CN113411029A - 一种电机控制方法、装置和电器设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电机控制方法、装置和电器设备，该方法可以包括：采用叠加有增益Ks的速度控制器获取网侧电压波动周期内的电机电流平均值；将电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于所述电机电流平均值。通过该实施例方案，实现了速度环的快速速度响应，并使得电流能够跟随网侧电压的角度一起波动。

Description

一种电机控制方法、装置和电器设备

技术领域

本申请实施例涉及电器设备领域，具体涉及一种电机控制方法、装置和电器设备。

背景技术

洗衣机出于成本与体积等因素的考虑，无电解电容驱动方案逐渐成为波轮洗衣机的发展方向。但是在洗衣机洗涤过程中，尤其是对于波轮洗衣机来说，需要频繁起停，因而速度环需要快速的速度响应。由于无电解电容驱动方案与传统控制方案相比有一定的特殊性，目前的无电解电容方案无法实现速度环的快速速度响应。

发明内容

本申请实施例的主要目的是提供一种电机控制方法、装置和电器设备，旨在解决无电解电容驱动方案中无法实现速度环的快速速度响应的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提出了一种电机控制方法，所述方法可以包括：

采用叠加有增益Ks的速度控制器获取网侧电压波动周期内的电机电流平均值；

电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，并使得每个网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于所述电机电流平均值。

在本申请的示例性实施例中，所述增益Ks满足：

Ks＝K1×K2；

其中，K1＝(n1-n)×C，C为试凑系数，n1为给定电机转速，n为反馈电机转速；K2为根据当前的电机转速所处转速范围给定的一个变化系数。

在本申请的示例性实施例中，1≤K2≤3。

在本申请的示例性实施例中，所述电机电流平均值可以包括：

I1＝DC+2AC/π；

其中，I1为所述电机电流平均值，DC为直流量，AC为交流量幅值。

在本申请的示例性实施例中，所述电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，可以包括：根据预设的计算式对所述电机给定电流设定为所述直流量和所述交流量的组合。

在本申请的示例性实施例中，所述计算式可以包括：I2＝DC+|ACsinθ|；

其中，I2为所述电机给定电流，θ为网侧电压的相位角度。

在本申请的示例性实施例中，所述电机控制方法可以应用于电机转速加速阶段。

在本申请的示例性实施例中，所述电机控制方法可以应用于电机启动阶段。

本申请实施例还提供了一种电机控制装置，可以包括：处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令；

当所述指令被所述处理器执行时，实现上述任意一项所述的电机控制方法。

本申请实施例还提供了一种电器设备，可以包括：电机和上述的电机控制装置。

在本申请的示例性实施例中，所述电器设备可以包括：洗衣机和空调。

本申请实施例的技术方案包括：采用叠加有增益Ks的速度控制器获取网侧电压波动周期内的电机电流平均值；将电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，并使得每个网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于所述电机电流平均值。通过该实施例方案，实现了速度环的快速速度响应，并使得电流能够跟随网侧电压的角度一起波动，从而适应母线电压的大幅度波动以及洗涤时需要较快的速度响应来适应频繁起停的工况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请实施例的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请实施例的电机控制方法流程图；

图2为本申请实施例的在转速控制器前叠加增益Ks的方案示意图；

图3为本申请实施例的根据电机电流平均值对电机给定电流进行变化的示意图；

图4为本申请实施例的通过叠加增益Ks后的速度控制器计算电机电流平均值，并根据电机电流平均值对电机给定电流进行变化的示意图；

图5为本申请实施例的电机控制装置组成框图；

图6为本申请实施例的第一种电器设备组成框图；

图7为本申请实施例的电机控制模块组成框图；

图8为本申请实施例的第二种电器设备组成框图。

附图标号说明：

本申请实施例目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请实施例的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请实施例保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请实施例中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请实施例要求的保护范围之内。

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

本申请实施例提出为实现上述目的，本申请实施例提出了一种电机控制方法，如图1所示，所述方法可以包括步骤S101-S102：

S101、采用叠加了预设的增益Ks的速度控制器来获得网侧电压波动周期内的电机电流平均值；

S102、将电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，并使得网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于所述电机电流平均值。

