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CN111211715B - 一种电机控制方法和系统、控制器 - Google Patents

一种电机控制方法和系统、控制器 Download PDF

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CN111211715B CN201811397469.8A CN201811397469A CN111211715B CN 111211715 B CN111211715 B CN 111211715B CN 201811397469 A CN201811397469 A CN 201811397469A CN 111211715 B CN111211715 B CN 111211715B
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Abstract

本发明提供了一种电机控制方法和系统、控制器,包括:控制电机开环运行;判断所述电机的转速是否达到预设转速,若是,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则控制所述电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题导致电机不能平稳运行。

Description

一种电机控制方法和系统、控制器
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域,更具体地说,涉及一种电机控制方法和系统、控制器。
背景技术
随着节能要求的不断提高,人们对电机变频调速控制的需求也越来越大。现有技术中在对电机进行变频调速控制时,普遍采用FOC(field-oriented control,磁场定向控制)控制算法,但是,仍有必要提高电机运行的稳定性或启动可靠性。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种电机控制方法和系统、控制器,以提高电机运行的稳定性或启动可靠性。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种电机控制方法,包括:
控制电机开环运行;
判断所述电机的转速是否达到预设转速;
若达到所述预设转速,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度;
若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则控制所述电机闭环运行。
可选地,还包括:
若所述角度差的绝对值大于所述预设角度:
判断所述电机的开环电流是否小于或等于电流最小值;
若是,控制所述电机闭环运行;
若否,将所述电机的开环电流减小,并返回判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度的步骤。
可选地,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度之前,还包括:
对所述电机的转速进行积分得到所述电机的开环角度;
利用位置推算部估算所述电机的推算位置角度。
可选地,所述预设角度的范围为0~25°。
可选地,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1;
其中,Ilimit为所述电流最小值,Iopen为初始的开环电流值。
一种电机控制系统,包括第一判断模块、第二判断模块和控制模块;
所述第一判断模块用于在电机开环运行时,判断所述电机的转速是否达到预设转速,并在所述电机的转速达到所述预设转速时,发送第一控制指令至所述第二判断模块;
所述第二判断模块用于在接收到所述第一控制指令后,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则发送第二控制指令至所述控制模块;
所述控制模块用于控制所述电机开环运行,并在接收到所述第二控制指令后,控制所述电机闭环运行。
可选地,还包括第三判断模块;
所述第二判断模块还用于在所述角度差的绝对值大于所述预设角度时,发送第三控制指令至所述第三判断模块;
所述第三判断模块用于在接收到所述第三控制指令后,判断所述电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,发送所述第二控制指令至所述控制模块,若否,则将所述电机的开环电流减小,并发送所述第一控制指令至所述第二判断模块。
可选地,还包括计算模块和位置推算部;
所述计算模块用于对所述电机的转速进行积分得到所述电机的开环角度;
所述位置推算部用于推算所述电机的转子的位置角度,以得到所述推算位置角度。
可选地,所述预设角度的范围为0~25°。
可选地,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1;
其中,Ilimit为所述电流最小值,Iopen为初始的开环电流值。
一种控制器,包括如上任一项所述的电机控制系统。
与现有技术相比,本发明所提供的技术方案具有以下优点:
本发明所提供的电机控制方法和系统、控制器,在电机开环运行且转速达到预设转速后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题导致电机不能平稳运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电机开环切闭环的控制方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的另一种电机开环切闭环的控制方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的一种电机开环切闭环的控制系统的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的另一种电机开环切闭环的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述,电机运行的稳定性或启动可靠性还有必要提高。发明人研究发现,在控制电机从开环状态切换到闭环状态时,电机经常不能平稳地运行,造成这种问题的原因主要是,在切换瞬间电机的开环电流比闭环实际所需的电流大,导致开环角度与电机转子的位置角度存在较大的角度差,从而导致电机出现速度震荡,三相电流非正弦等问题,进而导致电机失步停机,启动失败。
基于此,本发明提供了一种电机控制方法,以克服现有技术存在的上述问题,包括:
控制电机开环运行;
判断所述电机的转速是否达到预设转速;
若达到所述预设转速,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度;
若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则控制所述电机闭环运行。
本发明还提供了一种电机控制系统,包括第一判断模块、第二判断模块和控制模块;
所述第一判断模块用于在电机开环运行时,判断所述电机的转速是否达到预设转速,并在所述电机的转速达到所述预设转速时,发送第一控制指令至所述第二判断模块;
所述第二判断模块用于在接收到所述第一控制指令后,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则发送第二控制指令至所述控制模块;
所述控制模块用于控制所述电机开环运行,并在接收到所述第二控制指令后,控制所述电机闭环运行。
本发明提供的电机控制方法和系统、控制器,在电机开环运行且转速达到预设转速后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题导致电机不能平稳运行。
以上是本发明的核心思想,为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,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,所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供了一种电机控制方法,如图1所示,包括:
步骤1:控制电机开环运行;
步骤2:判断电机的转速是否达到预设转速,若是,进入步骤3;
步骤3:判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若角度差的绝对值小于或等于预设角度,则进入步骤4;
步骤4:控制电机闭环运行。
本发明实施例中,在电机开环运行且转速达到预设转速后,若电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值小于或等于预设角度,则控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题,进而导致电机不能平稳运行的问题。
可选地,预设角度的范围为0~25°,以将开环角度与位置角度的角度差限制在0~25°的范围内,进而避免开环角度与位置角度的角度差过大。
进一步地,如图2所示,本发明实施例提供的控制方法中,若开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值大于预设角度,还包括:
步骤5:判断电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,进入步骤6,若否,则进入步骤7,并返回步骤3;
步骤6:控制电机闭环运行;
步骤7:将电机的开环电流减小。
本发明实施例中,在控制电机开环运行时,设定电机的开环电流为初始的开环电流值,在电机的转速达到预设转速后,若电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值大于预设角度,说明可能会出现电机速度震荡等导致电机不能平稳运行的问题。
由于上述推算位置角度是估算得到的位置角度,因此,为了避免估算不准确导致角度差的绝对值大于预设角度的情况,本发明实施例中进一步判断电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若开环电流小于或等于电流最小值,说明开环电流与闭环实际所需的电流的差值不会过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也不会过大,因此,可以控制电机闭环运行;
若开环电流大于电流最小值,说明开环电流与闭环实际所需的电流的差值过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也过大,此时,需减小开环电流,即将初始的开环电流值减去预设值后得到减小后的开环电流值。由于开环电流减小后,开环角度与实际的位置角度的角度差也会减小,因此,返回步骤3后,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则可控制电机闭环运行,若所述角度差的绝对值大于预设角度,则再次将开环电流减小预设值,直到角度差满足可控制电机闭环运行的条件为止。
可选地,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1。当n=0时,表明外界有动力使得电机顺转,该顺转速度大于等于预设转速,此时电机电流最小值Ilimit可选择为0,即n=0。当外界负载很大时,可能出现驱动电机所需电流与初始的开环电流值Iopen一致的情况,此时电机电流最小值Ilimit可选择为初始的开环电流值,即Ilimit=Iopen,n=1;其中,Ilimit为所述电流最小值,Iopen为所述初始的开环电流值,n为恒定的数值或变化的数值。
可选地,在一个实施例中,控制所述电机的开环电流减小具体为设置更新后的Iopen=Iopen-I0,I0为所述预设值,I0=Iopen/f,f为上述控制方法的执行频率;需要说明的是,在其它实施例中,控制所述电机的开环电流减小也可以采用其它方式,比如I0也可以按三角函数等函数变化。
需要说明的是,本发明实施例提供的控制方法中,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度之前,还包括:
对电机的转速进行积分得到电机的开环角度;
利用位置推算部估算电机的转子的位置角度。
也就是说,推算位置角度为位置推算部根据电机的运行参数估算得到电机的转子的位置角度,该运行参数包括电流、电压等。可选地,位置推算角度可以为使用霍尔传感器得到的角度信息等。
下面对电机的一种具体控制流程进行说明。
首先,电机上电,控制电机开环启动,以加速度acc将电机的速度Vrun从某一速度(比如0、-5rad/s)加速到预设速度Sopen,对速度Vrun进行积分得到开环角度θopen,同时设定电机的开环电流Iopen为初始的开环电流值,估算电机转子的速度Vest和位置角度θest
当电机的速度达到预设速度Vopen后,计算开环角度θopen与推算位置角度θest的角度差的绝对值△θ=∣θopen-θest∣,判断△θ是否大于预设角度θlimit,若否,控制电机闭环运行,若是,判断开环电流Iopen是否小于或等于电流最小值Ilimit,若是,控制电机闭环运行,若否,将电机的开环电流Iopen减小预设值,即Iopen=Iopen-I0,并返回步骤2,重复之后的步骤。
