一种高频注入观测方法、装置、设备及可读存储介质与流程

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种高频注入观测方法，本发明还涉及一种高频注入观测装置、设备及可读存储介质。

背景技术：

在具备一定凸极率的同步电机(例如永磁同步电机或同步磁阻电机)中，可以通过注入高频脉冲的方式来实现电机零低速运行时转速以及位置的观测，进而实现电机的无位置传感器控制，然而虽然通过注入高频脉冲的方式可以保证电机零低速观测的有效性，但是其也会加剧电机运行过程中的振动并提高电磁噪音，增加了电机的高频损耗并降低了用户体验。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高频注入观测方法，可以在保证转速和位置可靠观测的基础上降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低高频损耗并提升用户体验；本发明的另一目的是提供一种高频注入观测装置、设备及可读存储介质，可以在保证转速和位置可靠观测的基础上降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低高频损耗并提升用户体验。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高频注入观测方法，包括：

获取目标电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的实时幅值；

计算所述实时幅值与预设目标幅值的差值；

根据所述差值对注入所述目标电机中的所述注入脉冲的幅值进行调整，以便使得所述电流分量的实时幅值趋近所述预设目标幅值。

优选地，所述根据所述差值对注入所述目标电机中的所述注入脉冲的幅值进行调整具体为：

通过预设闭环控制算法，根据所述差值确定出对于注入所述目标电机中的所述注入脉冲的幅值的缩放比例；

将所述缩放比例与所述注入脉冲的预设标定幅值的乘积作为目标幅值；

将注入所述目标电机中的所述注入脉冲的幅值调整为所述目标幅值。

优选地，所述缩放比例的限制区间为预设最小值至1。

优选地，所述预设闭环控制算法为比例积分算法。

优选地，所述目标电机为永磁同步电机。

优选地，所述计算所述实时幅值与预设目标幅值的差值之后，该高频注入观测方法还包括：

控制提示器提示所述差值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种高频注入观测装置，包括：

获取模块，用于获取目标电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的实时幅值；

计算模块，用于计算所述实时幅值与预设目标幅值的差值；

调整模块，用于根据所述差值对注入所述目标电机中的所述注入脉冲的幅值进行调整，以便使得所述电流分量的实时幅值趋近所述目标幅值。

优选地，该高频注入观测装置还包括：

控制模块，用于控制提示器提示所述差值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种高频注入观测设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述高频注入观测方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还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上所述高频注入观测方法的步骤。

本发明提供了一种高频注入观测方法，考虑到在电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的幅值，会受电机所带负载等因素的影响而产生较大幅度的变化，而当该幅值大幅增高时便会超出观测信噪比需求同时加剧电机的高频振动以及电磁噪音，因此本申请可以通过闭环控制的方式，通过对注入脉冲的幅值的控制来使得高频电流分量的幅值稳定在预设目标幅值附近，从而可以降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低电机的高频损耗并提升用户体验。

本发明还提供了一种高频注入观测装置、设备及计算机可读存储介质，具有如上高频注入观测方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明提供的一种高频注入观测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种基于高频注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统框图；

图3为高频注入观测中信号解调和锁相环的实现原理框图；

图4为本发明提供的与传统高频注入观测的转速信号观测对比图；

图5为本发明提供的与传统高频注入观测的位置信号观测对比图；

图6为本发明提供一种的高频注入观测方法的V相电流iv的反馈波形；

图7a为采用传统高频注入观测方法时满载运行下相电流中注入频率电流谐波的幅值示意图；

图7b为采用本申请中的高频注入观测方法时满载运行下相电流中注入频率电流谐波的幅值示意图；

图8为本发明提供的一种高频注入观测装置的结构示意图；

图9为本发明提供的一种高频注入观测设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种高频注入观测方法，可以在保证转速和位置可靠观测的基础上降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低高频损耗并提升用户体验；本发明的另一核心是提供一种高频注入观测装置、设备及可读存储介质，可以在保证转速和位置可靠观测的基础上降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低高频损耗并提升用户体验。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图1，图1为本发明提供的一种高频注入观测方法的流程示意图，该高频注入观测装置包括：

步骤S1：获取目标电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的实时幅值；

具体的，考虑到上述背景技术中的技术问题，又结合考虑到在电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的幅值，会受电机所带负载等因素的影响而产生较大幅度的变化，而当该幅值大幅增高时便会超出观测信噪比需求同时加剧电机的高频振动以及电磁噪音，因此本申请欲通过对该幅值进行闭环控制以使其稳定在目标幅值，因此在本步骤中可以首先获取目标电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的实时幅值，以便做为后续步骤中的数据基础。