在本申请的示例性实施例中，上述实施例方案可以应用于任何可交流驱动的电器设备中，例如，该电器设备可以包括但不限于洗衣机(如波轮洗衣机)、空调等。

在本申请的示例性实施例中，下面以洗衣机为例说明本申请实施例的详细实施方案。

目前，在洗衣机领域，无电解电容的驱动方案还处于开发阶段，对于波轮洗衣机而言，主要问题在于：需要适应母线电压的大幅度波动以及洗涤时需要较快的速度响应来适应频繁起停的工况。

在本申请的示例性实施例中，经研究发现，速度环比例增益的大小，影响电机速度的响应快慢，为了缩短调整时间，可以提高速度环增益，控制超程或行程不足。速度环积分时间常数的大小，影响伺服电机稳态速度误差的大小及速度环***的稳定性。当伺服电机带上实际负荷时，由于实际负载转矩和负载惯量与缺省参数值设置时并不相符，速度环的带宽会变窄，如果此时的速度环带宽满足需求，没有发生电机速度爬行或振荡等现象，可以不调整速度环的比例增益及积分时间常数。如果实际负荷使电机工作不稳定，发生爬行或振荡现象，或者现有的速度环带宽不理想，则可以对速度环的比例增益、积分时间常数进行调整。

在本申请的示例性实施例中，基于无电解电容驱动方案的这一特殊性，为了解决这些实际问题。本申请发明人提出了一种可以用无电解电容方案快速响应启动的方法，在启动时可以对控制参数与电流给定方式做特殊处理。

在本申请的示例性实施例中，本申请实施例方案创新地增加了特殊的速度环增益Ks来计算电机电流平均值，同时，为了尽可能地减小电机电流的波动，引入了一种针对波轮洗衣机洗涤时的电流给定方法，限定每个网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于计算出的电机电流平均值。通过这两种计算方法，可以适应波轮洗衣机洗涤过程中的频繁起停的特殊工况，即能够实现转速的快速响应，并且可以尽可能地减小电机电流的波动。

在本申请的示例性实施例中，本申请实施例的电机控制方法可以应用于电机转速的加速阶段，或称为电机转速的速度提升阶段。

在本申请的示例性实施例中，具体地，所述电机控制方法可以应用于电机的启动阶段。

在本申请的示例性实施例中，一般而言，无电解电容驱动方案出于在高速段时功率控制的需要，其带宽一般设置得很小，而在电机的启动加速段需要快速地响应，因而，可以将本申请实施例方案应用于电机的启动加速阶段，并根据需要来设置相应的增益Ks，通过在传统的转速环上叠加一个特殊的增益Ks，从而提高速度环的响应速度。

在本申请的示例性实施例中，如图2、图4所示，给出了在转速控制器前叠加增益Ks的方案示意图。

在本申请的示例性实施例中，上述的增益Ks可以满足以下的关系式：Ks＝K1×K2；

其中，K1＝(n1-n)×C，C可以为一个试凑系数，n1为给定电机转速，n为反馈电机转速；K2可以为根据当前的电机转速的所处转速范围所给定的一个变化系数。

在本申请的示例性实施例中，该变化系数K2的变化范围可以在(1～3)之间，即，K2可以满足1≤K2≤3。

在本申请的示例性实施例中，可以通过叠加增益Ks后的速度控制器计算并输出一个电流值，该电流值可以为每个网侧电压波动周期内的电机电流平均值I1。

在本申请的示例性实施例中，如图3、图4所示，给出了通过叠加增益Ks后的速度控制器计算每个网侧电压波动周期里的电机电流平均值I1的实施例方案示意图。

在本申请的示例性实施例中，根据速度控制器计算网侧电压波动周期的电机电流平均值的方法可以采用目前使用的任何可行的计算方案或算法，在此对于详细的计算方法不做限定。

在本申请的示例性实施例中，所述电机电流平均值可以满足以下关系式：I1＝DC+2AC/π；

其中，I1为上述的电机电流平均值，DC为上述的直流量，AC为上述的交流量幅值。

在本申请的示例性实施例中，为了适应电压母线电压随网侧电压波动的特殊工况，可以控制电机给定电流跟随网侧电压的角度一起波动，例如，使得电机给定电流的波动周期与网侧电压波动周期相同，为了实现这一目的，可以通过试凑法进行适当的试凑来获得令人满意的控制效果。

