一种电机控制方法、存储介质和空调器
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域,尤其涉及一种电机控制方法、存储介质和空调器。
背景技术
永磁同步电机(PMSM, permanent magnet synchronous motor)的控制中,有双电阻采样和单电阻采样两种电流采样方式。使用单电阻采样时,需要满足以下条件:
采样次数,在一个控制周期内采样两次;
两次采样得到的矢量为不相同的非零矢量(000和111为零矢量,其他组合为非零矢量)。
满足上述条件的采样才能得到三相中的两相电流,最后根据关系式Iu+Iv+Iw=0计算出第三相电流,其中Iu表示U相电流,Iv表示V相电流,Iw表示W相电流。
例如图1,在001和011持续时间内分别采样一次,即可得到三相电流。t2或t6所指的时间段的矢量为001,t3或t5所指的时间段矢量为011,在t2或t6之一采样一次,且在t3或t5之一采样一次,即可得到三相电流。t1、t4和t7所指的时间段矢量为零矢量。
由于电流的变化与稳定需要一定时间,所以单电阻采样时的非零矢量持续时间存在最小值Tmin,当实际时间小于最小值时,就不能采到真实准确的电流,这个最小值通常被称为采样窗口时间。
例如图1,当选择在t2与t3内采样时,若t3<Tmin,则在t3内采不到准确的电流。对于这个问题,目前常见的方法就是进行移相,即在产生PWM信号时将V相脉宽向左移动,必要时还要将W相向左移动。然而不同控制周期有的可能需要移相,有的可能不需要,有的可能只需要移动一相,有的可能需要移动两相甚至三相,这样就需要每个周期都进行判断,算法复杂度比较高,同时频繁移相还会使三相输出电压畸变增大,导致电机运行不稳定或者产生较大的电磁噪音,使得单电阻采样很难应用于噪音要求高的场景。
除移相之外,另一种方式是产生适当的PWM脉冲,在PWM波形不需要移相的情况下就能采样到真实准确的电流,如图2,固定左侧采样,左侧产生两个不同的非零矢量,且每个非零矢量有足够的采样时间以容纳采样点1和采样点2两次采样,电压的大小由右侧的脉宽控制部分的高电平时间D1、D2、D3控制。
然而,该方式存在问题,由于当前周期的采样点在上一周期的脉宽控制部分之后,采样结果反映的实际上是上一周期的脉宽控制部分,由此采样的电流较为滞后,缺少准确性。
如何产生适当的PWM脉冲,在PWM波形不需要移相的情况下能更及时准确地采样电流,是需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电机控制方法、存储介质和空调器,以产生适当的PWM脉冲,在PWM波形不需要移相的情况下能更及时准确地采样电流。
为实现上述目的,本申请实施例采取了如下技术方案。
第一方面,本申请实施例提供一种电机控制方法,包括:
获取每一相控制波形在当前控制周期中的高电平总时长;
根据三相控制波形的所述高电平总时长之间的差值,以及预设的采样窗口时长,选定三相PWM的波形方式,根据所述三相PWM的波形方式产生三相PWM信号;
根据所述三相PWM信号控制电机,并采样电机的三相电流;所述三相电流用于确定每一相控制波形在下一控制周期中的高电平总时长;
所述三相PWM的波形方式包括方式一和方式二;
所述方式一的波形满足:每一相控制波形的高电平位于控制周期正中间,PWM信号波形在控制周期中左右对称;
所述方式二的波形满足:每一相控制波形的每个控制周期包括脉宽控制段和采样段,所述脉宽控制段在所述采样段之前,每一相控制波形的采样段包括第一采样段和第二采样段,所述第一采样段和所述第二采样段的时长均大于等于所述采样窗口时长,三相控制波形的第一采样段组合为第一矢量,三相控制波形的第二采样段组合为第二矢量,所述第一矢量和所述第二矢量为非零矢量,所述第一矢量和所述第二矢量不相同,每一相控制波形的脉宽控制段中的高电平时长为该相控制波形的高电平总时长减该相控制波形的采样段的高电平时长;
根据所述方式二产生的三相PWM信号控制电机的过程中,采样电机的三相电流的步骤包括:在所述第一采样段的时段完成第一次电流采样,在所述第二采样段的时段完成第二次电流采样;根据所述第一次电流采样和所述第二次电流采样,得到电机的三相电流。
可选地,根据三相控制波形的所述高电平总时长之间的差值,以及预设的采样窗口时长,选定三相PWM的波形方式的步骤包括:
