电流调节方法及装置、电机驱动控制方法及装置与流程

本发明涉及无电解电容变频驱动技术领域，特别涉及一种电流调节方法及装置、电机驱动控制方法及装置。

背景技术：

随着社会的不断发展，空调的普及程度也越来越高，而空调的正常运行离不开压缩机电机，现在通常采用无电解电容驱动系统驱动电机运行。

传统的电流调节器当输出达到限幅时进入饱和状态，而此时积分器运算会导致饱和深度加深，只有当运行条件满足饱和退出条件时，才能退出饱和状态，需要较长时间。而应用该电流调节器的无电解电容驱动系统，没有pfc电路和大电解电容作为直流母线电容，而使用容量较小的薄膜电容，因而为保证电机有较高的功率因数，直流母线电压随输入电压存在超过一半峰值的波动，当母线电压较低时，电流调节器处于饱和状态，而当母线电压恢复时，电流调节器又不能快速从饱和状态下退出，从而导致电流控制性变差，容易出现短时间的电流过冲，影响电机整体性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种电流调节方法及装置、电机驱动控制方法及装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种电流调节方法，应用于电流调节装置，所述电流调节方法包括：

依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值；

依据接收到的限幅值对所述第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值；

依据所述第一输出电压值与所述第二输出电压值的比对结果确定所述电流调节装置的输出电压。

进一步地，所述依据接收到的限幅值对所述第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值的步骤包括：

当所述第一输出电压值大于最大限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述最大限幅值；

当所述第一输出电压值小于最小限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述最小限幅值；

当所述第一输出电压值大于或等于最小限幅值且小于或等于最大限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述第一输出电压值。

进一步地，所述依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值的步骤包括：

依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算误差值；

按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电压值；

按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电压值；

依据所述第二电压值及所述第一电压值计算第一输出电压值。

进一步地，所述依据所述第一输出电压值与所述第二输出电压值的比对结果确定所述电流调节装置的输出电压的步骤包括：

当所述第一输出电压值与所述第二输出电压值相等时，保持所述第一电压值不变从而确定所述输出电压为所述第二输出电压值；

当所述第一输出电压值与所述第二输出电压值不相等时，按照预设定的算式对所述第一电压值进行初始化以获得积分初始值，并在基于所述积分初始值以及所述第一电压值重新计算所述第一输出电压值后，重新执行所述依据接收到的限幅值对所述第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值的步骤。

第二方面，本发明还提供了一种电机驱动控制方法，所述电机驱动控制方法包括：

接收一电路参数采集单元采集并传输的相电流、输入电压、母线电压；

依据所述相电流计算电机转速实际值、q轴电流以及d轴电流；

依据所述输入电压、所述电机转速实际值以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流给定量；

利用如权利要求上述电流调节方法、所述母线电压、所述q轴转矩电流给定量以及所述q轴电流计算q轴电压给定量；

利用如权利要求上述电流调节方法、所述母线电压、预设定的d轴转矩电流给定量以及所述d轴电流计算d轴电压给定量；

依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号。

第三方面，本发明还提供了一种电流调节装置，所述电流调节装置包括：

电压调节单元，用于依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值；

限幅单元，用于依据接收到的限幅值对所述第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值；

控制单元，用于依据所述第一输出电压值与所述第二输出电压值的比对结果确定所述电流调节装置的输出电压。

进一步地，所述限幅单元用于当所述第一输出电压值大于最大限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述最大限幅值；

所述限幅单元还用于当所述第一输出电压值小于最小限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述最小限幅值；