在本申请的示例性实施例中，所述的将电机给定电流变换为由直流量和交流量组合来实现，可以包括：

根据预先设定的计算式对上述的电机给定电流进行变换，以获取直流量和交流量的组合形式。

在本申请的示例性实施例中，该计算式可以包括：

I2＝DC+|ACsinθ|；

其中，I2为上述的电机给定电流，θ为网侧电压的相位角度。

在本申请的示例性实施例中，为了适应母线电压的大幅度的波动，目前较为普遍的电流给定方案为peaksin²θ，θ为网侧电压的相位角度，peak为电流峰值。然而，根据波轮洗衣机的应用需要，在低转速阶段时需要尽可能地减小转矩的脉动。波轮洗衣机在洗涤时根据洗涤节拍(例如，顺时针旋转和逆时针旋转交替进行，顺时针旋转一圈后逆时针旋转一圈)洗涤决定了在洗涤状态需要频繁的启停正反转，因而启动时需要输出较为稳定幅值够大的转矩。而通过Peaksin²θ的方式转矩波动过大，在带宽不够时也难以快速响应。本申请实施例方案给出了一种特殊的电流计算方式，即，将电机的给定电流通过直流量与交流量相组合的形式来实现。因为如果波形为纯交流量，则注入电机的电流在正半周和负半周分别对应电机增磁区和弱磁区，受磁饱和效应影响，输出电压增磁区和弱磁区的波形并不完全对称，从而造成输出电压畸变，并且交流电流过零时受开关器件的死区时间的影响也会出现明显的畸变，从而造成转矩的脉动，为了改善电压和电流的畸变，减小转矩脉动，电机的注入电流可以适当增加直流量，例如：I2＝DC+|ACsinθ|。因此，I2＝DC+|ACsinθ|是Peaksin²θ转换为直流量+交流量后的表达形式，则可知：

在本申请的示例性实施例中，针对上述的电机给定电流，可以进行以下的数学推导：

将该积分展开可以得到：

其中，

则上式可以变换为：

即：Peak＝2DC+4AC/π； (2)

已知当前的电机给定方案中满足以下关系式(I1为电机电流平均值)：

Peak＝2I1 (3)

根据关系式(2)和关系式(3)可以获得：

DC+2AC/π＝I1 (4)

在本申请的示例性实施例中，有上述推导可知，电机电流平均值I1只需要满足上述的关系式(4)，即：I1＝DC+2AC/π，由于DC分量的存在，电机能够始终有足够的转矩输出，能够在带宽得到补偿时快速启动，同时通过AC分量的调节，在网侧电压处于波谷时，电流也处于最小值，使得电机快速启动并且适应母线电压波动。

在本申请的示例性实施例中，DC的值在满足(4)式的情况下，可以取0.2*I1～I1不等。

在本申请的示例性实施例中，根据该电机电流平均值，可以适应性调整增益Ks。

在本申请的示例性实施例中，所述方法还可以包括：通过试凑法对增益Ks进行逐步调整，以获得理想的电机电流平均值I1。

在本申请的示例性实施例中，对于该试凑法，可以逐渐调整试凑系数C，以使得增益Ks获得较理想的数值，从而使得电机电流平均值I1达到理想的效果。

在本申请的示例性实施例中，对于PID(比例积分微分)，该试凑法可以先从比例开始，先采用一个较小的比例参数，然后不断地增大比例参数，直到得到一个响应快、超调小的曲线，此时可以检验控制效果是否达到了预设要求，如果达到了预设要求，那就只用比例环节。

在本申请的示例性实施例中，如果没有达到预设要求，此时可以加入积分环节，这时候的做法可以是:将比例参数调小一点，然后加入积分环节，积分环节也可以是从小到大逐渐尝试，直到出现一个比较好的曲线。

在本申请的示例性实施例中，此时可以再次检验控制效果是否达到了预设要求，如果仍然没有达到预设要求，可以加入微分环节。

本申请实施例还提供了一种电机控制装置1，如图5所示，可以包括：处理器11和计算机可读存储介质12，所述计算机可读存储介质12中存储有指令；

当所述指令被所述处理器11执行时，实现上述任意一项所述的电机控制方法。

在本申请的示例性实施例中，前述的电机控制方法实施例中的任意实施例均适用于该电机控制装置1实施例中，在此不再一一赘述。

本申请实施例还提供了一种电器设备2，如图6所示，可以包括：电机和上述的电机控制装置1。

在本申请的示例性实施例中，前述的电机控制方法实施例中的任意实施例均适用于该电器设备2实施例中，在此不再一一赘述。

本申请实施例还提供了一种电机控制模块3，如图7所示，可以包括：计算单元31和组合单元32；

计算单元31，可以设置为采用叠加了增益Ks的速度控制器来计算每一个网侧电压的波动周期内的电机电流平均值I1；

组合单元32，可以设置为将电机给定电流变换为由直流量与交流量相组合的形式来实现，并且可以使得每一个网侧电压的波动周期内该电机给定电流的平均值均等于该电机电流平均值。

