电机控制方法与流程

1.本技术涉及电机控制方法，具体而言，涉及一种基于无感检测的电机控制方法。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，人民群众对于出行的要求越来越高；电动助力车由于其小巧轻便、环保、经济等特点受到了越来越普遍的欢迎；
3.作为电动助力车的核心部件之一，驱动电机性能的好坏决定了整车的动力、驾驶舒适性、续航等等方面是否满足使用需求；目前市场上应用的驱动电机大多为spmsm(表贴式永磁同步电机)；spmsm的控制方式目前到主流方式为foc(磁场定向控制)，foc控制的核心是需要首先获取定子绕组的三相电流以及转子的当前角度；
4.传统的获取电机转子的角度方式一般有两种，一种为有感方式，一种为无感方式：有感方式即通过传感器采集转子信号特征量来对转子角度进行计算，一般电动助力车驱动电机大多采用霍尔位置传感器的方式来收集；无感方式即通过设计观测器的方式，基于电机的基波电压方程，通过采样三相电流和mcu实时已知的发波电压，经过各种运算处理，得到电机转子的角度信号；目前已知的各种应用在电动助力车上的无感观测器算法均是基于反电动进行计算，但是反电动势在电机低速运行时，信号幅值较低且不易提取，因此低速下的位置信号估计收敛性较差，导致低速带载能力有限。本方案提出一种基于磁链信号计算新型观测器方案，由于磁链方向和转子角度完全一致，且磁链大小并不受电机转子速度变化影响，可以确保电机在低速下的观测角度更快收敛至稳定，低速带载能力相较基于反电动势设计的观测器大大增加。


