本发明涉及无人机电机控制领域，具体涉及一种电机调速方法和电机调速装置。
背景技术
目前，电动机(以下简称电机)作为电能量转换装置，其应用范围遍及国民经济的各个领域。
现有技术的无人机普遍采用锂电池为无人机的电机供电。但是，当电池满电或者电池电量低时，电池输出电压会发生变化。在无人机的控制过程中，当电池电压发生变化时，飞控即使给电调同样的转速给定(油门)，也会使得电机转速发生改变。而油门输入及转速输出这个模型发生改变，将会影响无人机系统控制的稳定性。图1为不同供电电压(即，电池输出电压)所对应的输入(油门)及输出(转速)关系图。图中取14v、14.5v、15v、15.5v及16v这五个电压值进行观测，测量不同输入电压下不同油门对应的输出转速，这里所观测的输出转速为无人机的空载转速。参见图1，五条曲线自上而下分别为电压值为16v、15.5v、15v、14.5v及14v时的观测曲线。根据图1可知，当输入相同油门的情况下，电压值越大，则输出转速越大；反之，电压值越小，则输出转速越小。这种情况会导致输入(油门)及输出(转速)所对应的电机控制模型发生变化，不利于无人机控制的稳定性。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电机调速方法和电机调速装置。
本发明提供的一种电机调速方法，包括：
s1、采集电机的相电流ia和ib，将采集到的所述相电流ia和ib经过坐标变换得到d轴和q轴的电流id和iq；
s2、将q轴的参考电流iqref与q轴的电流iq依次进行减法和比例积分操作得到q轴的参考电压uqref；
s3、将d轴的参考电流idref和d轴的电流输入id进行减法和比例积分操作得到d轴的参考电压udref；
s4、将uqref与udref进行坐标变换，对电机的角度θ和坐标变换后uqref与udref进行空间矢量调制，然后进行逆变处理，通过逆变处理后的信号调节电机的转速。
在本发明的一实施例中，所述q轴的参考电流iqref通过将电机的给定角速度ωqref和实际角速度ω进行减法和比例积分操作得到；
所述d轴的参考电流idref通过将电机的给定电压uref和实际电压udc进行减法和比例积分操作得到。
在本发明的一实施例中，所述实际角速度ω和实际角度θ通过将d轴和q轴的电流id和iq、d轴的参考电压udref和q轴的参考电压uqref通过无感控制算法得到。
在本发明的一实施例中，所述方法还包括：当输入油门处于最大值的时间大于预设阈值时，将电机控制模型中的给定电压uref的取值设置为0.58udc，其中，udc为实际电压。
在本发明的一实施例中，所述给定电压uref通过下式确定：
uref＝(umax+umin)/2；
其中，umax为电池最大输出电压，umin为电池最小输出电压。
所述实际电压udc通过下式确定：
其中，udref为d轴参考电压，uqref为q轴参考电压。
本发明实施例提供了一种电机调速装置，所述装置应用于供电电压波动下的电机，包括：
电流采集单元，用于实时采集电机输出的相电流ia和ib；
处理单元，用于将采集到的相电流ia和ib转换为d轴和q轴下的电流id和iq、对q轴的参考电流iqref与q轴的电流iq进行减法及比例积分计算从而得到q轴的参考电压uqref、对d轴的参考电流idref和d轴的实际电流输入id进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电压udref、以及对q轴的参考电压uqref和d轴的参考电压udref进行坐标变换；
用于对实际角度θ和坐标变换后的uqref与udref进行空间矢量调制处理的空间矢量调制器和用于对所述空间矢量调制器输入的信号进行逆变处理得到输出信号的逆变器。
在本发明的一实施例中，该处理单元还用于对输入的给定角速度ωqref和实际角速度ω进行减法及比例积分操作从而得到q轴的参考电流iqref、以及用于对给定电压uref和实际电压udc进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电流idref。
在一个实施例中，电机调速装置除上述方案所描述的各单元外，还包括无感控制算法单元，用于对所述d轴电流id、所述q轴电流iq、d轴的参考电压udref和q轴的参考电压uqref进行无感控制算法得到实际角速度ω和实际角度θ。
与现有技术相比，本发明至少具备以下优点：
基于上述方案，对于直流供电电机，能够通过对无功电流的控制来实现对电机转速的调节。具体的，当电池输出电压高时，无功电流为正，这样就会限制电机产生的转矩，进而降低电机输出的转速；而当电池输出电压低时，无功电流为负，这样会增加输出转矩使得电机输出转速提升。通过这种方式就能够保证无论电池输出电压如何变化，电机输出转速总能稳定在一个较小的范围内，从而保证电机控制效果的稳定和可靠。
附图说明
图1为现有技术的电机在不同供电电压下所对应的输入(油门)及输出(转速)关系图；
图2为本发明一种电机调速方法一种实施方式的流程图；
图3为本发明一种电机调速装置的结构原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
图2示出了本发明实施例一种电机调速方法的流程图，具体可以包括以下步骤：
步骤101、采集电机的相电流ia和ib，将采集到的相电流ia和ib依次经过clark变换和park变换得到d轴和q轴的电流id和iq。
步骤102、将q轴的参考电流iqref与q轴的电流iq依次进行减法和比例积分操作得到q轴的参考电压uqref；
具体的，将给定角速度ωqref作为输入信号，实际角速度ω作为负反馈信号对给定角速度ωqref进行调节，也就是，给定角速度ωqref减去实际角速度ω。将得到的差值进行比例积分操作(例如：通过pi调节器进行比例积分操作)得到q轴参考电流iqref，然后对q轴参考电流iqref减去q轴电流iq的差值进行比例积分操作(通过pi调节器)得到q轴参考电压uqref。
步骤103、将电机的给定电压uref和实际电压udc依次进行减法和比例积分操作(通过pi调节器)得到d轴的参考电流idref，将d轴的参考电流idref和d轴电流id进行减法和比例积分操作(通过pi调节器)得到d轴的参考电压udref。
