本发明涉及一种电机控制方法。
背景技术：
在现有基于变频器的电机控制方案中较常用的有v/f压频比控制方法和矢量控制方法。v/f控制方法由于低速时定子电阻的分压较明显导致低速起动转矩不足，导致带载能力变弱，因此需要在低速时进行电压补偿，以提高低速时的带载能力，而在实际应用的时候，手动转矩提升不容易设置合适，转矩提升过大电机将过励磁运行，变频器输出电流会增大，电机发热大，轻载时效率低，转矩提升不足，则重载无法正常启动。而变频器的矢量控制方法使用了较多的电机参数，对电机参数的敏感性较强，应用中的鲁棒性差，对于不容易辨识参数的应用场合，适用性受限。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电机控制方法，其具有较灵活的提高低速的带负载能力，不需要人为调整转矩提升电压，动态性较好，能较快的进入稳定状态。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种电机控制方法，包括以下步骤：步骤1、生成电机目标运行频率指令ω_ref以及磁链矢量指令的幅值ψ_ref，对电机目标运行频率指令ω_ref进行积分得到磁链矢量指令的相角θ_ref，由ψ_ref和θ_ref得到磁链矢量指令步骤2、根据磁链矢量指令以及定子的观测磁链矢量对电机进行控制。优选地，所述磁链矢量指令的幅值ψ_ref根据电机目标运行频率指令ω_ref结合预先建立的压频比曲线计算得到，压频比曲线上电机目标运行频率指令ω_ref所对应频率下的压频比值为磁链矢量幅值ψ_ref。优选地，所述步骤2具体如下：步骤201、把磁链矢量指令同步旋转坐标变换为d轴和q轴指令分量ψd_ref和ψq_ref，其同步旋转坐标变换的定向角都为θ定向角；把定子的观测磁链矢量同步旋转坐标变换为d轴和q轴的磁链观测反馈量ψd_fbk和ψq_fbk，其同步旋转坐标变换的定向角都为θ定向角；然后根据ψd_ref和ψq_ref以及ψd_fbk和ψq_fbk，得到d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref；步骤202、将d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref空间矢量合成为矢量电压控制指令并根据矢量电压控制指令通过逆变单元对电机进行控制。进一步优选地，d轴磁链观测反馈量ψd_fbk和q轴磁链观测反馈量ψq_fbk通过以下方法得到：根据实时检测的电机电流信号ia、ib、ic及矢量电压控制指令基于电机的定子电压方程观测得到电机的定子磁链观测矢量然后将所述定子磁链观测矢量同步旋转坐标变换为d轴磁链观测反馈量ψd_fbk和q轴磁链观测反馈量ψq_fbk。优选地，所述定向角θ定向角为磁链矢量指令的相角θ_ref。优选地，所述定向角θ定向角为定子的观测磁链矢量的矢量角。优选地，所述电机电流信号ia、ib、ic均为实时检测得到，或者，其中两相实时检测得到，而另一相根据其它两相检测结果计算得到。优选地，根据ψd_ref和ψq_ref以及d轴磁链观测反馈量ψd_fbk和q轴磁链观测反馈量ψq_fbk，通过pi或pid控制器，或者在输出端加入前馈项或者交叉解耦项的pi或pid控制器，得到d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref。根据相同发明思路还可以得到以下技术方案：一种电机控制装置，包括：指令生成单元，用于对给定的电机目标运行频率指令ω_ref进行积分得到磁链矢量指令的相角θ_ref并结合磁链矢量指令的幅值ψ_ref，得到磁链矢量指令矢量控制模块，用于根据磁链矢量指令以及定子的观测磁链矢量对电机进行控制。优选地，所述指令生成单元根据给定的电机目标运行频率指令ω_ref结合预先建立的压频比曲线计算得到磁链矢量指令的幅值ψ_ref，压频比曲线上电机目标运行频率指令ω_ref所对应频率下的压频比值为磁链矢量幅值ψ_ref。