其中,控制电机闭环运行后,初始化速度环积分项电流为Iopen,反馈速度使用Vest,派克(park)变换与反派克(park)变换的角度θ使用推算位置角度θest,完成切换动作。
需要说明的是,本发明实施例中的电机为电动机,可选为步进电机等。
本发明提供的电机控制方法,在电机开环运行且转速达到预设转速后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题导致电机不能平稳运行。
并在所述角度差的绝对值大于预设角度时,进一步判断电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,控制电机闭环运行,若否,将电机的开环电流减小,并返回步骤3,以避免位置角度估算不准确导致角度差的绝对值大于预设角度的情况。
本发明实施例还提供了一种电机控制系统,如图3所示,包括第一判断模块11、第二判断模块12和控制模块13。
其中,第一判断模块11用于在电机开环运行时,判断电机的转速是否达到预设转速,并在电机的转速达到预设转速时,发送第一控制指令至第二判断模块12;
第二判断模块12用于在接收到第一控制指令后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则发送第二控制指令至所述控制模块13;
所述控制模块13用于控制所述电机开环运行,并在接收到所述第二控制指令后,控制所述电机闭环运行。
本发明实施例中,控制模块13控制电机开环运行后,第一判断模块11判断电机的转速是否达到预设转速,并在电机的转速达到预设转速时,发送第一控制指令至第二判断模块12;
第二判断模块12用于在接收到第一控制指令后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则发送第二控制指令至控制模块13;
控制模块13用于在接收到第二控制指令后,控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题,进而导致电机不能平稳运行的问题。
本发明实施例提供的控制系统,如图4所示,还包括第三判断模块14;
所述第二判断模块12还用于在所述角度差的绝对值大于所述预设角度时,发送第三控制指令至所述第三判断模块14;
所述第三判断模块14用于在接收到所述第三控制指令后,判断所述电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,发送所述第二控制指令至所述控制模块13,若否,则将所述电机的开环电流减小预设值,并发送所述第一控制指令至所述第二判断模块12。
本发明实施例中,在控制电机开环运行时,设定电机的开环电流为初始的开环电流值,在电机的转速达到预设转速后,若电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值大于预设角度,说明可能会出现电机速度震荡等导致电机不能平稳运行的问题。
由于推算位置角度是估算得到的位置角度,因此,为了避免估算不准确导致角度差的绝对值大于预设角度的情况,本发明实施例中通过第三判断模块14进一步判断电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若开环电流小于或等于电流最小值,说明开环电流与闭环实际所需的电流的差值不会过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也不会过大,因此,可以控制电机闭环运行;
若开环电流大于电流最小值,说明开环电流与闭环实际所需的电流的差值过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也过大,此时,需减小开环电流,即将初始的开环电流值减去预设值后得到减小后的开环电流值。由于开环电流减小后,开环角度与实际的位置角度的角度差也会减小,因此,返回步骤3后,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则可控制电机闭环运行,若所述角度差的绝对值大于预设角度,则再次将开环电流减小,直到角度差满足可控制电机闭环运行的条件为止。
本发明实施例提供的控制系统,还包括计算模块和位置推算部;
所述计算模块用于对所述电机的转速进行积分得到所述电机的开环角度;所述位置推算部用于估算所述电机的转子的位置角度,以得到所述推算位置角度。
可选地,所述预设角度的范围为0~25°。
可选地,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1。当n=0时,表明外界有动力使得电机顺转,该顺转速度大于等于预设转速,此时电机电流最小值Ilimit可选择为0,即n=0。当外界负载很大时,可能出现驱动电机所需电流与初始的开环电流值Iopen一致的情况,此时电机电流最小值Ilimit可选择为初始的开环电流值,即Ilimit=Iopen,n=1;其中,Ilimit为所述电流最小值,Iopen为所述初始的开环电流值,n为恒定的数值或变化的数值。
可选地,在一个实施例中,控制所述电机的开环电流减小具体为设置更新后的Iopen=Iopen-I0,I0为所述预设值,I0=Iopen/f,f为上述控制方法的执行频率;需要说明的是,在其它实施例中,控制所述电机的开环电流减小也可以采用其它方式,比如I0也可以按三角函数等函数变化。
本发明提供的电机控制系统,在电机开环运行且转速达到预设转速后,判断电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于预设角度,则控制电机闭环运行,以避免开环角度与位置角度的角度差过大,导致电机出现速度震荡等问题导致电机不能平稳运行。
并在所述角度差的绝对值大于预设角度时,进一步判断电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,控制电机闭环运行,若否,将电机的开环电流减小预设值,并返回步骤3,以避免位置角度估算不准确导致角度差的绝对值大于预设角度的情况。
本发明实施例还提供了一种控制器,该控制器包括如上任一实施例提供的电机控制系统。
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。
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,在其它实施例中实现。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。