所述限幅单元还用于当所述第一输出电压值大于或等于最小限幅值且小于或等于最大限幅值时，确定所述第二输出电压值为所述第一输出电压值。

进一步地，所述电压调节单元用于依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算误差值；

所述电压调节单元还用于按照预设定的积分系数对所述误差值进行积分从而获得第二电压值；

所述电压调节单元还用于按照预设定的比例系数对所述误差值进行放大从而获得第一电压值；

所述电压调节单元还用于依据所述第二电压值及所述第一电压值计算第一输出电压值。

进一步地，所述控制单元用于当所述第一输出电压值与所述第二输出电压值相等时，保持所述第一电压值不变从而确定所述输出电压为所述第二输出电压值；

所述控制单元还用于当所述第一输出电压值与所述第二输出电压值不相等时，按照预设定的算式对所述第一电压值进行初始化以获得积分初始值；

所述电压调节单元还用于基于所述积分初始值以及所述第一电压值重新计算所述第一输出电压值；

所述限幅单元还用于重新依据接收到的限幅值对所述第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值。

第四方面，本发明还提供了一种电机驱动控制装置，所述电机驱动控制装置包括：

参数接收单元，用于接收一电路参数采集单元采集并传输的相电流、输入电压、母线电压；

计算单元，用于依据所述相电流计算电机转速实际值、q轴电流以及d轴电流；

q轴转矩电流给定量确定单元，用于依据所述输入电压、所述电机转速实际值以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流给定量；

q轴电压给定量确定单元，用于利用上述电流调节装置、所述母线电压、所述q轴转矩电流给定量以及所述q轴电流计算q轴电压给定量；

d轴电压给定量确定单元，用于利用上述电流调节装置、所述母线电压、预设定的d轴转矩电流给定量以及所述d轴电流计算d轴电压给定量；

脉宽调制信号生成单元，用于依据所述q轴电压给定量及所述d轴电压给定量生成脉宽调制信号。

相对于现有技术，本发明的电流调节方法及装置依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值，再依据接收到的限幅值对第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值，从而通过第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果确定电流调节装置的输出电压；其中，第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果可反应电流调节装置是否处于饱和状态，从而使得在电流调节装置处于饱和状态时可以对电流调节装置的积分器进行初始化，使得电流调节装置可随限幅值的波动快速进入/退出饱和状态。此外，本发明提供的电机驱动控制方法及装置，通过应用上述电流调节方法及装置，使得q轴电压给定量、d轴电压给定量可快速响应随母线电压的波动而发生变化，提高了对电流的控制性的同时，增加了电机运转的稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的电流调节方法的流程图。

图2为图1中步骤s101的具体流程图。

图3为图1中步骤s102的具体流程图。

图4为图1中步骤s103的具体流程图。

图5为本发明实施例所述的电流调节装置的功能模块图。

图6为本发明实施例所述的电流调节装置的拓扑结构图。

图7为本发明实施例所述的电机驱动控制方法的流程图。

图8为图7中步骤s606的具体流程图。

图9为本发明实施例所述的电机驱动控制装置的功能模块图。

附图标记说明：

100-电流调节装置；110-电压调节单元；120-限幅单元；130-控制单元；200-电机驱动控制装置；210-参数接收单元；220-计算单元；230-q轴转矩电流给定量确定单元；240-q轴电压给定量确定单元；250-d轴电压给定量确定单元；260-脉宽调制信号生成单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。

