CN112072978B - 电角度动态校正方法及装置、矢量控制方法、设备及介质 - Google Patents

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CN112072978B CN202010941503.4A CN202010941503A CN112072978B CN 112072978 B CN112072978 B CN 112072978B CN 202010941503 A CN202010941503 A CN 202010941503A CN 112072978 B CN112072978 B CN 112072978B
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Abstract

本发明提供了一种电角度动态校正方法、矢量控制方法、电角度动态校正装置、计算机设备及介质，属于电机控制领域，具体包括当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；根据所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；根据所述电角度补偿公式计算补偿电角度值；根据所述补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。通过本公开的处理方案，动态校正电机电角度，并在不同转速下均能保持电机转速稳定。

Description

电角度动态校正方法及装置、矢量控制方法、设备及介质
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种电角度动态校正方法、矢量控制方法、电角度动态校正装置、计算机设备及介质。
背景技术
在机载雷达扫描器伺服传动***中，永磁同步电机由于其调速性能优越，克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷带来的一系列限制，目前已逐步取代直流电机。伺服***一般采用电流环、转速环、位置环三环控制，永磁同步电机控制采用SVPWM(空间矢量控制)算法,电流环的反馈需要精确的电机电角度数值，一般在电机轴上安装旋转变压器实时获得，而转速环和位置环的反馈通过编码器检测负载端获取实时转速和角度反馈。但是由于机载***有些场合对伺服机构空间的要求，无法在电机轴上安装旋转变压器，电角度的获取只能通过安装在负载端编码器的转换得到，但由于编码器的更新速率及CPLD的转化速率影响，电机转速越高，电角度数值的延迟越大，最终导致转速的失稳。而且旋转变压器的安装增加硬件电路设计，使得布局布线复杂，成本高，也降低伺服机构的可靠性。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种动态校正永磁同步电机电角度，并在不同转速下均能保持电机转速稳定的电角度动态校正方法、矢量控制方法、电角度动态校正装置、计算机设备及介质。
为了实现上述目的，本发明提供一种电机电角度动态校正方法，包括：当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；根据所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；根据所述电角度补偿公式计算补偿电角度值；根据所述补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
在其中一个实施例中，所述根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，包括：获取编码器的脉冲数与一圈电角度值对应的转换系数；根据所述补偿电角度值和所述转换系数得到所述编码器的补偿脉冲数，并在下一个电角度周期内对所述编码器的脉冲数实时补偿，校正所述编码器输出的电角度值。
在其中一个实施例中，所述获取当前电角度值之后，包括：对所述当前电角度值进行标幺化；根据标幺化后的所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，执行获取对应的电角度补偿公式的步骤。
在其中一个实施例中，所述预定阈值的获取方法，包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据所述当前环境温度、所述当前负载转矩和所述当前电机转速对所述预定阈值进行调整，其中，所述当前环境温度与所述预定阈值成反比，所述当前负载转矩和所述当前电机转速均与所述预定阈值成正比。
本发明还提供了一种矢量控制方法，用于永磁同步电机，其特征在于，包括：采用电角度值对所述永磁同步电机的相电流值进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换；采用所述电角度值对所述永磁同步电机的电流环输出值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标系的逆转换，其中，所述电角度值是采用上述方法的步骤计算得到的。
本发明还提供了一种电机电角度动态校正装置，所述装置包括：电角度值获取模块，用于当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；补偿公式获取模块，用于根据所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；计算模块，用于根据所述电角度补偿公式计算补偿电角度值；校正模块，用于根据所述补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机介质，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实施上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于：相电压与相电流同相位，功率因数接近1，电机效率高；算法简单且无须增加专门测量电角度的旋变器件，降低了成本；不同转速下均能保持电机转速稳定，满足伺服机构空间受限无法安装旋转变压器带来的困扰，降低了安装旋转变压器带来的成本，提高伺服机构的可靠性，有效地解决因编码器数据滞后导致的电机转速无法提高的问题以及伺服机构空间受限无法安装旋转变压器带来的困扰。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明的实施例中伺服***电机的驱动示意图；
图2是本发明的实施例中电角度动态校正方法的流程示意图；
图3是永磁同步电机负载30度每秒时的占空比、电角度和相电流波形图；
图4是永磁同步电机采用本发明的实施例中电角度动态校正方法补偿后30度每秒时的占空比、电角度和相电流波形图；
图5是永磁同步电机负载60度每秒时的占空比、电角度和相电流波形图；
