CN110932633B

CN110932633B - 一种电机控制方法、装置及变频控制器

Info

Publication number: CN110932633B
Application number: CN201811102178.1A
Authority: CN
Inventors: 蒋德凯
Original assignee: Hangzhou Leaderway Electronics Co ltd
Current assignee: Hangzhou Leaderway Electronics Co ltd
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: US20210175829A1; WO2020057427A1; US11404985B2; EP3872981A4; EP3872981A1; CN110932633A

Abstract

本申请实施例提供了一种电机控制方法、装置及变频控制器，该方法包括对指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩；根据所述目标转矩计算目标电流；判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值；若所述目标电流幅值大于所述电流限幅值，则对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制；根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制。本申请通过对转矩和电流的限幅，实现电机的限流控制。

Description

一种电机控制方法、装置及变频控制器

【技术领域】

本申请涉及电机控制技术领域，更具体的说，涉及一种电机控制方法、装置及变频控制器。

【背景技术】

近年来，随着节能要求的不断提高，对电机进行变频调速控制的需求越来越大。对电机进行变频控制时，普遍采用FOC(field-oriented control：磁场定向控制)控制算法；为了保持***稳定性及可靠性，根据电流进行限流控制是一个重要的保护功能。

【发明内容】

有鉴于此，本申请提供了一种电机控制方法、装置及变频控制器，实现电机限流控制。

为解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种电机控制方法，包括以下步骤：

对指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩；

根据所述目标转矩计算目标电流；

判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值；

若所述目标电流幅值大于所述电流限幅值，则对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制；

根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制。

一种电机控制装置，包括：

转矩限幅模块，用于对指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩；

目标电流计算模块，用于根据所述目标转矩计算目标电流；

判断模块，用于判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值；

电流限幅模块，用于当所述目标电流幅值大于所述电流限幅值，对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制；

电机控制模块，用于根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制。

一种变频控制器，用于控制电机，其特征在于，包括上述的电机控制装置。

本申请实施例提供了一种电机控制方法、装置及变频控制器，先通过对指令转矩进行限幅后，得到目标转矩，后根据目标转矩计算目标电流，再对目标电流进行限幅判断后、进行限幅控制，最后根据限幅控制后的电流分量进行电机控制，实现电机限流控制。

【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的实施例，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为本申请实施例提供的一种电机控制方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种电机控制方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的电机频率控制环路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电机控制装置的示意框图。

【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。

本申请实施例提供了一种电机控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S11：对指令转矩Ti进行限幅控制，得到目标转矩T^*；

S12：根据所述目标转矩T^*计算目标电流Ig；其中，目标电流Ig表征电机的驱动电流；

S13：判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值Imax；其中，电流限流值Imax为***、如上位机设定，当目标电流大于该值时，需要进行限频或降频处理，对电机进行限频或降频处理后，目标电流将会降低，从而实现过流保护；

S14：若所述目标电流幅值大于所述电流限幅值，则对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制；其中，电流分量可以包括q轴电流分量和d轴电流分量；

S15：根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制。

其中，指令转矩Ti为***，如上位机根据预设值和电机的反馈值产生的、为使驱动电机的参数达到预设要求输出的转矩；其中，预设值可以为转速目标值、电机的反馈值可以为电机转速的反馈值。或者，在恒转矩控制模式下，指令转矩Ti为***、如上位机设定。但是，在某些情况下，如负载增大或输入电压降低，此时若盲目为了满足驱动电机的参数达到预设要求，将出现过流现象。因此，一个稳定的电机驱动***或者控制器不仅要兼顾电机实际参数满足预设要求，也要同时实现限电流保护功能，避免经常出现过流停机现象。而本申请实施例提供的一种电机控制方法，在电流达到限电流值时，实现限降频保护；在正常工作时，限流保护功能的设置不会影响驱动电机的参数达到预设要求，又防止了频繁执行过流保护。

在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供了另一种电机控制方法，如图2所示，在步骤S11：对指令转矩Ti进行限幅控制，得到目标转矩T^*之前，还包括步骤S111和S112；

S111：获取目标转速ω^*和反馈转速ω_f；其中，目标转速ω^*由***、如上位机设定；反馈转速ω_f为电机实际运行的转速；

S112：根据目标转速ω^*和反馈转速ω_f计算指令转矩Ti；

另一个实施例中，步骤S12：根据目标转矩T^*计算目标电流包括步骤:

S121：根据所述目标转矩T^*获取所述目标电流Ig的电流分量；

S122：根据所述目标电流Ig的电流分量计算目标电流的总量Is；

本实施例中，步骤S13判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值Imax,包括判断所述目标电流的总量幅值是否大于电流限幅值Imax。为进一步解释控制原理，本申请实施例提供了一种电机频率控制环路示意图，如图3所示。本实施例依靠电流环的快速响应，限制电机电流的最大值，从而达到对电机转速的限频或降频，进而降低电机电流，实现限流保护。

在上述实施例中，步骤S121具体为根据目标转矩T^*获取目标电流的d轴电流分量Id^*和q轴电流分量Iq^*，即，目标电流的电流分量包括d轴电流分量Id^*和q轴电流分量Iq^*。分配原则可以根据预设的目标电流与q/d轴的夹角来进行，也可以根据其他方式进行分配，本申请对此不作限定。

步骤S122根据目标电流的电流分量计算目标电流的总量Is的幅值|Is|中，

步骤S13判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值Imax,包括判断所述目标电流的总量幅值是否大于电流限幅值Imax，即判断|Is|是否大于Imax。本实施例中，对目标电流的电流分量进行电机控制为对q、d轴电流分量进行电流限幅控制，具体包括以下步骤：

判断q轴电流分量Iq^*是否大于或等于电流限幅值Imax，如果是，则q轴电流分量Iq’^*等于Imax电流限幅值、d轴电流分量Id’^*为0,即,

Iq’^*＝Imax,Id’^*＝0；

如果q轴电流分量Iq^*小于电流限幅值Imax，则q轴电流分量Iq’^*保持不变,即Iq’^*＝Iq^*,而d轴电流分量Id’^*为电流限幅值Imax与q轴电流分量Iq’^*的平方差的开方，即，

其中，Iq’^*和Id’^*表示电流限幅控制后的q轴和d轴电流分量。

需要说明的是，本申请中，电流分量表示电流的幅值，q/d轴电流分量为q/d轴电流的幅值。

本实施例中，优先满足q轴电流需求，从而尽量保证了驱动电机的力矩。而在另一个实施例中，也可以优先满足d轴电流需求，从而保证电机的磁力大小。本实施例中，目标电流的总量幅值|Is|仍为所述d轴电流分量Id*和q轴电流分量Iq*的平方和的开方，即，

其中，步骤S14中，对目标电流的电流分量进行电流限幅控制包括以下步骤：

判断d轴电流分量Id^*是否大于或等于所述电流限幅值Imax，如果是，则令电流限幅控制后的d轴电流分量Id’^*等于电流限幅值Imax、q轴电流分量Iq’^*为0,即，

Id’^*＝Imax,Iq’^*＝0；

如果d轴电流分量Id^*小于电流限幅值Imax，则d轴电流分量Id’^*不变，即Id’^*＝Id^*，q轴电流分量Iq’^*为电流限幅值Imax与d轴电流分量Id’^*的平方差的开方，即，

除上述提供的实施例外，本申请还提供了一种实施例，该实施例中，步骤S12：根据目标转矩计算目标电流包括，根据所述目标转矩获取所述目标电流的总量Is及分量角度θ；其中分量角度θ为目标电流的总量Is与d轴的夹角；

步骤S13判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值包括判断所述目标电流的总量Is是否大于电流限幅值Imax，即，判断|Is|与Imax的大小；

所述对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制包括：

令电流限幅控制后的目标电流的q轴电流分量Iq'^*＝Imax*sinθ；

令电流限幅控制后的目标电流的d轴电流分量Id'^*＝Imax*cosθ。

进一步的，本申请实施例还提供了一种电机控制方法，当进入电流限幅控制、对目标电流Ig进行q/d轴电流限幅控制后，计算反馈转矩Tlimit，其中反馈转矩Tlimit为电机极对数P、反电动势常数Ke与q轴电流分量Iq’^*乘积的1.5倍,即，