三相控制波形在当前控制周期中的高电平总时长从长到短排列为T3>T2>T1,根据公式t2=(T3-T2)/2,t3=(T2-T1)/2,计算第一时长t2和第二时长t3;
当所述第一时长大于或等于所述采样窗口时长,且所述第二时长大于或等于所述采样窗口时长时,选定三相PWM的波形方式为方式一;
当所述第一时长小于所述采样窗口时长,或所述第二时长小于所述采样窗口时长时,选定三相PWM的波形方式为方式二。
可选地,当一相控制波形的采样段全为低电平时,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边或最右边;
当一相控制波形的采样段全为高电平时,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边或最右边。
可选地,当一相控制波形的采样段的电平为先低后高时,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边;
当一相控制波形的采样段的电平为先高后低时,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最右边。
可选地,在所述第一采样段的时段完成第一次电流采样的步骤包括:
在控制周期的T-t2-Smin时刻做第一次电流采样,其中,T为控制周期时长,t2为第二采样段时长,Smin为完成采样的最短时间;
在所述第二采样段的时段完成第二次电流采样的步骤包括:
在控制周期的T-Smin时刻做第二次电流采样。
可选地,所述第一采样段和所述第二采样段的时长相等,且均为所述采样窗口时长。
可选地,当选定三相PWM的波形方式为方式一时,在控制周期的(T - T2)/2-Smin时刻做第一次电流采样,在控制周期的(T - T1)/2-Smin时刻做第二次电流采样,其中,T为控制周期时长,Smin为完成采样的最短时间。
可选地,获取每一相控制波形在当前控制周期中的高电平总时长的步骤包括:
根据前一控制周期获得的三相电流值、电机实际转速以及电机目标转速,计算当前控制周期的每一相目标电压;
根据母线电压、控制周期时长和所述每一相目标电压,确定每一相控制波形的高电平总时长。
第二方面,本申请实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令,当所述计算机程序或指令被计算机执行时,实现第一方面的电机控制方法。
第三方面,本申请实施例提供一种空调器,所述空调器包括压缩机和控制器,所述控制器用于通过第一方面的电机控制方法控制所述压缩机。
相对于现有技术,本申请具有以下有益效果:
(1)在对称波形的PWM信号不满足电流采样所需要的时长时,产生具有采样段的PWM信号,采样段具有供采样的两个不同的非零矢量,PWM波形不需要移相,算法简单;
(2)在对称波形的PWM信号满足电流采样所需要的时长时,直接产生对称波形的PWM信号,进一步简化算法;
(3)采样段在脉宽控制段之后,能及时准确地采样到当前控制周期的电流,为下一控制周期提供更可靠的计算基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为对称波形的三相PWM控制信号示意图;
图2为一种非对称波形的三相PWM控制信号示意图;
图3为本申请实施例提供的一种空调器的电路系统示意图;
图4为本申请实施例提供的一种采样段在控制周期末尾的示意图;
图5为本申请实施例提供的第1种采样段的非零矢量组合示意图;
图6为本申请实施例提供的第2种采样段的非零矢量组合示意图;
图7为本申请实施例提供的第3种采样段的非零矢量组合示意图;
图8为本申请实施例提供的第4种采样段的非零矢量组合示意图;
图9为本申请实施例提供的第5种采样段的非零矢量组合示意图;
图10为本申请实施例提供的第6种采样段的非零矢量组合示意图;
图11为本申请实施例提供的一种高电平设置为位于脉宽控制段的中间的示意图;
图12为本申请实施例提供的一种高电平设置为位于脉宽控制段的最左边的示意图;
图13为本申请实施例提供的一种在一个控制周期中有多达4次电平变化的波形示意图;
图14为本申请实施例提供的一种采样段的电平全为低的示意图;
图15为本申请实施例提供的一种采样段的电平全为高的示意图;
图16为本申请实施例提供的一种采样段的电平为先低后高的示意图;
图17为本申请实施例提供的一种采样段的电平为先高后低的示意图;
图18为本申请实施例提供的第1种矢量组合下的多周期波形示意图;