在本申请的示例性实施例中，该电机给定电流的平均值等于该电机电流平均值是指：计算出的电机给定电流的平均值与电机电流平均值的差值小于或等于预设的差异阈值，即，计算出的电机给定电流的平均值与电机电流平均值基本相同。

在本申请的示例性实施例中，电机控制模块3还可以包括存储单元33。

在本申请的示例性实施例中，存储单元33可以设置为存储增益Ks所满足的关系式，即：Ks＝K1·K2；其中，K1满足以下关系式K1＝(n1-n)·C，C可以为试凑系数，n1可以为给定电机转速，n可以为反馈电机转速；K2可以为根据当前的电机转速所处转速范围给定的一个变化系数。

在本申请的示例性实施例中，该K2的取值可以满足关系式：1≤K2≤3。

在本申请的示例性实施例中，存储单元33还可以设置为存储电机电流平均值所满足的关系式，即：I1＝DC+2AC/π。

在本申请的示例性实施例中，由于电压母线电压会随网侧电压波动，因此可以控制电机给定电流跟随着网侧电压的角度一起波动来适应这一特殊工况，这里可以使电机给定电流的波动周期与网侧电压波动周期相同，为了实现这一目的，可以通过采用试凑法进行试凑来达到令人满意的控制效果。

在本申请的示例性实施例中，组合单元32将电机给定电流变换为将直流量和交流量相组合来实现，可以包括：根据预先设定的计算式对上述的电机给定电流进行变换。

在本申请的示例性实施例中，存储单元33可以设置为存储所述计算式：I2＝DC+|ACsinθ|；其中，I2为前述的电机给定电流，θ为前述的网侧电压的相位角度。

在本申请的示例性实施例中，所述的电机控制方法可以应用于电机转速提升阶段，例如，具体可以应用于电机启动阶段。

在本申请的示例性实施例中，在本申请实施例方案实施过程中，可以调取存储单元存储的各个关系式，根据相应的关系式计算电机电流平均值，并根据相应的关系式变换电机给定电流。

本申请实施例还提供了一种电器设备4，如图8所示，包括：电机和上述的电机控制模块3。

在本申请的示例性实施例中，前述的电机控制模块3实施例中的任意实施例均适用于该电器设备4实施例中，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请实施例的优选实施例，并非因此限制本申请实施例的专利范围，凡是在本申请实施例的构思下，利用本申请实施例说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请实施例的专利保护范围内。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采用叠加有增益Ks的速度控制器获取网侧电压波动周期内的电机电流平均值；

电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，所述网侧电压波动周期内所述电机给定电流的平均值等于所述电机电流平均值。

2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述增益Ks满足：

Ks＝K1×K2；

其中，K1＝(n1-n)×C，C为试凑系数，n1为给定电机转速，n为反馈电机转速；K2为根据当前的电机转速所处转速范围给定的一个变化系数。

3.如权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，1≤K2≤3。

4.如权利要求1-3任意一项所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机电流平均值包括：

I1＝DC+2AC/π；

其中，I1为所述电机电流平均值，DC为直流量，AC为交流量幅值。

5.如权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机给定电流设定为直流量和交流量的组合，包括：根据预设的计算式将所述电机给定电流设定为所述直流量和所述交流量的组合。

6.如权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述计算式包括：

I2＝DC+|ACsinθ|；

其中，I2为所述电机给定电流，θ为网侧电压的相位角度。

7.如权利要求1-3任意一项所述的电机控制方法，其特征在于，应用于电机启动阶段。

8.一种电机控制装置，其特征在于，包括：处理器和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令；

当所述指令被所述处理器执行时，实现如权利要求1-7任意一项所述的电机控制方法。

9.一种电器设备，包括：电机和如权利要求8所述的电机控制装置。

10.如权利要求9所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备包括：

洗衣机和空调。

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