Tlimit＝1.5*P*Ke*Iq'^*。

在本实施例中，步骤S11对所述指令转矩Ti进行限幅控制，得到目标转矩T^*可以为，对反馈转矩Tlimit和预设转矩Tmax进行比较，取两者中的较小值作为指令转矩Ti的最大幅值，被限幅控制后的指令转矩Ti为目标转矩T^*，如图3所示。其中，Tmax为***、如上位机根据电机的驱动参数或工况信息或保护信息等信息预先设定。

在另一个实施例中，步骤S112：根据目标转速ω^*和反馈转速ω_f计算指令转矩Ti包括，

计算目标转速ω^*和反馈转速ω_f的差值△ω，再根据差值△ω和目标转速ω^*，利用速度环PI算法计算指令转矩Ti；

步骤S15：根据限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制包括：根据限幅控制后的目标电流的电流分量，进行电流环控制。其中，目标电流可以包括幅值、q/d轴电流等信息，因此具体可以为，根据限幅控制后的目标电流的q/d轴电流分量对电机进行电流环控制。

为了进一步阐述本申请技术方案的优势，对已有的一种电机控制方法进行描述，该控制方法根据电机电流进行限降频处理，从而实现过流保护。该方法一般包括以下步骤：

1)当电机实际运行电流Irun小于Ihold时，不进入保护，电机自由运行；

2)当电机实际运行电流Irun大于等于Ihold，小于Idown时，进入限频保护，电机以当前转速运行；

3)当电机实际运行电流Irun大于等于Idown，小于Istop时，进入降频保护，电机以加速度acc进行降频运行，直到Irun小于Idown；

4)当电机实际运行电流Irun大于Istop时，则停机报错。

其中，Ihold<Idown<Istop。

该方法由于响应速度较慢，在负载快速变化情况下，无法及时响应，容易出现过流停机保护。同时，需做大量实验才能决定Ihold，Idown，Istop，acc，否则容易引起电机运转频率的震荡，导致转速无法稳定，降低了控制的可靠性。

相较于上述已有的一种电机控制方法，本申请实施例提供的一种电机控制方法具有以下优点：

1)快速的对电机电流的最大值进行限制，使电机快速的限频或降频；

2)在限频或降频时不会产生转速震荡现象，使转速稳定到某一较低转速；

3)避免了限降频时的噪音的产生。

基于上述本申请实施例提供的电机控制方法，本申请还提供了一种电机控制装置，具体如图4所示，包括：转矩限幅模块11、目标电流计算模块12、判断模块13、电流限幅模块14和电机控制模块15。

转矩限幅模块11，用于对指令转矩Ti进行限幅控制，得到目标转矩T^*；

目标电流计算模块12，用于根据目标转矩T^*计算目标电流Ig；

判断模块13，用于判断目标电流Ig幅值是否大于电流限幅值Imax；

电流限幅模块14，用于当目标电流幅值大于所述电流限幅值，对目标电流的电流分量进行电流限幅控制；

电机控制模块15，用于根据限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制。

在一个实施例中，指令转矩Ti通过目标转速ω^*和反馈转速ω_f计算得到，其中该电机控制装置还包括：

转矩获取模块，用于获取目标转速ω^*和反馈转速ω_f；

指令转矩计算模块，用于根据目标转速ω^*和反馈转速ω_f计算指令转矩Ti。比如首先计算目标转速ω^*和反馈转速ω_f的差值△ω，再根据差值△ω和目标转速ω^*，利用速度环PI算法计算指令转矩Ti；

目标电流的电流分量包括d轴电流分量Id^*和q轴电流分量Iq^*；目标电流的总量Is为d轴电流分量Id^*和q轴电流分量Iq^*的平方和的开方，即，

上述判断模块13具体用于判断目标电流的总量Is是否大于电流限幅值Imax；电流限幅模块14包括：

q轴电流分量判断单元：判断q轴电流分量Iq^*是否大于或等于电流限幅值Imax；

第一电流分量计算单元：用于当所述q轴电流分量大于或等于所述电流限幅值时，令限幅控制后的q轴电流分量Iq^’*等于电流限幅值Imax、d轴电流分量Id^’*为0；如果q轴电流分量Iq^*小于电流限幅值Imax，则q轴电流分量Iq^’*不变，即Iq^’*＝Iq^*，d轴电流分量Id^’*为电流限幅值Imax与q轴电流分量Iq’^*的平方差的开方，即，