具体的，将给定电压uref作为输入信号，实际电压udc作为负反馈信号对给定电压uref进行调节，也即，用给定电压uref减去实际电压udc。然后对其差值进行比例积分操作(通过pi调节器)得到d轴参考电流idref，对d轴参考电流idref减去d轴电流id的差值进行比例积分操作(通过pi调节器)得到d轴参考电压udref。
在本实施例中，可以将给定电压uref的取值设置为电池电压的中间值umid，同时，将实际电压udc取值为相电压的峰值u1，则：
uref＝umid＝(umax+umin)/2；
其中，umax为电池最大输出电压，umin为电池最小输出电压。
实际电压udc则通过下式确定：
其中，udref为d轴参考电压，uqref为q轴参考电压。
将上述取值的给定电压uref和实际电压udc的差值经过pi调节器得到d轴的参考电流idref，然后将d轴电流id与d轴的参考电流idref进行减法及比例积分操作，得到d轴参考电压udref。
步骤104、将uqref与udref进行坐标变换，将实际角度θ和坐标变换后uqref与udref同时输入空间矢量调制器，然后输入逆变器，通过逆变器输出的信号调节电机的转速。
具体的，这一步骤中，对uqref和udref进行park逆变换，再将实际角度θ和坐标变换后的uqref与udref通过空间矢量调制器进行空间矢量调制处理将得到的pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)信号，将该pwm信号通过逆变器，利用逆变器输出的信号调节电机的转速。
进一步的，实际角速度ω和实际角度θ是将d轴电流id、q轴电流iq、d轴参考电压udref及q轴参考电压uqref通过无感算法得到的。
在本发明的一种可选实施方式中，上述方法还包括：当输入油门处于最大值的时间大于预设阈值时，对电机控制模型进行最大转速处理，这里，所谓最大转速处理即为：将电机控制模型中的给定电压uref的取值设置为0.58udc；将调整后的给定电压uref和实际电压udc的差值经过pi调节器后赋给d轴参考电流idref，通过设置后的无功电流对转速进行调节。优选的，预设阈值可以设置为1.8ms。
综上，根据本发明实施例提供的电机调速方法，能够通过对无功电流idref的控制来实现对电机转速的调节。具体的，当电池输出电压高时，无功电流idref为正这样就会限制产生的转矩，进而降低电机输出的转速；而当电池输出电压低时，无功电流idref为负这样会增加输出转矩使得电机输出转速提升；通过这种方式就能够保证无论电池输出电压如何变化，电机输出转速总能稳定在一个较小的范围内，从而保证电机控制效果的稳定和可靠。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种直流供电电压波动下的电机调速装置，该电机调速装置包括：
电流采集单元41，用于实时采集电机输出的相电流ia和ib；
处理单元，用于将采集到的相电流ia和ib转换为d轴和q轴下的电流id和iq、对q轴的参考电流iqref与q轴的电流iq进行减法及比例积分计算从而得到q轴的参考电压uqref、对d轴的参考电流idref和d轴的实际电流输入id进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电压udref、以及对q轴的参考电压uqref和d轴的参考电压udref进行坐标变换。在本发明提供的一种实施例中，处理单元可包括：
第一坐标变换单元42，用于将采集到的相电流ia和ib转换为d轴和q轴下的电流id和iq。具体的，第一坐标变换单元42包括位于相电流输入端的clark变换单元和位于相电流输出端的park变换单元。
第一减法及比例积分计算单元44，用于对q轴的参考电流iqref与q轴的实际电流iq进行减法及比例积分计算从而得到q轴的参考电压uqref。
第二减法及比例积分计算单元46，用于对d轴的参考电流idref和d轴的实际电流输入id进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电压udref。
第二坐标变换单元47，用于对q轴的参考电压uqref和d轴的参考电压udref进行坐标变换。第二坐标变换单元47为park逆变换单元。
此外，本发明的处理单元还用于对输入的给定角速度ωqref和实际角速度ω进行减法及比例积分操作从而得到q轴的参考电流、以及用于对给定电压uref和实际电压udc进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电流idref。在本发明的提供的一实施例中，处理单元还可以包括：
第三减法及比例积分单元43，用于对输入的给定角速度ωqref和实际角速度ω进行减法及比例积分操作从而得到q轴的参考电流iqref。
第四减法及比例积分计算单元45，用于对给定电压uref和实际电压udc进行减法和比例积分操作从而得到d轴的参考电流idref。
空间矢量调制器48，用于对实际角度θ和坐标变换后的uqref与udref进行处理，并将处理后的输出信号输入逆变器49。
逆变器49，用于对空间矢量调制器48输入的信号进行处理得到输出信号，利用该输出信号调节电机的转速。
无感控制算法单元50，用于获得实际角速度ω和实际角度θ。具体为将d轴电流id、q轴电流iq、d轴参考电压udref及q轴参考电压uqref输入无感控制算法单元50，通过无感控制算法得到实际角速度ω和实际角度θ。
优选的，给定电压uref通过下式确定：
uref＝(umax+umin)/2；
其中，umax为电池最大输出电压，umin为电池最小输出电压。
实际电压udc则通过下式确定：
其中，udref为d轴参考电压，uqref为q轴参考电压。
在本发明的一种可选实施方式中，当输入油门处于最大值的时间大于预设阈值时，将电机控制模型中的给定电压uref的取值设置为0.58udc。优选的，所述预设阈值可以为1.8ms。
以上对本发明所提供的一种电机调速方法和装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。