图19为本申请实施例提供的第2种矢量组合下的多周期波形示意图;
图20为本申请实施例提供的第3种矢量组合下的多周期波形示意图;
图21为本申请实施例提供的第4种矢量组合下的多周期波形示意图;
图22为本申请实施例提供的第5种矢量组合下的多周期波形示意图;
图23为本申请实施例提供的第6种矢量组合下的多周期波形示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中,需要说明的是,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。
空调器的电路系统包括变频电路和电机控制电路,如图3,变频电路包括整流桥、PFC电路、母线电容Cdc、三相全桥逆变电路;电机控制电路包括采样电阻R、放大&滤波电路、控制器。
控制器发出的PWM信号控制PWM驱动电路,PWM驱动电路驱动三相全桥逆变电路中的开关,进而驱动压缩机。
在反馈回路中,采样电阻R串联在直流母线地线,电流流经采样电阻R产生较小幅值且带干扰的电压,经过放大和滤波以后得幅值较大、较平滑的电压,连接到控制器的AD口,由控制器对电压进行AD转换,计算电流。
控制器用于执行电机控制方法,电机控制方法包括:
获取每一相控制波形在当前控制周期中的高电平总时长;
根据三相控制波形的所述高电平总时长之间的差值,以及预设的采样窗口时长,选定三相PWM的波形方式;
根据所述三相PWM的波形方式产生三相PWM信号;
根据所述三相PWM信号控制电机,并采样电机的三相电流;所述三相电流用于确定每一相控制波形在下一控制周期中的高电平总时长,可以根据前一控制周期获得的三相电流值、电机实际转速以及电机目标转速,计算当前控制周期的每一相目标电压,再根据母线电压、控制周期时长和所述每一相目标电压,确定每一相控制波形在下一控制周期的高电平总时长。
所述三相PWM的波形方式包括方式一和方式二:方式一的波形为对称波形,如图1,方式二的波形为非对称波形。
可以根据如下方式选定三相PWM的波形方式:
如图1,三相控制波形在当前控制周期中的高电平总时长从长到短排列为T3>T2>T1,根据公式t2=(T3-T2)/2,t3=(T2-T1)/2,计算第一时长t2和第二时长t3;将t2和t3与Tmin比较,分为以下两种情况:
当t2≥Tmin且t3≥Tmin时,选定三相PWM的波形方式为方式一;
当t2<Tmin或t3<Tmin时,选定三相PWM的波形方式为方式二。
方式二的波形如图4,在一个控制周期T中,有脉宽控制段10和采样段20,脉宽控制段10在采样段20之前。采样段20包括第一采样段和第二采样段,第一采样段即图4中t1对应的电平,第二采样段即图4中t2对应的电平,设采样窗口时长为Tmin,t1≥Tmin且t2≥Tmin,则可以在t1采样一次电流,在t2采样一次电流。
t1和t2满足t1≥Tmin且t2≥Tmin即可,t1和t2之间的大小关系可以采用以下任意一种方式:t1>t2、t1<t2或t1=t2。若设置t1=t2=Tmin,可以最大限度地给脉宽控制段留出时长,从而可以缩短整个控制周期的时长。
如图4,在t1采样得到第一矢量为001,在t2采样得到第二矢量矢量为011,第一矢量和第二矢量不相同且为非零矢量,因此最终可以得到三相电流。
当PWM的波形为方式二的波形时,参考图4,可以在控制周期的T-t2-Smin时刻做第一次电流采样,其中,T为控制周期时长,t2为第二采样段时长,Smin为完成采样的最短时间;可以在控制周期的T-Smin时刻做第二次电流采样,其中,t2为第二采样段时长。
当PWM的波形为方式一的波形时,参考图1,可以在控制周期的(T - T2)/2-Smin时刻做第一次电流采样,可以在控制周期的(T - T1)/2-Smin时刻做第二次电流采样,其中,T为控制周期时长,Smin为完成采样的最短时间。
当第一矢量和第二矢量固定时,改变一相的脉宽控制段10中高电平的时长可以改变整个周期中的高电平时长,进而改变电机中的该相的电压,每一相控制波形的脉宽控制段中的高电平时长为该相控制波形的高电平总时长减该相控制波形的采样段的高电平时长。
通过控制周期中的高电平时长改变电压的原理如下:设一个控制周期的时长为T,T1、T2、T3分别为U、V、W三相的脉宽时长,假设控制器的母线电压为Udc,则在该控制周期,U、V、W三相的电压分别为Udc*(T1/T)、Udc*(T2/T)、Udc*(T3/T),即通过不断改变各个控制周期内T1、T2、T3的大小,即可控制电机的三相电压。