上述电流限幅模块14也可以包括：

d轴电流分量判断单元：用于判断d轴电流分量Id^*是否大于或等于电流限幅值Imax；

第二电流分量计算单元用于当d轴电流分量Id^*是否大于或等于电流限幅值Imax，令d轴电流分量Id’^*等于电流限幅值Imax、q轴电流分量Iq’^*为0；如果d轴电流分量Id^*小于所述电流限幅值Imax，则d轴电流分量不变，即Id’^*＝Id^*，q轴电流分量为所述电流限幅值与所述d轴电流分量的平方差的开方，即，

在另一个实施例中，目标电流计算模块12，用于根据所述目标转矩获取所述目标电流的总量Is及分量角度θ；

判断模块13，用于判断上述目标电流的总量Is是否大于电流限幅值；

电流限幅模块14包括：

q轴电流计算单元，用于当目标电流的总量大于电流限幅值时，使得所述目标电流的q轴电流分量Iq'^*＝Imax*sinθ；

d轴电流计算单元，用于当目标电流的总量大于电流限幅值时，计算所述目标电流的d轴电流风量Id'^*＝Imax*cosθ。

在上述电机控制装置中，还可以包括：

反馈转矩计算模块：用于在进入电流限幅控制后，计算反馈转矩Tlimit，反馈转矩Tlimit为电机极对数P、反电动势常数Ke与q轴电流分量Iq’^*乘积的1.5倍，即Tlimit＝1.5*P*Ke*Iq'^*；

转矩限幅模块11具体用于对反馈转矩Tlimit和预设转矩Tmax进行比较，取两者中的较小值作为指令转矩的最大幅值；被限幅控制后的指令转矩Ti为目标转矩T^*，如图3所示。其中，Tmax为***、如上位机根据电机的驱动参数或工况信息或保护信息等信息预先设定。

电机控制单元15：用于根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量，进行电流环控制。其中，目标电流包括幅值、q/d轴电流等信息，因此，具体可以为根据限幅控制后的目标电流的q/d轴电流分量对电机进行电流环控制。

上述电机控制装置依靠电流环的快速响应，限制电机驱动电流的最大值，从而达到对电机转速的限频或降频。

基于上述电机控制方法和装置，本申请实施例还提供了一种变频控制器，

一种变频控制器，用于控制电机，包括上述实施例提供的电机控制装置。

本申请实施例提供的电机控制方法、装置及变频控制器能够广泛应用在空调、冰箱、洗衣机等的电机变频控制及其它逆变控制器的控制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩；

根据所述目标转矩计算目标电流；

判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值；

根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制；

所述根据所述目标转矩计算目标电流包括：

根据所述目标转矩计算所述目标电流的电流分量；

根据所述目标电流的电流分量计算目标电流的总量；

所述判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值包括判断所述目标电流的总量幅值是否大于电流限幅值；

所述电流分量包括d轴电流分量和q轴电流分量；

进入电流限幅控制后，计算反馈转矩，

所述对所述指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩包括：对所述反馈转矩和预设转矩进行比较，取两者中的较小值作为所述指令转矩的最大幅值，被限幅后的指令转矩为所述目标转矩。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，在所述对指令转矩进行限幅控制，得到目标转矩前，还包括步骤：

获取目标转速和反馈转速；

根据所述目标转速和所述反馈转速计算所述指令转矩。

3.根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述目标电流的总量幅值为所述d轴电流分量和q轴电流分量的平方和的开方；