图6是永磁同步电机采用本发明的实施例中电角度动态校正方法补偿后60度每秒时的占空比、电角度和相电流波形图；
图7是永磁同步电机采用本发明的实施例中电角度动态校正方法补偿后90度每秒时的占空比、电角度和相电流波形图；
图8是本发明的实施例中电角度动态校正装置的结构框图；以及
图9是本发明的实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本公开实施例提供一种电机电角度动态校正方法，可以应用在服务器或终端上，对如图1所示的伺服***电机进行电机电角度校正。伺服***电机可以为永磁同步电机，永磁同步电机中的三相采用绕组星形连接，驱动算法采用磁场定向控制(FOC)，其位置转速电流三环的控制框图如图1所示。位置反馈角度值和转速反馈值由编码器数据计算获得，电流环反馈值通过采样A，B两相电流经CLARKE、PARK变换得到；PID控制后经IPARK变换和SVPWM得到占空比，调节IPM模块的三相全桥管子通断时间，控制电机运行。
电机可以采用FOC算法控制，理想状态下，SVPWM模块输出的占空比(等效为相电压)与相电流同相位，经过电流环PI控制器控制后，电流id反馈接近0。电机的具体参数可以是：电机额定电压为270V、电机额定转速为4750rpm、电机额定功率为1230w、电机线电阻0.976Ω、电机线电感为3mH、电机磁极对数为p＝8，控制芯片选用TI公司的TMS320F28335，主中断10kHz，采用磁场定向FOC控制。
如图2所示，电机电角度动态校正方法包括以下步骤：
步骤202，当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值。
当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，服务器获取当前电角度值。负载端可以安装17位的绝对式编码器，其旋转一圈一共130172个脉冲，电机轴经减速比为37的齿轮箱与编码器相连，且电机的磁极对数是8；故电机端360度电角度对应的编码器脉冲数是131072/37/8＝442.81,向上取整转换系数是443。因而，当前电角度值可以通过编码器的17位数据经减速器1:37、电机磁极对数p＝8计算得到。
步骤204，根据当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式。
服务器根据当前电角度值EleThetaError和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式。预定阈值的取值范围是0.4～0.8。优选地，预定阈值的取值为0.5。当服务器判定当前电角度值大于预定阈值，电角度补偿公式是ComTheta＝1.0-EleThetaError；当服务器判定当前电角度值不大于预定阈值，电角度补偿公式是ComTheta＝-EleThetaError。ComTheta为电角度补充值，EleThetaError为当前电角度值。
步骤206，根据电角度补偿公式计算补偿电角度值。
服务器根据电角度补偿公式计算补偿电角度值。
步骤208，根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
服务器根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。服务器根据补偿电角度值计算出编码器的脉冲数，并在下一个电角度周期内对编码器的脉冲数进行补偿。
图3所示为负载30度每秒，电机740rpm运行时A相占空比、电角度和A相相电流波形图，从图中可以看出，A相占空比从正值到负值穿越时的采样点是204，电角度由1变为0时的采样点是209，延迟时间为0.5ms，对应电角度延迟17.76度，计算得到的编码器数据延迟的脉冲数为22个。
图4所示为补偿后负载30度每秒，电机740rpm运行时A相占空比、电角度和A相相电流波形图，从图中可以看出，A相占空比从正值到负值穿越时的采样点是216，电角度由1变为0时的采样点是216，无延迟。通过动态校正方法，将A相占空比、电角度和相电流的相位保持一致。
图5所示为负载60度每秒，电机1480rpm运行时A相占空比、电角度和A相相电流波形图，从图中可以看出，A相占空比从正值到负值穿越时的采样点是165，电角度由1变为0时的采样点是169，延迟时间为0.4ms，对应电角度延迟28.42度，计算得到的编码器数据延迟的脉冲数为35个。
图6所示为补偿后负载60度每秒，电机1480rpm运行时A相占空比、电角度和A相相电流波形图，从图中可以看出，A相占空比从正值到负值穿越时的采样点是118，电角度由1变为0时的采样点是118，无延迟。
当负载高于70度每秒，电机1727rpm时，电机出现失速现象，此时编码器数据的延迟造成电流id的反馈值异常，磁场畸变严重，电机无法维持转速。
图7所示为补偿后负载90度每秒，电机2220rpm运行时A相占空比、电角度和A相相电流波形图，从图中可以看出，A相占空比从正值到负值穿越时的采样点是100，电角度由1变为0时的采样点是100，无延迟。
如上，针对不同转速，本方法均能实时动态校正电角度，使电机运行平稳，效率提高。
上述电机电角度动态校正方法，相电压与相电流同相位，功率因数接近1，电机效率高；算法简单且无须增加专门测量电角度的旋变器件，降低了成本；不同转速下均能保持电机转速稳定，满足伺服机构空间受限无法安装旋转变压器带来的困扰，降低了安装旋转变压器带来的成本，提高伺服机构的可靠性，有效地解决因编码器数据滞后导致的电机转速无法提高的问题以及伺服机构空间受限无法安装旋转变压器带来的困扰。
在其中一个实施例中，根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，包括：获取编码器的脉冲数与一圈电角度值对应的转换系数；根据补偿电角度值和转换系数得到编码器的补偿脉冲数，并在下一个电角度周期内对编码器的脉冲数实时补偿，校正编码器输出的电角度值。
在其中一个实施例中，获取当前电角度值之后，包括：对当前电角度值进行标幺化，此时，1.0对应电角度360度；根据标幺化后的当前电角度值和预定阈值的比较结果，执行获取对应的电角度补偿公式的步骤。上述电机电角度动态校正方法，可以减少后续的运算量。
在其中一个实施例中，预定阈值的获取方法，包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速对预定阈值进行调整，其中，当前环境温度与预定阈值成反比，当前负载转矩和当前电机转速均与预定阈值成正比。
在一个实施例中，还提供了一种矢量控制方法，用于永磁同步电机，包括以下步骤：采用电角度值对永磁同步电机的相电流值进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换；采用电角度值对永磁同步电机的电流环输出值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标系的逆转换。