优选地，所述矢量控制模块包括：定子磁链观测器，用于对电机的定子磁链进行观测，生成定子磁链观测矢量同步旋转坐标变换单元，用于把磁链矢量指令同步旋转坐标变换为d轴和q轴指令分量ψd_ref和ψq_ref，把定子的观测磁链矢量同步旋转坐标变换为d轴和q轴的磁链观测反馈量ψd_fbk和ψq_fbk，两者的同步旋转坐标变换的定向角为θ定向角；磁链控制单元，用于根据ψd_ref和ψq_ref以及ψd_fbk和ψq_fbk，得到d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref；空间矢量生成单元，用于将d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref空间矢量合成为矢量电压控制指令逆变单元，用于根据矢量电压控制指令对电机进行控制。优选地，所述定向角θ定向角为磁链矢量指令的相角θ_ref。优选地，所述定向角θ定向角为定子的观测磁链矢量的矢量角。优选地，所述定子磁链观测器根据实时检测的电机电流信号ia、ib、ic及矢量电压控制指令基于电机的定子电压方程观测得到电机的定子磁链观测矢量优选地，所述电机电流信号ia、ib、ic均为实时检测得到，或者，其中两相实时检测得到，而另一相根据其它两相检测结果计算得到。优选地，所述磁链控制单元包括：d轴磁链控制器，其为pi或pid控制器，或者在输出端加入前馈项或者交叉解耦项的pi或pid控制器，d轴磁链控制器根据ψd_ref和d轴磁链观测反馈量ψd_fbk获得d轴控制电压指令ud_ref；q轴磁链控制器，其为pi或pid控制器，或者在输出端加入前馈项或者交叉解耦项的pi或pid控制器，q轴磁链控制器根据ψq_ref和q轴磁链观测反馈量ψq_fbk获得q轴控制电压指令uq_ref。相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：本发明可以自行根据电机的转速指令，进行电机的变频调节控制，不需要手动提升转矩，不需要估算电机的定子电阻压降进行电压补偿，且可以较大提高低速带载能力，仅需要较少的电机参数，鲁棒性较好，有较好的电机参数的适应性，且能实现较好的动态特性，可以实现无速度传感器的电机控制。附图说明图1为本发明电机控制装置的一个优选实施例的结构原理示意图；图2为指令生成单元的结构原理示意图；图3为同步旋转坐标变换单元原理示意图；图4为磁链控制单元控制原理图；图5为定子磁链观测器原理图；图6为传统的v/f控制方法在转矩提升不足时的2hz电流波形图；横轴为时间，纵轴为电流(单位a)；图7为本发明控制方法的电流波形图，横轴为时间，纵轴为电流(单位a)；图8为传统的v/f控制方法的2hz转速波形图，横轴为时间，纵轴为电机速度rpm；图9为本发明控制方法的2hz转速波形图，横轴为时间，纵轴为电机速度rpm。具体实施方式针对现有v/f控制方法与空间矢量控制方法的不足，本发明的解决思路是将两者相结合，预先建立压频比(v/f)曲线，当电机在额定频率以下恒功率运行时，通常以v/f曲线上的每个压频比值作为其所对应频率下的磁链矢量幅值ψ_ref，再结合对电机目标运行频率指令积分得到的磁链矢量指令相角θ_ref，从而得到磁链矢量指令然后根据磁链矢量指令以及定子的观测磁链矢量对电机进行控制，以提高低速的带负载能力，不需要人为调整转矩提升电压，动态性较好，能较快的进入稳定状态。具体而言，本发明电机控制装置，包括指令生成单元和矢量控制模块；其中，指令生成单元接收外部上位机或者用户给定的电机目标运行频率指令ω_ref，然后结合预先设定的压频比曲线计算得到磁链矢量指令的幅值ψ_ref,也可以将磁链矢量指令的幅值ψ_ref预先计算好，直接作为给定输入到指令生成单元中(下面的实施例中以前者为例)，并对电机目标运行频率指令ω_ref进行积分得到磁链矢量指令的相角θ_ref，由ψ_ref和θ_ref得到磁链矢量指令矢量控制模块用于根据磁链矢量指令以及定子的观测磁链矢量对电机进行矢量控制。