步骤S2：计算实时幅值与预设目标幅值的差值；

具体的，闭环控制中需要计算实时幅值与预设目标幅值的差值，以便将其作为后续步骤的数据基础进行控制参数的调整。

步骤S3：根据差值对注入目标电机中的注入脉冲的幅值进行调整，以便使得电流分量的实时幅值趋近预设目标幅值。

具体的，考虑到调节高频电流分量最直接的方式为改变注入脉冲幅值，而幅值的调节需同时满足转速和位置观测的可靠性以及较小的电磁噪音，因此本发明实施例中可以根据差值对注入目标电机中的注入脉冲的幅值进行调整，以便使得电流分量的实时幅值趋近预设目标幅值。

当然，除了注入脉冲的幅值外，本发明实施例中的闭环控制算法还可以通过其他控制参数的调整来实现对于电流分量的实时幅值的调整，本发明实施例在此不做限定。

具体的，请参考图2，图2为本发明提供的一种基于高频注入的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统框图，图中，基于高频注入的转速与位置观测由脉冲注入，信号解调，锁相环，电流反馈滤波和转速反馈滤波共5个部分实现。在进行脉冲注入时可以将方波电压脉冲注入在估计的磁极轴轴上，脉冲的幅值与周期分别为Vpul和Tpul，这一注入方式也被称作脉振注入方式。图3为高频注入观测中的信号解调和锁相环的实现原理框图，由于脉冲注入在电机的相电流iv，iw中产生了高频电流信号，将该高频信号在估计的转子坐标系坐标系中进行提取后，可得到与转子位置估计误差Δθ正相关的误差信号ε(Δθ)。将误差信号ε(Δθ)送入锁相环后，锁相环的闭环调节作用将ε(Δθ)调节至0，实现转子转速与位置的估计，估计结果分别为

具体的，相电流中的频率与注入脉冲频率相同的高频电流(以下简称注入频率电流)的幅值Ihf直接影响了电机速度与位置的观测过程中的信噪比，如式(1)所示。式(1)中，Ihf为坐标系下得到的注入频率电流的幅值，ξ为电机的电感凸极率。大多数分析高频注入信噪比的文献都以式(1)为依据，只考虑了注入脉冲幅值Vpul和电机的凸极率ξ的影响，即Vpul或ξ越大，信噪比越高。

事实上，在电机的实际运行过程中，影响Ihf幅值的另一个因素为PWM调制产生的高频电流谐波。研究显示，在电机带载运行下相电流的频谱分布中，在0.5倍载频fc与0.25倍载频fc附近有明显的谐波尖峰，这些谐波由逆变器的不连续换流行为产生，其频率与通常选取的注入频率(1000Hz，2000Hz)相同，其幅值与相电流中换流纹波的幅值ΔIh成正比。由式(2)中ΔIh的解析式可知，直流母线电压Vdc与载频fc固定的情况下，调制比M的增大或绕组电感L的减小都会增大ΔIh。当电机的负载增大时，阻感压降的增大与磁饱和程度的加深导致调制比M的增大与绕组电感L的减小同时发生，相应地，注入频率附近频率的高频电流谐波幅值也会增加，同频段的电磁噪音增大，这一现象在定子电感较小的电机中尤其明显。

本发明提供了一种高频注入观测方法，考虑到在电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的幅值，会受电机所带负载等因素的影响而产生较大幅度的变化，而当该幅值大幅增高时便会超出观测信噪比需求同时加剧电机的高频振动以及电磁噪音，因此本申请可以通过闭环控制的方式，通过对注入脉冲的幅值的控制来使得高频电流分量的幅值稳定在预设目标幅值附近，从而可以降低电机振动强度并减小电磁噪音，有利于降低电机的高频损耗并提升用户体验。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，根据差值对注入目标电机中的注入脉冲的幅值进行调整具体为：

通过预设闭环控制算法，根据差值确定出对于注入目标电机中的注入脉冲的幅值的缩放比例；

将缩放比例与注入脉冲的预设标定幅值的乘积作为目标幅值；

将注入目标电机中的注入脉冲的幅值调整为目标幅值。

具体的，通过在预设标定幅值的基础上进行缩放的方式可以快速准确地进行注入脉冲幅值的调整。

当然，除了缩放的方式外，还可以通过其他方式根据差值对注入目标电机中的注入脉冲的幅值进行调整，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，缩放比例的限制区间为预设最小值至1。

