一种电机闭环切换方法及存储介质与流程

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机闭环切换方法及存储介质。

背景技术：

当无人机电机需要从电流闭环的加速拖动运行状态切换到速度-电流双闭环的矢量控制运行状态时，需要经历一个过渡过程，这里称为闭环切换过程。

指令电流矢量与转子q轴间的夹角为θL；当处于速度-电流双闭环的矢量控制状态时，功角成90°，相位差角θL就为0°，切换过程的实质就是夹角θL变化的过程，也就是功角从一个较小的值增大到90°的过程。若功角瞬间发生变化，电磁转矩产生突变，会引起转矩冲击和转速震荡，同时电流的变化率急剧增加，严重的会造成电机失步或者变频器过流保护。目前已经提出的过渡方法平滑性欠佳，在切换过程中存在震荡。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种电机闭环切换方法及存储介质，以实现电机闭环切换过程的平顺无冲击。

根据本发明的一个方面，提供了一种电机闭环切换方法，包括：

通过q轴启动电机开始进行闭环切换；

q轴电流从切换开始时刻等比例减小，直至完成闭环切换。

进一步的，所述闭环切换的过程包括：

确定切换开始时刻t0的第一电流参考值iq0；

确定切换结束时刻t0+tswitch的第二电流参考值iq_ref(t0+tswitch)；

根据电流公式、iq0和iq_ref(t0+tswitch)，以及期望的切换时间tswitch确定斜率Ki；

根据以上参数，启动电机，完成切换。

进一步的，所述根据以上参数，启动电机，完成切换，包括：

从切换开始时刻t0到切换结束时刻t0+tswitch，q轴电流随时间按照斜率Ki的一次线性函数变化。

进一步的，所述第二电流参考值iq_ref(t0+tswitch)为iq0cosθL(t0)×λ，其中，iq0为切换开始时刻的q轴电流给定参考值，θL(t0)为切换开始时刻给定电流矢量与转子q轴之间的夹角；λ为电流系数，1≤λ≤1.5。

为达到最佳的平稳性效果，优选的，所述电流系数λ＝1.3。

进一步的，当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL处于切换阈值区间内时，电机完成闭环切换，其中，切换阈值区间为[-ε,ε]，ε≤0.1rad。

进一步的，当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL＞ε时，

其中，为q^*轴在切换开始时刻后第n个控制周期的给定电流，n为自然数；

为q^*轴在切换开始时刻后第n-1个控制周期的给定电流，

Ki为电流递减斜率，T为控制步长；

q*轴为给定电流矢量所位于的轴。

进一步的，当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL<-ε时，

根据本发明的另一个方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时本发明示例的任一种电机闭环切换方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明示例的电机闭环切换方法，采用q轴启动将电机拖动到一个恒定转速旋转，在切换过程中，q轴电流等比例减小，根据“转矩-功角自平衡”原理，电机为了达到新的转矩平衡，相位差角会逐渐趋向于0°，q轴电流会一直维持该恒定转速时所需的真实电流，从而能够维持电机的转速不震荡。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的电机闭环切换方法的流程图；

图2为本发明的一个实施例中电机的dq旋转坐标系和d^*q^*旋转坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

首先，在电机中，d轴是指电机的直轴，q轴是指电机的交轴。

如图1所示，本实施例提供了一种电机闭环切换方法，包括：

S1：通过q轴启动电机开始进行闭环切换；

S2：q轴电流从切换开始时刻等比例减小，直至完成闭环切换。

闭环切换的过程包括：

确定切换开始时刻t0的第一电流参考值iq0；

确定切换结束时刻t0+tswitch的第二电流参考值iq_ref(t0+tswitch)；

根据电流公式、iq0和iq_ref(t0+tswitch)，以及期望的切换时间tswitch确定斜率Ki；

根据以上参数，启动电机，完成切换。

Ki的取值可以根据希望切换时间的长短来调节，一般切换时间控制在2s左右，系统可以获得平滑的切换性能。若希望切换过程尽快完成，则应增大Ki；反之，若希望延长切换过程，则应减小Ki。

例如：对于某一个确定负载，切换结束时刻t0+tswitch的第二电流参考值iq_ref(t0+tswitch)为1A；

若切换开始时刻t0的第一电流参考值iq0为10A，然后希望在1s内完成切换，则电流递减斜率Ki应为：(10-1)/1＝9；

若切换开始时刻t0的第一电流参考值iq0为10A，然后希望在5s内完成切换，则电流递减斜率Ki应为：(10-1)/5＝1.8。

本实施例中，以时间作为变量来计算电流递减斜率Ki，在其他的实施例中，还可结合负载、给定电流矢量大小等变量来确定电流递减斜率Ki。

所述根据以上参数(iq0、iq_ref(t0+tswitch)、以及Ki)，启动电机，完成切换，包括：

从切换开始时刻t0到切换结束时刻t0+tswitch，q轴电流随时间按照斜率Ki的一次线性函数变化。

具体的，q轴电流按照减小，t0≤t≤t0+tswitch，其中，是指q*轴电流，是指切换开始时q*轴电流值，t0是指切换开始时刻，t指当前时刻，Ki是指电流递减斜率，tswitch是指切换过程总时间，即从切换开始到切换完成的时间段，该切换过程总时间可根据需要进行调节。

