一种母线电压的谐波补偿方法、控制电路及电子设备与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种母线电压的谐波补偿方法、控制电路及电子设备。


背景技术：

2.电梯包括轿厢式电梯以及台阶式扶梯、自动人行道等。在电梯控制领域，随着市场竞争激烈化，对变频器的成本要求越来越高，并且随着使用单相电源供电的无机房电梯和别墅电梯的逐渐崛起，对变频器小型化的需求也越来越强烈。在组成变频器的部件中，母线电容无论成本还是体积，都占了很大一部分。因为在相同要求下，母线电容的容量和体积成正比，如果能够大幅度降低母线电容的容量，其变频器将具有很大的竞争力。
3.但降低变频器的母线电容，在重负载运行时，母线电压会出现是电网频率2倍(单相)或者6倍(三相)的纹波。因为随着输出电流的增加，母线电压的纹波的幅值也会增加，输出到主机的调制电压的包络出现相同频率的波动，导致主机的电流包含同频率的谐波，从而造成电梯抖动甚至电流故障保护。
4.可见，如何实现既减小母线电容容量以减小变频器的体积，又抑制输出电流的谐波，是本领域的技术难点。不仅针对电梯控制领域，对于整个自动控制技术领域，解决该技术难题都将产生重大意义。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的是提供一种母线电压的谐波补偿方法、控制电路及电子设备，以同时实现减小母线电容容量和抑制输出电流谐波。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种母线电压的谐波补偿方法，包括：
8.根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；
9.根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；
10.根据所述控制参数，控制所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种控制电路，包括：电压采样电路和数据处理芯片；
12.所述电压采样电路，用于对母线电容的母线电压进行采样，得到采样信号；
13.所述数据处理芯片，用于根据对母线电容的母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；根据所述控制参数，控制所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。
14.第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现如第一方面所述的母线电压的谐波补偿方法步骤。
15.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的母线电压的谐波补偿方法步骤。
16.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；根据所述控制参数，通过所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。通过本发明实施例，实现了在降低母线电容容量的情况下，仍可以将输出电压的谐波控制在正常范围之内，减小了电梯控制设备的体积和成本。
附图说明
17.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中记载的一些实施例，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。
18.图1为本发明实施例提供的母线电压的谐波补偿方法的第一种流程示意图；
19.图2为本发明实施例提供的实现母线电压的谐波补偿方法的控制电路结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的母线电压的谐波补偿方法的第二种流程示意图；
21.图4为本发明实施例提供的数据处理芯片的结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的经过前馈控制补偿前后的调制脉宽比较示意图；
23.图6为本发明实施例提供的经过前馈控制补偿前后的电流比较示意图；
24.图7为本发明实施例提供的电压采样电路的结构示意图；
25.图8为本发明实施例提供的控制电路的模块组成示意图；
26.图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
27.本发明实施例提供了一种母线电压的谐波补偿方法、控制电路及电子设备。
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
29.如图1所示，本发明实施例提供一种母线电压的谐波补偿方法。该方法具体可以包括以下步骤：
30.步骤s01、根据对母线电容10的母线电压的采样信号，得到母线电压的幅值和波动频率。
31.如图2所示，用于实现本发明实施例的控制电路包括五个功能模块，包括：整流单
元14、母线电容10、电压采样电路11、数据处理芯片12和逆变电路13。
32.所述整流单元14，用于对输入的交流电压实现ac/dc转换，得到直流电压由所述母线电容10进行物理稳压。
33.所述电压采样电路11实时快速对母线电容10的母线电压进行采样，得到采样信号。
34.所述数据处理芯片12通过对母线电压的采样信号的解析，得到所述母线电压的采样值和波动频率。
35.步骤s02、根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数。
36.所述数据处理芯片12，根据解析得到的所述母线电压的采样值udc和波动频率f
n
，对电流环pid输出的指令电压执行基于电压前馈控制的补偿算法，并根据结果向所述逆变电路13发送控制参数。
37.步骤s03、根据所述控制参数，控制所述逆变电路13对所述母线电压进行逆变操作。
38.由所述逆变电路13根据所述控制参数对所述母线电容10的母线电压进行逆变操作，完成调压调频控制，得到的交流电压用于给电机15进行供电。