具体的，考虑到若缩放比例太小，那么注入脉冲的幅值也会太小，从而无法保证对电机转速以及位置的正常观测从而导致无法进行电机控制，因此需要限制缩放比例的预设最小值，而若缩放比例太大，那么注入脉冲的幅值也会太大，从而导致电机振动加剧以及噪音过大，因此本发明实施例可以将缩放比例的最大值限定为1。

其中，预设最小值的具体数值可以进行自主设定，例如可以为额定电压的10％等，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，预设闭环控制算法为比例积分算法。

具体的，比例积分算法具有实现简单和鲁棒性强等优点。

当然，除了比例积分算法外，预设闭环控制算法还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，目标电机为永磁同步电机。

具体的，永磁同步电机的能耗小且普及率较高。

当然，除了永磁同步电机外，目标电机还可以为其他多种类型具备一定凸极率的同步电机，例如同步磁阻电机等，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，计算实时幅值与预设目标幅值的差值之后，该高频注入观测方法还包括：

控制提示器提示差值。

具体的，为了便于工作人员直观地对实时幅值与预设目标幅值的差值进行获取分析，本发明实施例中可以控制提示器提示差值，可以提高工作效率。

其中，考虑到在某些情况下上述的控制方式可能没有成功地将实时幅值控制在目标幅值附近，而实际上实时幅值与预设目标幅值的差距很大，若差值过大，那么电机可能产生过大的电磁噪音或失控，为了及时提醒工作人员进行控制程序的检修以及采取相应措施，本发明实施例中还可以在差值大于预设报警值的情况下控制报警器报警。

具体的，提示器可以为多种类型，例如可以为显示器等，本发明实施例在此不做限定。

其中，报警器可以为多种类型，例如蜂鸣器等，本发明实施例在此不做限定。

另外，为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图4至图7，图4为本发明提供的与传统高频注入观测的转速信号观测对比图；图5为本发明提供的与传统高频注入观测的位置信号观测对比图；图6为本发明提供一种的高频注入观测方法的V相电流iv的反馈波形；图7a为采用传统高频注入观测方法时满载运行下相电流中注入频率电流谐波的幅值示意图；图7b为采用本申请中的高频注入观测方法时满载运行下相电流中注入频率电流谐波的幅值示意图；图4-图7所示为根据上述的高频注入观测方法所得到的矢量控制结果，其中注入脉冲频率为1000Hz，电机经历了空载—60％额定负载—100％额定负载—20％额定负载—空载的负载变化，通过方案中相关参数的合理调节，转速观测结果(图4)与位置观测结果(图5)始终保持可靠，对图6中100％额定负载段的V相电流进行频谱分析得到图7(b)，并与恒定注入脉冲下的满载V相电流的频谱(图7(a))进行对比，对比结果表明，采用脉冲调节后满载运行时注入频率电流的幅值缩小了2倍以上，产生的电磁噪音明显降低。

请参考图8，图8为本发明提供的一种高频注入观测装置的结构示意图的结构示意图，该高频注入观测设备包括：

获取模块，用于获取目标电机的相电流中，频率与注入脉冲的预设频率相同的电流分量的实时幅值；

计算模块1，用于计算实时幅值与预设目标幅值的差值；

调整模块2，用于根据差值对注入目标电机中的注入脉冲的幅值进行调整，以便使得电流分量的实时幅值趋近目标幅值。

作为一种优选的实施例，该高频注入观测装置还包括：

控制模块3，用于控制提示器提示差值。

对于本发明提供的高频注入观测装置的介绍请参照前述的高频注入观测方法的介绍，本发明实施例在此不再赘述。

请参考图9，图9为本发明提供的一种高频注入观测设备的结构示意图，该高频注入观测设备包括：

存储器4，用于存储计算机程序；

处理器5，用于执行计算机程序时实现如前述实施例中高频注入观测方法的步骤。

对于本发明提供的高频注入观测设备的介绍请参照前述的高频注入观测方法的介绍，本发明实施例在此不再赘述。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述实施例中高频注入观测方法的步骤。

对于本发明提供的计算机可读存储介质的介绍请参照前述的高频注入观测方法的介绍，本发明实施例在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。还需要说明的是，在本说明书中，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、物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、物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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，在其他实施例中实现。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。