第一实施例

本发明实施例提供了一种电流调节方法，用于依据输入电流对电压进行调节。请参阅图1，为本发明实施例提供的电流调节方法的流程图。该电流调节方法包括：

步骤s101：依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值。

请参阅图2，为步骤s101的具体流程图。步骤s101包括：

子步骤s1011：依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算误差值。

具体地，误差值可通过以下算式进行计算：

ε＝inref-in

其中，ε为误差值，inref为预设定的电流参考值，in为输入电流。

子步骤s1012：按照预设定的比例系数对误差值进行放大从而获得第一电压值。

具体地，第一电压值可通过以下算式进行计算：

out1＝kp*ε

其中，out1为第一电压值，kp为预设定的比例系数。

子步骤s1013：按照预设定的积分系数对误差值进行积分从而获得第二电压值。

具体地，第二电压值可通过以下算式进行计算：

out2＝ki*∫εdt

其中，out2为第二电压值，ki为预设定的积分系数。

子步骤s1014：依据第二电压值及第一电压值计算第一输出电压值。

具体地，第一输出电压值可通过以下算式进行计算：

out0＝out1+out2

其中，out0为第一输出电压值。

步骤s102：依据接收到的限幅值对第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值。

请参阅图3，为步骤s102的具体流程图。步骤s102包括：

子步骤s1021：判断第一输出电压值是否大于最大限幅值，如果是，则执行子步骤s1022；如果否，在执行子步骤s1023。

通过判断第一输出电压值是否大于最大限幅值，可以确定电流调节装置100是否处于饱和状态。

子步骤s1022：确定第二输出电压值为最大限幅值。

当第一输出电压值大于最大限幅值时，电流调节装置100对第一输出电压值进行限幅运算，使得第二输出电压值为最大限幅值，可以避免积分器的饱和深度加深。

子步骤s1023：判断第一输出电压值是否小于最小限幅值，如果是，则执行子步骤s1024；如果否，在执行子步骤s1025。

通过判断第一输出电压值是否小于最小限幅值，同样可以确定电流调节装置100是否处于饱和状态。

子步骤s1024：确定第二输出电压值为最小限幅值。

当第一输出电压值小于最小限幅值时，电流调节装置100对第一输出电压值进行限幅运算，使得第二输出电压值为最小限幅值，可以避免积分器的饱和深度加深。

子步骤s1025：确定第二输出电压值为第一输出电压值。

当第一输出电压值大于或等于最小限幅值且小于或等于最大限幅值时，电流调节装置100无需进行限幅运算，因而第二输出电压值即为第一输出电压值。

需要说明的是，在实际应用中，限幅值通常由母线电压决定。设限幅值为outlimt，则最大限幅值为+outlimt，最小限幅值为-outlimt。

从而，当out0>+outlimt时，out'0＝+outlimt；

当out0<-outlimt时，out'0＝-outlimt；

当-outlimt<out0<+outlimt时，out'0＝out0。

其中，out'0为第二输出电压值。

步骤s103：依据第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果确定电流调节装置100的输出电压。

请参阅图4，为步骤s103的具体流程图。步骤s103包括：

子步骤s1031：判断第一输出电压值与第二输出电压值是否相等，如果是，则执行子步骤s1032；如果否，在执行子步骤s1033。

子步骤s1032：保持第一电压值不变从而确定输出电压为第二输出电压值。

当第一输出电压值与第二输出电压值相等时，表明电流调节装置100在确定第二输出电压值的过程中并未进行限幅运算，即此时电流调节装置100并未处于饱和状态，因而此时不对积分器做任何操作，保持原有的第二输出电压值不变，使得电流调节装置100的输出电压即为第二输出电压值。

子步骤s1033：按照预设定的算式对第一电压值进行初始化以获得积分初始值。

当第一输出电压值与第二输出电压值不相等时，表明电流调节装置100在确定第二输出电压值的过程中进行了限幅运算，即此时电流调节装置100处于饱和状态，此时计算积分初始值，以使电流调节装置100能够退出饱和状态。

其中，积分初始值＝限幅值-kp*(inref-in)。

子步骤s1034：基于积分初始值以及第一电压值重新计算第一输出电压值。

以积分初始值代替原始的第二电压值，从而确定新的第一输出电压值。

需要说明的是，在重新确定第一输出电压值以后，还需重新执行步骤s102，并依次进行后续步骤。

还需要说明的是，在限幅值不变的情况下，由于对电流调节装置100的积分部分进行了初始化操作，使得电流调节装置100退出了饱和状态，因而重新确定的第二输出电压值应当与重新确定的第一输出电压值相等，从而电流调节装置100最终的输出电压值应当与新的第一输出电压值相等。

第二实施例

本发明实施例提供了一种电流调节装置100，用于依据输入电流对电压进行调节。需要说明的是，本实施例所提供的电流调节装置100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。请结合参阅图5及图6，该电流调节装置100包括电压调节单元110、限幅单元120以及控制单元130。

其中，电压调节单元110用于依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值。

电压调节单元110首先依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算误差值；然后按照预设定的比例系数对误差值进行放大从而获得第一电压值；接着按照预设定的积分系数对误差值进行积分从而获得第二电压值；最后依据第二电压值及第一电压值计算第一输出电压值。

