上所述电流幅值调节方法的步骤。
本实施例中的电流幅值调节设备6与上述图1对应实施例中的电流幅值调节方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述电流幅值调节方法的步骤。本实施例中的计算机可读存储介质与上述图1对应实施例中的电流幅值调节方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的电流幅值调节方法、***及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的电流幅值调节***实施例仅仅是示意性的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；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精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流幅值调节方法，用于调整电机控制器中指令电流的幅值，且所述电机控制器用于实现永磁同步电机的变频控制，其特征在于，所述方法包括：
实时获取所述电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样所述电机控制器的输出电流及输出电压；
根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；
根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，所述参考夹角预设值大于所述电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
2.如权利要求1所述的电流幅值调节方法，其特征在于，所述根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值，包括：
将所述输出电流进行坐标变换，获得直角坐标系下的输出电流；
将所述直角坐标系下的输出电流按照所述功率因数角做旋转变换，获得旋转坐标系下的输出电流；
根据所述输出电压获取输出电压有效值；
根据所述功率因数角、旋转坐标系下的输出电流和输出电压有效值实时计算所述参考夹角反馈值。
3.如权利要求2所述的电流幅值调节方法，其特征在于，所述参考夹角反馈值根据以下计算式获取：
其中，为参考夹角反馈值，δ为所述电机控制器的发波信号的功率因数角，iδ为所述旋转坐标系下的输出电流，V为所述输出电压的有效值，R为所述永磁同步电机的等效电阻；所述Xq＝2π×f×Lq，且f为所述电机控制器的输出电压的频率，Lq为所述永磁同步电机的q轴的电感。
4.如权利要求1所述的电流幅值调节方法，其特征在于，所述电机控制器包括PI调节器，所述根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，包括：
使用所述PI调节器生成所述指令电流的幅值，所述PI调节器的输入为所述参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，所述PI调节器的输出为所述指令电流的幅值。
5.如权利要求1所述的电流幅值调节方法，其特征在于，所述参考夹角预设值为且
其中，ψm为所述永磁同步电机的转子产生的磁链，Ld为所述永磁同步电机的d轴电感值，Lq为所述永磁同步电机的q轴的电感值，Is为所述电机控制器的上一个电流幅值调整周期时发出的指令电流的幅值，α为常数，且10°＜α＜45°。
6.一种电流幅值调节***，用于调整电机控制器中指令电流的幅值，且所述电机控制器用于实现永磁同步电机的变频控制，其特征在于，包括：
获取模块，用于实时获取所述电机控制器的发波信号的功率因数角，并实时采样所述电机控制器的输出电流及输出电压；
计算模块，用于根据所述功率因数角、输出电流和输出电压实时计算参考夹角反馈值；
调整模块，用于根据所述参考夹角反馈值和参考夹角预设值实时调整指令电流的幅值，所述参考夹角预设值大于所述电机控制器输出的电磁转矩达到最大时的电流相位角。
7.如权利要求6所述的电流幅值调节***，其特征在于，所述计算模块包括：
变换子单元，用于将所述输出电流进行坐标变换，获得直角坐标系下的输出电流；
旋转子单元，用于将所述直角坐标系下的输出电流按照所述功率因数角做旋转变换，获得旋转坐标系下的输出电流；
获取子单元，用于根据所述输出电压获取输出电压有效值；
计算子单元，用于根据所述功率因数角、功率因数角方向的输出电流和输出电压有效值实时计算参考夹角反馈值。
8.如权利要求7所述的电流幅值调节***，其特征在于，所述电机控制器包括PI调节器，所述调整模块具体用于：使用所述PI调节器生成所述指令电流的幅值，所述PI调节器的输入为所述参考夹角预设值和参考夹角反馈值的差值，所述PI调节器的输出为所述指令电流的幅值。
9.一种电流幅值调节设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述电流幅值调节方法的步骤。
10.一种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程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述电流幅值调节方法的步骤。
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