在切换开始时刻，iq_ref(t0)＝iq0，即：t0时刻，q*轴电流给定参考值为iq0，也就是上述的

下面对q轴和q*轴的关系进行说明：

如图2所示，图2中有两个坐标系，分别为dq旋转坐标系和d^*q^*旋转坐标系：

dq旋转坐标系是由转子的实际位置所确定的坐标系，d轴所在位置就是转子所在位置，转子与水平参考轴之间的夹角即为转子位置角，也就是d轴与水平参考轴之间的夹角，图2中，d轴与水平参考轴位于同一位置，因此，图2中转子位置角为0。

d^*q^*旋转坐标系是由给定电流矢量所确定的坐标系，本发明中，给定电流矢量位于q^*轴，也就是

本发明中，施加的电流实际上都是位于d^*q^*坐标系的，因为虽然讲电流施加在q轴，但是在切换完成前，施加的电流并不直接在q轴上，而是在d^*q^*坐标系的q^*轴上，因此，可通过来描述q轴的电流变化。

q轴与q^*轴在整个切换过程中都不重合，在切换完成后两者才重合，本发明电流递减切换过程的目的，就在于使q轴与q^*轴重合。

在切换完成的时刻，第二电流参考值iq_ref(t0+tswitch)＝iq0cosθL(t0)×λ，其中，iq_ref(t0+tswitch)是指切换完成时刻(即t0+tswitch时刻)q^*轴电流给定参考值；iq0为切换开始时刻的q^*轴电流给定参考值，θL(t0)为切换开始时刻给定电流矢量与转子q轴之间的夹角；λ为电流系数，1≤λ≤1.5。

本实施例中，为达到最佳的平稳性效果，所述电流系数λ＝1.3。

当采用q轴启动将无人机电机拖动到一个恒定转速旋转，然后在t0时刻开始启动闭环切换过程，此时给定电流矢量与转子q轴之间的夹角为θL(t0)，q^*轴电流给定参考值为iq0，该电流在q轴上的分量即为iq0cosθL(t0)，该电流即为无人机电机维持该恒定转速时所需的真实电流，当θL(t0)减小到0时，q^*轴与q轴重合，q轴电流就应该为iq0cosθL(t0)才能维持电机的转速不震荡，所以这个电流就是理论上切换时刻应该给定的电流值。之所以乘以λ这个系数是为了保证切换时的可靠性。

当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL处于切换阈值区间内时，电机完成闭环切换，即：电机从电流闭环的加速拖动运行状态切换至速度-电流双闭环的矢量控制运行状态，其中，切换阈值区间为[-ε,ε]，ε≤0.1rad。

当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL＞ε时，

其中，为q^*轴在切换开始时刻后第n个控制周期的给定电流，n为自然数；

为q^*轴在切换开始时刻后第n-1个控制周期的给定电流，

Ki为电流递减斜率，T为控制步长。

当所述给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL<-ε时，

具体的，电流递减规律和切换规则可设置为如下控制法则，其中T为控制步长。

(1)θL>ε时：

(2)θL<-ε时：

(3)-ε<θL<ε时：

切换到闭环状态。

ε为切换阈值，该值为一个正值，取值越小越好，一般取为0.1以下。ε越小，切换时产生的电流冲击就越小。但是该值不能无限小，防止永远无法满足切换条件，无法切换到闭环状态。因此应该根据实际算法精度来调试ε大小。

为q^*轴在t0时刻后第n个控制周期给定电流；n＝0,1,2...；

为q^*轴在t0时刻后第n-1个控制周期给定电流；

在切换过程开始时，即t0时刻，其值为

给定电流矢量与转子q轴之间的夹角θL为时间的变量，也是转子估计位置角与给定位置角之间的差值。转子估计位置角通过观测器算法计算得到，将转子估计位置角记为θest。给定位置角为给定电流矢量的角度，在图2中，给定位置角为d^*轴与水平参考轴的夹角。图2中的ωset为给定电流矢量的旋转速度，所以，给定位置角θset为：

θset＝∫ωsetdt。

同时，θL＝θset-θest。

本实施例还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现如本实施例所述的方法。

具体的，可读存储介质可以为光盘、软盘、移动硬盘、U盘、SD卡等，其被执行时实现的方法本实施例已作出详细说明，在此不再赘述。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中的设备中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的电机闭环切换方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。