上述矢量控制模块可采用现有的各类电机矢量控制方案，优选采用以下控制方案：步骤201、把磁链矢量指令同步旋转坐标变换为d轴和q轴指令分量ψd_ref和ψq_ref，其同步旋转坐标变换的定向角都为θ定向角；把定子的观测磁链矢量同步旋转坐标变换为d轴和q轴的磁链观测反馈量ψd_fbk和ψq_fbk，其同步旋转坐标变换的定向角都为θ定向角；然后根据ψd_ref和ψq_ref以及ψd_fbk和ψq_fbk，得到d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref；步骤202、将d轴控制电压指令ud_ref和q轴控制电压指令uq_ref空间矢量合成为矢量电压控制指令并根据矢量电压控制指令通过逆变单元对电机进行控制。步骤201中的定向角θ定向角可以是磁链矢量指令的相角θ_ref或者也可以是定子的观测磁链矢量的矢量角，下面以θ_ref作为定向角为例。为了便于公众理解，下面以一个优选实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：图1为本发明电机控制装置的一个优选实施例的结构原理示意图，其包括指令生成单元、同步旋转坐标变换单元、磁链控制单元、空间矢量生成单元、逆变单元、定子磁链观测器、电流检测单元。首先，如图2所示，指令生成单元通过将输入的电机目标运行频率指令ω_ref根据预先设定设的压频(v/f)曲线计算得到磁链矢量指令的幅值ψ_ref，通过对电机目标运行频率指令ω_ref进行积分得到磁链矢量指令的相角θ_ref，由ψ_ref和θ_ref得到磁链矢量指令如图3所示，同步旋转坐标变换单元以θ_ref作为定向角把定子磁链观测矢量变换为同步旋转坐标系下的d轴和q轴的磁链反馈量ψd_fbk和ψq_fbk，把磁链矢量指令变换为d轴和q轴指令分量ψd_ref和ψq_ref。如图4所示，ψd_ref和ψd_fbk传入磁链控制单元的d轴磁链控制器进行d轴磁链控制；ψq_ref和ψq_fbk传入磁链控制单元的q轴磁链控制器进行q轴磁链控制；d轴磁链控制器输出为d轴控制电压指令ud_ref，q轴磁链控制器输出为q轴控制电压指令uq_ref。本实施例中的d轴磁链控制器和q轴磁链控制器均采用pi控制器，实际上也可采用其他类型的控制器，例如pid控制器，或者在输出端加入前馈项或者交叉解耦项的pi控制器或pid控制器。空间矢量生成单元将ud_ref和uq_ref进行空间矢量合成计算输出矢量电压控制指令通过逆变单元给出电机的控制电压uu,uv,uw进行电机控制。上述定子磁链观测矢量由定子磁链观测器提供。如图5所示，本实施例中的定子磁链观测器根据电流检测单元检测到的电机三相电流信号ia、ib、ic及逆变单元所给出的电机控制电压uu,uv,uw或者矢量电压控制指令基于电机的定子电压方程观测得到电机的定子磁链观测矢量也可以采用其它的定子磁链观测器，例如基于电压模型或者改进型电压模型的定子磁链观测器，或者以定子电流及定子磁链为状态变量的全阶观测器。所述电流检测单元利用霍尔传感器或采样电阻对电机三相电流信号ia、ib、ic进行实时检测，也可以只对其中的两相进行实时检测，然后利用这两相检测结果计算得到另外一相电流。本发明技术方案的特点是不需要进行传统v/f控制的手动转矩提升电压的调整即可以低速重载启动，较好的适应不同的负载启动，且动态特性较好。为了验证其效果，下面通过15kw电机的低速带额定负载，快速启动的情况分析其与传统控制方法的效果对比。实验采用的电机参数及电机运行数据具体如下：电机的参数：额定功率额定电压额定电流级数额定转速额定频率额定转矩15kw380v32a4级1460rpm50.00hz95n.m电机运行数据：目标频率启动负载电机加减速时间2hz95*1.2n.m1秒图6～图9显示了实验结果。其中，图6和图7分别为传统的v/f控制方法和本发明控制方法在转矩提升不足时的2hz电流波形图，横轴为时间，纵轴为电流(单位a)。图8和图9分别为传统的v/f控制方法和本发明控制方法的2hz转速波形图，横轴为时间，纵轴为电机速度rpm。从以上的电机测试数据和测试波形可以看出，在低速2hz，1.2倍额定负载的情况下，传统的v/f控制方法，手动转矩提升增加不够时，电流较大，但仍然不能顺利带1.2启动运行，本发明提供的控制方法不需要人为多次调整转矩提升量，可以平稳的带1.2倍负载启动，且较快进入电机平稳运行的状态。由此对比效果可以看出本发明控制方法具有较灵活的提高低速的带负载能力，不需要人为调整转矩提升电压，动态性较好，能较快的进入稳定状态的特点。当前第1页12