Claims (7)

1.一种电机控制方法,其特征在于,包括:
控制电机开环运行;开环电流为初始的开环电流值;
判断所述电机的转速是否达到预设转速;
若达到所述预设转速,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度;
若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则控制所述电机闭环运行;
若所述角度差的绝对值大于所述预设角度:
判断所述电机的开环电流是否小于或等于电流最小值;其中,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1,所述n的取值与外界负载有关;Ilimit为所述电流最小值,Iopen为初始的开环电流值;
若是,表征开环电流与闭环实际所需的电流的差值不会过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也不会过大,则控制所述电机闭环运行;
若否,将所述电机的开环电流减小,并返回判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度之前,还包括:
对所述电机的转速进行积分得到所述电机的开环角度;
利用位置推算部估算所述电机的推算位置角度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设角度的范围为0~25°。
4.一种电机控制系统,其特征在于,包括第一判断模块、第二判断模块和控制模块;
所述第一判断模块用于在电机开环运行时,判断所述电机的转速是否达到预设转速,并在所述电机的转速达到所述预设转速时,发送第一控制指令至所述第二判断模块;其中,开环电流为初始的开环电流值;
所述第二判断模块用于在接收到所述第一控制指令后,判断所述电机的开环角度与推算位置角度的角度差的绝对值是否大于预设角度,若所述角度差的绝对值小于或等于所述预设角度,则发送第二控制指令至所述控制模块;
所述控制模块用于控制所述电机开环运行,并在接收到所述第二控制指令后,控制所述电机闭环运行;
第三判断模块;
所述第二判断模块还用于在所述角度差的绝对值大于所述预设角度时,发送第三控制指令至所述第三判断模块;
所述第三判断模块用于在接收到所述第三控制指令后,判断所述电机的开环电流是否小于或等于电流最小值,若是,表征开环电流与闭环实际所需的电流的差值不会过大,开环角度与实际的位置角度的角度差也不会过大,则发送所述第二控制指令至所述控制模块,若否,则将所述电机的开环电流减小,并发送所述第一控制指令至所述第二判断模块;其中,Ilimit=Iopen*n,n大于等于0、小于等于1,所述n的取值与外界负载有关;Ilimit为所述电流最小值,Iopen为初始的开环电流值。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,还包括计算模块和位置推算部;
所述计算模块用于对所述电机的转速进行积分得到所述电机的开环角度;
所述位置推算部用于推算所述电机的转子的位置角度,以得到所述推算位置角度。
6.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述预设角度的范围为0~25°。
7.一种控制器,其特征在于,包括权利要求4-6任一项所述的电机控制系统。
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