在一个实施例中，如图8所示，还提供了一种电机电角度动态校正装置，装置包括电角度值获取模块802、补偿公式获取模块804、计算模块806和校正模块808，其中：
电角度值获取模块802，用于当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值。
补偿公式获取模块804，用于根据当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式。
计算模块806，用于根据电角度补偿公式计算补偿电角度值。
校正模块808，用于根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储电机电角度动态校正数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电机电角度动态校正方法。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；根据当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；根据电角度补偿公式计算补偿电角度值；根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，包括：获取编码器的脉冲数与一圈电角度值对应的转换系数；根据补偿电角度值和转换系数得到编码器的补偿脉冲数，并在下一个电角度周期内对编码器的脉冲数实时补偿，校正编码器输出的电角度值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的获取当前电角度值之后，包括：对当前电角度值进行标幺化；根据标幺化后的当前电角度值和预定阈值的比较结果，执行获取对应的电角度补偿公式的步骤。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时实现的预定阈值的获取方法，包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速对预定阈值进行调整，其中，当前环境温度与预定阈值成反比，当前负载转矩和当前电机转速均与预定阈值成正比。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；根据当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；根据电角度补偿公式计算补偿电角度值；根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，包括：获取编码器的脉冲数与一圈电角度值对应的转换系数；根据补偿电角度值和转换系数得到编码器的补偿脉冲数，并在下一个电角度周期内对编码器的脉冲数实时补偿，校正编码器输出的电角度值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的获取当前电角度值之后，包括：对当前电角度值进行标幺化；根据标幺化后的当前电角度值和预定阈值的比较结果，执行获取对应的电角度补偿公式的步骤。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时实现的预定阈值的获取方法，包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速对预定阈值进行调整，其中，当前环境温度与预定阈值成反比，当前负载转矩和当前电机转速均与预定阈值成正比。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电机电角度动态校正方法，其特征在于，包括：
当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；
根据所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式；
根据所述电角度补偿公式计算补偿电角度值；
根据所述补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，
其中，所述预定阈值的获取方法包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据所述当前环境温度、所述当前负载转矩和所述当前电机转速对所述预定阈值进行调整，所述当前环境温度与所述预定阈值成反比，所述当前负载转矩和所述当前电机转速均与所述预定阈值成正比。
2.根据权利要求1所述的电机电角度动态校正方法，其特征在于，所述根据补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正，包括：
获取编码器的脉冲数与一圈电角度值对应的转换系数；
根据所述补偿电角度值和所述转换系数得到所述编码器的补偿脉冲数，并在下一个电角度周期内对所述编码器的脉冲数实时补偿，校正所述编码器输出的电角度值。
3.根据权利要求1所述的电机电角度动态校正方法，其特征在于，所述获取当前电角度值之后，包括：
对所述当前电角度值进行标幺化；
根据标幺化后的所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，执行获取对应的电角度补偿公式的步骤。
4.一种矢量控制方法，用于永磁同步电机，其特征在于，包括：
采用电角度值对所述永磁同步电机的相电流值进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换；
采用所述电角度值对所述永磁同步电机的电流环输出值进行两相旋转坐标系到两相静止坐标系的逆转换，
其中，所述电角度值是采用权利要求1～3中任意一项所述方法的步骤计算得到的校正后的电角度值。
5.一种电机电角度动态校正装置，其特征在于，所述装置包括：
电角度值获取模块，用于当空间矢量调制的占空比值由正值向负值转变时，获取当前电角度值；
补偿公式获取模块，用于根据所述当前电角度值和预定阈值的比较结果，获取对应的电角度补偿公式，所述预定阈值的获取方法包括：获取当前环境温度、当前负载转矩和当前电机转速；根据所述当前环境温度、所述当前负载转矩和所述当前电机转速对所述预定阈值进行调整，所述当前环境温度与所述预定阈值成反比，所述当前负载转矩和所述当前电机转速均与所述预定阈值成正比；
计算模块，用于根据所述电角度补偿公式计算补偿电角度值；
校正模块，用于根据所述补偿电角度值对下一电角度周期的电角度值进行校正。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～3中任意一项所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实施权利要求1～3中任意一项所述方法的步骤。
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