技术实现要素：

5.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
6.本技术的一些实施例提出了方法、装置、电子设备和计算机可读介质，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
7.作为本技术的第一方面，本技术的一些实施例提供了一种电机控制方法，包括：
8.获取或初始化所述电机的属性参数；
9.根据所述电机的属性参数和所述电机的可观测量计算所述电机的磁链；
10.根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度；
11.根据所述电机的转子角度输出驱动所述电机的驱动信号。
12.进一步地，所述电机为表贴式永磁同步电机。
13.进一步地，所述电机的属性参数包括：相电阻r、相电感l、极对数p。
14.进一步地，其中，所述根据所述电机的属性参数和所述电机的可观测量计算所述电机的磁链包括：
15.检测所述电机的转速w_m；
16.检测所述电机的反电动势幅值e_peak；
17.计算所述电机的转子磁链值
18.进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
19.构建所述电机的定子磁链值、转子磁链值和转子角度的第一关系式：
[0020][0021]
其中，λ
α
和λ
β
分别为定子磁链在α和β轴上的分量，θ为电机的转子电角度，ld为定子绕组的d轴电感，式中，ld＝ld＝l
phase
。
[0022]
进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0023]
根据所述第一关系求导获取第二方程式：
[0024][0025]
其中，u
α
和u
β
分别为逆变器输出电压在α和β轴上的分量，i
α
和i
β
分别为逆变器输出电压在α和β轴上的分量。
[0026]
进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0027]
令
[0028][0029]
从而等效得出
[0030]
以及
[0031]
基于以上构建磁链观测器的第三关系式：
[0032][0033]
其中，γ为观测器的调节增益。
[0034]
进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0035]
构建所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度的第四关系式：
[0036]
[0037]
进而获取的第五关系式：
[0038]
其中，所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度。
[0039]
进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
[0040]
根据所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度构建速度观测器的第六关系式：
[0041][0042]
其中，z1为的跟踪信号，z2为w的跟踪信号，k
p
和ki分别为观测器的调节系数。
[0043]
进一步地，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
[0044]
构建无感控制器控制的第七关系式：
[0045][0046]
其中，ud和uq通过设计pi控制器获得，给定i
d_ref
和i
q_ref
指令信号，对观测器估计角度和获取的三相电流执行clark变换和park变换，得到实际的id和iq信号；
[0047]
构建pi控制器控制的第八关系式：
[0048][0049]
其中，i
d_error
和i
q_error
分别为dq轴电流环的跟踪误差；
[0050]
构建pi控制器控制的第八关系式：
[0051][0052]
其中，ud和uq分别为控制的输出量在dq轴上的分量，k
pc
和k
ic
分别为电流环的调节系数，ts为控制器的开关周期。
[0053]
本技术的有益效果在于：提供一种基于磁链即可以实现有效驱动的电机控制方法。
附图说明
[0054]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
[0055]
另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图
是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
[0056]
在附图中：
[0057]
图1是仿真条件下，估计角度和实际角度的跟踪对比曲线；
[0058]
图2是仿真条件下，观测器对真实磁链的跟踪曲线；
[0059]
图3是仿真条件下，d轴电流跟踪曲线；
[0060]
图4是仿真条件下，q轴电流跟踪曲线；
[0061]
图5是为该磁链控制算法在整车上应用的基本控制框图。
具体实施方式
[0062]
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
[0063]
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0064]
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0065]
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0066]
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
[0067]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0068]
电机控制方法，包括：
[0069]
获取或初始化所述电机的属性参数；
[0070]
根据所述电机的属性参数和所述电机的可观测量计算所述电机的磁链；
[0071]
根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度；
[0072]
根据所述电机的转子角度输出驱动所述电机的驱动信号。
[0073]
具体而言，所述电机为表贴式永磁同步电机。
[0074]
具体而言，所述电机的属性参数包括：相电阻r、相电感l、极对数p。
[0075]
具体而言，其中，所述根据所述电机的属性参数和所述电机的可观测量计算所述电机的磁链包括：
[0076]
检测所述电机的转速w_m；
[0077]
检测所述电机的反电动势幅值e_peak；
[0078]
计算所述电机的转子磁链值
[0079]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
[0080]
构建所述电机的定子磁链值、转子磁链值和转子角度的第一关系式：
[0081][0082]
其中，λ
α
和λ
β
分别为定子磁链在α和β轴上的分量，θ为电机的转子电角度，ld为定子绕组的d轴电感，式中，ld＝ld＝l
phase
。
[0083]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0084]
根据所述第一关系求导获取第二方程式：
[0085][0086]
其中，u
α
和u
β
分别为逆变器输出电压在α和β轴上的分量，i
α
和i
β
分别为逆变器输出电压在α和β轴上的分量。
[0087]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0088]
令
[0089][0090]
从而等效得出
[0091]
以及
[0092]
基于以上构建磁链观测器的第三关系式：
[0093][0094]
其中，γ为观测器的调节增益。
[0095]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度还包括：
[0096]
构建所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度的第四关系式：
[0097][0098]
进而获取的第五关系式：
[0099]
其中，所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度。
[0100]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
[0101]
根据所述磁链观测器所获取的所述电机的转子电角度构建速度观测器的第六关系式：
[0102][0103]
其中，z1为的跟踪信号，z2为w的跟踪信号，k
p
和ki分别为观测器的调节系数。
[0104]
具体而言，其中，所述根据所述电机的磁链计算或/和获取所述电机的转子角度包括：
[0105]
构建无感控制器控制的第七关系式：
[0106][0107]
其中，ud和uq通过设计pi控制器获得，给定i
d_ref
和i
q_ref
指令信号，对观测器估计角度和获取的三相电流执行clark变换和park变换，得到实际的id和iq信号；
[0108]
构建pi控制器控制的第八关系式：
[0109][0110]
其中，i
d_error
和i
q_error
分别为dq轴电流环的跟踪误差；
[0111]
构建pi控制器控制的第八关系式：
[0112][0113]
其中，ud和uq分别为控制的输出量在dq轴上的分量，k
pc
和k
ic
分别为电流环的调节系数，ts为控制器的开关周期。
[0114]
图5为该磁链控制算法在整车上应用的基本控制框图；整体控制方式为foc 控制，磁链观测器的输入信号包含alfa和beta轴的电压电流，输入信号为估计的位置信号，整体控制目标为实现dq轴电流的闭环控制。
[0115]
通过磁链观测器实现位置信号的有效观测后，将位置信号代入foc(磁场定向矢量控制)中执行坐标系变换，得从而将三相交流电转换成dq坐标系上的直流电进行控制，简化了控制方式，同时提升了电机控制的性能。
[0116]
为验证新型磁链观测器算法和无感控制方法的有效性，本发明对其进行了仿真实验。设置实验中的初始条件和控制参数为：r＝0.4578欧、ld＝lq＝0.00334h、 p＝4、k
pc
＝0.1、k
ic
＝0.02、γ＝0.34、k
p
＝100、ki＝30；
[0117]
图1位观测器观测角度对实际角度的跟踪曲线，从图1可以看出，观测角度对于实际角度的的跟踪误差已经到了非常小的范围；同时可以在启动后的不到一个电角度周期内完成对角度的跟踪收敛；图2为观测器对实际磁链的观测量变化曲线，由图2可以看出，观测磁链信号仅10个开关周期就跟踪上了实际的磁链值，跟踪效果良好；图3和图4分别d轴电流
和q轴电流的跟踪曲线，从中可以看出，无感观测器实现了良好的控制效果。
[0118]
以上描述仅为本公开的一些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，本公开的实施例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上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。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(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。