39.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；根据所述控制参数，通过所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。通过本发明实施例，实现了在降低母线电容容量的情况下，仍可以将输出电压的谐波控制在正常范围之内，减小了电梯控制设备的体积和成本。
40.进一步的，如图3所示，上述步骤s02的具体处理方式可以多种多样，以下再提供一种可选的处理方式，具体可以参见下述步骤s021-s023的处理。
41.步骤s021、根据所述母线电压的采样值udc和波动频率f
n
，通过所述电压前馈控制的补偿算法，得到母线电压的实际值与平均值的比例系数。
42.如图4所示，所述数据处理芯片12至少包括输出电压前馈控制模块121，纹波锁相模块122。
43.所述输出电压前馈控制模块121，则根据所述输入的母线电压的采样信息，得到采样值udc。
44.进一步的，所述纹波锁相模块122，通过检测输入的母线电压的采样信号的纹波波动周期，得到所述母线电压的波动频率f
n
，并发送给输出电压前馈控制模块121。
45.由于通过电压采样电路11对采样信号的延时时间是固定的，但对于不同波动频率有不同的相位延时，所以需要输出电压前馈控制模块121进行有针对性的补偿，根据所采样值udc和波动频率f
n
，执行补偿算法。
46.进一步的，所述步骤s021，包括：
47.根据所述母线电压的波动频率f
n
和硬件固有延时t0，得到补偿相位θ＝t0*f
n
。
48.根据与所述波动频率f
n
对应的周期t
n
，得到当前时刻前一个周期内所述母线电压的采样值udc的序列s
n
，即所述这母线电压在前一周期的幅值序列。
49.根据所述采样值的序列s
n
、补偿相位θ和所述母线电压的当前的采样值udc，通过
插值法得到母线电压的实际值udc
fbk
；
50.根据所述母线电压的实际值udc
fbk
和预先获取的所述母线电压的平均值udc
ref
的比值，得到比例系数k＝udc
fbk
/udc
ref
。所述母线电压的平均值udc
ref
为控制电路待机状态下，获取的母线电压的采样值的平均值，将平均值在每次控制电路待机状态下都需要进行更新，以充分适应电压的波动。
51.步骤s022、根据所述比例系数，对电流环pid输出的指令电压进行脉冲宽度调制，得到脉冲宽度调制的占空比。
52.将所述比例系数输入到脉冲宽度调制pwm模块124，从而对所述电流环pid模块123输出的指令电压进行pwm调制，实现输出前馈控制。所述指令电压由所述电流环pid模块123根据输入的转矩指令电流和励磁指令电流得到的转矩电压和励磁电压。
53.图5为本发明实施例提供的经过前馈控制改进前后的调制脉宽示意图，如图5所示，通过前馈控制改进前后输出的调制后的pwm电压的占空比提高了，从而及时补偿了母线电压波动产生的影响。
54.步骤s023、根据所述占空比，得到所述逆变电路的控制参数。
55.根据得到的占空比，所述数据处理芯片12将向所述逆变电路发送相应的控制参数，从而将输出电压的谐波控制在正常范围之内。
56.图6为本发明实施例提供的经过前馈控制改进前后的电流比较示意图，从图6可以看出在经过前馈控制补偿前的电流存在明显的畸变，包含母线电压波动所产生的谐波。而补偿后的电流的波形则十分理想。
57.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据所述母线电压的采样值和波动频率，通过所述电压前馈控制的补偿算法，得到比例系数；根据所述比例系数，对电流环pid输出的指令电压进行脉冲宽度调制，得到脉冲宽度调制的占空比；根据所述占空比，得到所述逆变电路的控制参数。通过本发明实施例，实现了当降低母线电容配置容量后，在出现母线电压剧烈波动的情况下，仍能有效抑制输出电流谐波，达到对电梯平稳运行的目的。
58.进一步的，所述方法还包括：
59.通过包括线性光耦的电压采样电路，对所述母线电容两端电压进行采样，得到所述母线电压的采样信号。
60.如图7所示，所述电压采样电路11包括，采样模块111，线性光耦模块112和电压放大器113。通过高速的线性光耦模块112对采样信号进行信号隔离，提高采样信号的信噪比，在轻载时也能精准采样到所述母线电压的波动。所述电压放大器113需要使用高带宽和精度的运算放大器，以提高检测回路对电网谐波甚至是浪涌的精准检测，从而进行输出电压的抑制。
61.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过包括线性光耦的电压采样电路，对所述母线电容两端电压进行采样，得到所述母线电压的采样信号。通过本发明实施例，实现了对母线电压的精准检测。
62.对应上述实施例提供的母线电压的谐波补偿方法，基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种控制电路，图8为本发明实施例提供的控制电路的模块组成示意图，该控制电路用于执行图1至图6描述的母线电压的谐波补偿方法，如图8所示，该控制电路包
括：电压采样电路11和数据处理芯片12。
63.所述电压采样电路11用于对母线电容的母线电压进行采样，得到采样信号；所述数据处理芯片12用于根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；根据所述控制参数，控制所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。
64.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；根据所述控制参数，通过所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。通过本发明实施例，实现了在降低母线电容容量的情况下，仍可以将输出电压的谐波控制在正常范围之内，减小了电梯控制设备的体积和成本。
65.进一步的，所述数据处理芯片，包括：输出电压前馈控制模块、纹波锁相模块和pwm模块；