所述对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制包括：

判断所述q轴电流分量是否大于或等于所述电流限幅值，如果是，则令q轴电流分量等于所述电流限幅值、所述d轴电流分量为0；

如果所述q轴电流分量小于所述电流限幅值，则q轴电流分量不变，d轴电流分量为所述电流限幅值与所述q轴电流分量的平方差的开方；

或者，所述对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制包括：

判断所述d轴电流分量是否大于或等于所述电流限幅值，如果是，则令d轴电流分量等于所述电流限幅值、所述q轴电流分量为0；

如果所述d轴电流分量小于所述电流限幅值，则d轴电流分量不变，q轴电流分量为所述电流限幅值与所述d轴电流分量的平方差的开方。

4.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据目标转矩计算目标电流包括：

根据所述目标转矩计算所述目标电流的总量Is及分量角度；

所述判断所述目标电流幅值是否大于电流限幅值Imax包括判断所述目标电流的总量幅值是否大于电流限幅值；

所述对所述目标电流的电流分量进行电流限幅控制包括：

令所述电流限幅控制后的目标电流的q轴电流分量Iq'*＝Imax*sinθ；

令所述电流限幅控制后的目标电流的d轴电流分量Id'*＝Imax*cosθ。

5.根据权利要求3或4所述的一种电机控制方法，其特征在于，所述反馈转矩为电机极对数、反电动势常数与q轴电流分量乘积的1.5倍。

6.根据权利要求5所述的一种电机控制方法，其特征在于，根据目标转速和反馈转速计算指令转矩，包括：

计算所述目标转速和所述反馈转速的差值，根据所述差值和所述目标转速，利用速度环PI算法计算所述指令转矩；

所述根据限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制包括：根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量，进行电流环控制。

7.一种电机控制装置，其特征在于，包括：

所述转矩限幅模块用于对反馈转矩和预设转矩进行比较，取两者中的较小值作为所述指令转矩的最大幅值，被限幅后的指令转矩为所述目标转矩；

目标电流计算模块，用于根据所述目标转矩计算所述目标电流的电流分量，根据所述目标电流的电流分量计算所述目标电流的电流总量；

判断模块，用于判断所述目标电流的总量幅值是否大于电流限幅值；

电机控制模块，用于根据所述限幅控制后的目标电流的电流分量进行电机控制；

所述目标电流的电流分量包括d轴电流分量和q轴电流分量；

还包括反馈转矩计算模块：用于在进入电流限幅控制后，计算反馈转矩。

8.根据权利要求7所述的一种电机控制装置，其特征在于，还包括：

转矩获取模块，用于获取目标转速和反馈转速；

指令转矩计算模块，用于根据所述目标转速和所述反馈转速计算所述指令转矩。

9.根据权利要求8所述的一种电机控制装置，其特征在于，

所述目标电流的总量幅值为所述d轴电流分量和q轴电流分量的平方和的开方；

所述电流限幅模块包括：

q轴电流分量判断单元，用于判断所述q轴电流分量是否大于或等于所述电流限幅值；

第一电流分量计算单元，用于当所述q轴电流分量大于或等于所述电流限幅值时，令q轴电流分量等于所述电流限幅值、所述d轴电流分量为0；当所述q轴电流分量小于所述电流限幅值，令q轴电流分量不变，d轴电流分量为所述电流限幅值与所述q轴电流分量的平方差的开方；

或者，

所述电流限幅模块包括：

d轴电流分量判断单元，用于判断所述d轴电流分量是否大于或等于所述电流限幅值；

第二电流分量计算单元，用于当所述d轴电流分量大于或等于所述电流限幅值时，令d轴电流分量等于所述电流限幅值、所述q轴电流分量为0；当所述d轴电流分量小于所述电流限幅值时，则令d轴电流分量不变，q轴电流分量为所述电流限幅值与所述d轴电流分量的平方差的开方。

10.根据权利要求8所述的一种电机控制装置，其特征在于，

所述目标电流计算模块，用于根据所述目标转矩获取所述目标电流的总量Is及分量角度；

所述电流限幅模块包括：

q轴电流计算单元，用于当所述目标电流的总量幅值大于电流限幅值时，使得所述目标电流的q轴电流分量Iq'*＝Imax*sinθ；

d轴电流计算单元，用于当所述目标电流的总量幅值大于电流限幅值时，计算所述目标电流的d轴电流风量Id'*＝Imax*cosθ。

11.根据权利要求8-10任一项所述电机控制装置，其特征在于，所述反馈转矩为电机极对数、反电动势常数与q轴电流分量乘积的1.5倍；

所述指令转矩计算模块，还用于计算所述目标转速和所述反馈转速的差值，根据所述差值和所述目标转速，利用速度环PI算法计算所述指令转矩；

所述电机控制模块，用于根据所述限幅控制的目标电流的电流分量，进行电流环控制。

12.一种变频控制器，用于控制电机，其特征在于，包括如权利要求7-11任一项所述的电机控制装置。