可以理解地，电压调节单元110可用于执行步骤s101、子步骤s1011、子步骤s1012、子步骤s1013以及子步骤s1014。

限幅单元120用于依据接收到的限幅值对第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值。

具体地，限幅单元120用于当第一输出电压值大于最大限幅值时，确定第二输出电压值为最大限幅值；当第一输出电压值小于最小限幅值时，确定第二输出电压值为最小限幅值；当第一输出电压值大于或等于最小限幅值且小于或等于最大限幅值时，确定第二输出电压值为第一输出电压值。

可以理解地，限幅单元120可用于执行步骤s102、子步骤s1021、子步骤s1022、子步骤s1023、子步骤s1024以及子步骤s1025。

控制单元130用于依据第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果确定电流调节装置100的输出电压。

控制单元130用于当第一输出电压值与第二输出电压值不相等时，按照预设定的算式对第一电压值进行初始化以获得积分初始值以使得在电压调节单元110基于积分初始值以及第一电压值重新计算第一输出电压值后，限幅单元120重新依据接收到的限幅值对第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值。

可以理解地，控制单元130可用于执行步骤s103、子步骤s1031、子步骤s1032、子步骤s1033以及子步骤s1034。

第三实施例

本发明实施例提供了一种电机驱动控制方法，用于驱动电机运行。需要说明的是，本实施例所提供的电机驱动控制方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。请参阅图7，图7为本发明较佳实施例提供的一种电机驱动控制方法的流程图。