66.所述纹波锁相模块，用于得到所述母线电压的波动频率；
67.所述输出电压前馈控制模块，用于根据所述母线电压的采样值和波动频率，通过所述电压前馈控制的补偿算法，得到母线电压的实际值与平均值的比例系数；
68.所述pwm模块，用于根据所述比例系数，对电流环pid输出的指令电压进行脉冲宽度调制，得到脉冲宽度调制的占空比；根据所述占空比，得到所述逆变电路的控制参数。
69.进一步的，所述输出电压前馈控制模块，包括：
70.第一计算单元，用于根据所述母线电压的波动频率f
n
和硬件固有延时t0，得到补偿相位θ；
71.第二计算单元，用于根据与所述波动频率f
n
对应的周期t
n
，得到当前时刻前一个周期内所述母线电压的采样值的序列s
n
；
72.第三计算单元，用于根据所述采样值的序列s
n
、补偿相位θ和所述母线电压的当前的采样值udc，通过插值法得到母线电压的实际值udc
fbk
；
73.第四计算单元，用于根据所述母线电压的实际值udc
fbk
和预先获取的所述母线电压的平均值udc
ref
的比值，得到比例系数。
74.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过根据所述母线电压的采样值和波动频率，通过所述电压前馈控制的补偿算法，得到比例系数；根据所述比例系数，对电流环pid输出的指令电压进行脉冲宽度调制，得到脉冲宽度调制的占空比；根据所述占空比，得到所述逆变电路的控制参数。通过本发明实施例，实现了当降低母线电容配置容量后，在出现母线电压剧烈波动的情况下，仍能有效抑制输出电流谐波，达到对电梯平稳运行的目的。
75.进一步的，所述电压采样电路包括：采样模块，线性光耦模块和电压放大器。
76.由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明实施例通过包括线性光耦的电压采样电路，对所述母线电容两端电压进行采样，得到所述母线电压的采样信号。通过本发明实施例，实现了对母线电压的精准检测。
77.本发明实施例提供的控制电路能够实现上述母线电压的谐波补偿方法对应的实施例中的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
78.需要说明的是，本发明实施例提供的控制电路与本发明实施例提供的母线电压的
谐波补偿方法基于同一发明构思，因此该实施例的具体实施可以参见前述母线电压的谐波补偿方法的实施，重复之处不再赘述。
79.对应上述实施例提供的母线电压的谐波补偿方法，基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备用于执行上述的母线电压的谐波补偿方法，图9为实现本发明各个实施例的一种电子设备的结构示意图，如图9所示。电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上的处理器901和存储器902，存储器902中可以存储有一个或一个以上存储应用程序或数据。其中，存储器902可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器902的应用程序可以包括一个或一个以上模块(图示未示出)，每个模块可以包括对电子设备中的一系列计算机可执行指令。更进一步地，处理器901可以设置为与存储器902通信，在电子设备上执行存储器902中的一系列计算机可执行指令。电子设备还可以包括一个或一个以上电源903，一个或一个以上有线或无线网络接口904，一个或一个以上输入输出接口905，一个或一个以上键盘906。
80.具体在本实施例中，电子设备包括有处理器、通信接口、存储器和通信总线；其中，所述处理器、所述通信接口以及所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现以下方法步骤：
81.根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；
82.根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；
83.根据所述控制参数，控制所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。
84.本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下方法步骤：
85.根据母线电压的采样信号，得到母线电压的采样值和波动频率；
86.根据所述母线电压的采样值和波动频率，基于电压前馈控制的补偿算法，得到对逆变电路的控制参数；
87.根据所述控制参数，控制所述逆变电路对所述母线电压进行逆变操作。
88.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
89.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
90.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
91.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
92.在一个典型的配置中，电子设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
93.内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
94.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
95.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
96.本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
97.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。