步骤s701：接收一电路参数采集单元采集并传输的相电流、输入电压、母线电压。

可以理解地，相电流、输入电压、母线电压均为电路参数采集模块采集并传输的；此外，在本实施例中，输入至电机的相电流包括u相电流iu以及v相电流iv。

步骤s702：依据相电流计算电机转速实际值、q轴电流以及d轴电流。

首先通过u相电流iu以及v相电流iv计算w相电流iw：

iw＝-iu-iv

接着通过u相电流iu、v相电流iv以及w相电流iw计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

iα＝iu

则q轴电流的计算公式为：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d轴电流的计算公式为：

id＝iαcosθ+iβsinθ

其中，θ为电机130转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差

则电机130转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：

θ(n)＝θ(n-1)+δθ

则电机转速实际值可通过以下算式计算：

步骤s703：依据输入电压、电机转速实际值以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流给定量。

首先，依据转速实际值、预设定的电机转速参考值确定转矩电流，可通过以下算式转矩电流进行计算：

it_ref＝kp1*(wr_ref-wr)+ki1*∫(wr_ref-wr)dt

其中，it_ref为转矩电流，wr_ref为预设定的电机转速参考值，wr为电机转速实际值，kp1为预设定的第一比例系数，ki1为预设定的第一积分系数。

接着，依据输入电压确定转矩电流变化波形，可通过以下算式对转矩电流变化波形进行计算：

其中，k为预设定的归一化系数，it_waveform为转矩电流变化波形。

最后，依据转矩电流、转矩电流变化波形确定q轴转矩电流给定量，可通过以下算式对进行计算：

iq_ref＝it_ref*it_waveform

其中，iq_ref为q轴转矩电流给定量。

步骤s704：利用第一实施例提供的电流调节方法、母线电压、q轴转矩电流给定量以及q轴电流计算q轴电压给定量。

需要说明的是，在第一实施例中的限幅值由本实施例中的母线电压所决定，具体地，母线电压与限幅值满足以下算式：

q轴转矩电流给定量即为第一实施例中预设定的电流参考值，q轴电流即为第一实施例中的输入电流，q轴电压给定量为第一实施例中的的输出电压。

步骤s705：利用第一实施例提供的电流调节方法、母线电压、预设定的d轴转矩电流给定量以及d轴电流计算d轴电压给定量。

同样地，母线电压与限幅值满足以下算式：

d轴转矩电流给定量即为第一实施例中预设定的电流参考值，d轴电流即为第一实施例中的输入电流，d轴电压给定量为第一实施例中的输出电压。

步骤s706：依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号。

请参图阅图8，为步骤s706的子步骤流程图。步骤s706包括：

子步骤s7061：基于q轴电压给定量及d轴电压给定量计算三相输出脉宽。

uα＝udcosθ-uqsinθ

uβ＝udsinθ+uqcosθ

uu＝uα

其中，uu、uv、uw分别为电机的三相输出脉宽。

子步骤s7062：基于三相输出脉宽及母线电压分别计算u、v、w三相的目标电压值。

具体地，u、v、w三相的目标电压值分别通过以下算式计算：

其中，uu-n、uv-n、uu-n分别为u、v、w三相的目标电压值。

子步骤s7063：基于u、v、w三相的目标电压值及预设定的第二三角波幅值分别计算u、v、w三相的比较值。

具体地，通过以下算式对u、v、w三相的比较值进行计算：

compu＝a*uu-n/udc

compv＝a*uv-n/udc

compw＝a*uw-n/udc

其中，compu、compv、compw分别为u、v、w三相的比较值，a为预设定的第二三角波幅值。

子步骤s7064：分别判断u、v、w三相的比较值是否大于第二三角波幅值，如果是，则执行子步骤s7065；如果否，则执行子步骤s7066。

compu>a

compv>a

即判断compu、compv、compw是否满足compw>a。

子步骤s7065：确定脉宽调制信号对应相的值为1。

例如，当满足compu>a时，pwm_u＝1；当满足compv>a时，pwm_v＝1；当满足compw>a时，pwm_w＝1。

其中，pwm_u、pwm_v及pwm_w分别为脉宽调制信号u、v、w三相的输出。

子步骤s7066：确定脉宽调制信号对应相的值为0。

例如，当满足compu≤a时，pwm_u＝0；当满足compv≤a时，pwm_v＝0；当满足compw≤a时，pwm_w＝0。

第四实施例

本发明实施例提供了一种电机驱动控制装置200，用于驱动电机运行。需要说明的是，本实施例所提供的电机驱动控制装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。请参阅图9，图9为本发明较佳实施例提供的一种电机驱动控制装置200的功能模块图。该电机驱动控制装置200包括参数接收单元210、计算单元220、q轴转矩电流给定量确定单元230、q轴电压给定量确定单元240、d轴电压给定量确定单元250以及脉宽调制信号生成单元260。

其中，参数接收单元210用于接收一电路参数采集单元采集并传输的相电流、输入电压、母线电压。

可以理解地，参数接收单元210可用于执行步骤s701。

计算单元220用于依据相电流计算电机转速实际值、q轴电流以及d轴电流。

可以理解地，计算单元220可用于执行步骤s702。

q轴转矩电流给定量确定单元230用于依据输入电压、电机转速实际值以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流给定量。

可以理解地，q轴转矩电流给定量确定单元230可用于执行步骤s703。

q轴电压给定量确定单元240用于利用第二实施例提供的电流调节装置100、母线电压、q轴转矩电流给定量以及q轴电流计算q轴电压给定量。

可以理解地，q轴电压给定量确定单元240可用于执行步骤s704。

d轴电压给定量确定单元250用于利用第二实施例提供的电流调节装置100、母线电压、预设定的d轴转矩电流给定量以及d轴电流计算d轴电压给定量。

可以理解地，d轴电压给定量确定单元250可用于执行步骤s705。

脉宽调制信号生成单元260用于依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号。

可以理解地，脉宽调制信号生成单元260可用于执行步骤s706。

综上所述，本发明的电流调节方法及装置依据接收到的输入电流以及预设定的电流参考值计算第一输出电压值，再依据接收到的限幅值对第一输出电压值进行限幅运算从而确定第二输出电压值，从而通过第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果确定电流调节装置的输出电压；其中，第一输出电压值与第二输出电压值的比对结果可反应电流调节装置是否处于饱和状态，从而使得在电流调节装置处于饱和状态时可以对电流调节装置的积分器进行初始化，使得电流调节装置可随限幅值的波动快速进入/退出饱和状态。此外，本发明提供的电机驱动控制方法及装置，通过应用上述电流调节方法以及电流调节装置，使得q轴电压给定量、d轴电压给定量可快速响应随母线电压的波动而发生变化，提高了对电流的控制性的同时，增加了电机运转的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。