关于第一矢量和第二矢量,有30种组合,可以采取30种组合中的任意一种作为第一矢量和第二矢量的组合,具体地,非零矢量有6种:001、010、011、100、101、110,由于第二个非零矢量与第一个不同,共6×5=30种有效的采样组合。如图5至图10,图5对应6种组合(即ABC对应UVW、UWV、VUW、VWU、WUV或WVU),图6对应6种组合,图7对应3种组合(即ABC对应UVW、VWU或WUV),图8对应6种组合,图9对应6种组合,图10对应3种组合。
脉宽控制段中,高电平可以设置为位于脉宽控制段的最右边如图10,也可以设置为位于中间如图11,也可以设置为位于最左边如图12。
如图13中的W相,若采样段的电平为先低后高,而高电平可以设置为位于脉宽控制段的最右边,则W相在一个控制周期中有多达4次电平变化。通过如下设置,可以将一个控制周期中电平变化的次数最小化:
如图14,若某相控制波形的采样段的电平全为低,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边或最右边,实施时,可以设定为其中一边;
如图15,若某相控制波形的采样段的电平全为高,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边或最右边,实施时,可以设定为其中一边;
如图16,若某相控制波形的采样段的电平为先低后高,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最左边;
如图17,若某相控制波形的采样段的电平为先高后低,则该相控制波形的脉宽控制段中的高电平位于该相控制波形的脉宽控制段的最右边。
通过减少一个控制周期内电平变化次数,减小了器件的开关损耗。
上述30种第一矢量和第二矢量的组合结合脉宽控制段中高电平的位置设置,如图18至23,其中图18对应6种组合(即ABC对应UVW、UWV、VUW、VWU、WUV或WVU),图19对应6种组合,图20对应3种组合(即ABC对应UVW、VWU或WUV),图21对应6种组合,图22对应6种组合,图23对应3种组合。
本申请的电机三相控制脉冲生成方法可以实现以下有益效果:
将对称和非对称两种波形方式结合,无论在哪个控制周期,采样电流时都可以直接采样,无需进行移相;
采用非对称波形时,采样段由2个不同的非零矢量组成,且始终不变,这样每个周期采样得到的电流就固定为某两相电流,无需每次采样时都进行判断采样得到的电流是哪一相;
采样段在脉宽控制段之后,能及时准确地采样到当前控制周期的电流,为下一控制周期提供更可靠的计算基础;
还可以设置每个PWM控制周期内每相电平仅变化2次,器件的开关损耗越小,温度越低。采样段0时刻、t1时刻、t2时刻必定各对应一相电平发生变化,且确定使用30种非零矢量的一种后,就可以确定哪个时刻哪个电平发生变化,所以实际运行时,仅需确定另外3个电平变化时刻即可,每个控制周期仅需更新3个电平变化时刻,即每个PWM周期每相仅更新1个电平变化时刻,而常规单电阻采样需要更新6个电平变化时刻。
上述实施方式中的高电平可以替换为低电平,即电机三相控制脉冲生成方法包括:
获取每一相控制波形在当前控制周期中的低电平总时长;
根据三相控制波形的所述低电平总时长之间的差值,以及预设的采样窗口时长,选定三相PWM的波形方式,根据所述三相PWM的波形方式产生三相PWM信号;
根据所述三相PWM信号控制电机,并采样电机的三相电流;所述三相电流用于确定每一相控制波形在下一控制周期中的低电平总时长;对于方式二的波形,每一相控制波形的脉宽控制段中的低电平时长为该相控制波形的低电平总时长减该相控制波形的采样段的低电平时长。
基于上述实施例,本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令,当计算机程序或指令被计算机执行时,实现上述的电机三相控制脉冲生成方法。
基于上述实施例,本申请实施例还提供一种空调器,空调器包括压缩机和控制器,控制器用于通过上述的电机三相控制脉冲生成方法控制压缩机。
以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的,可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
以上仅为本申请较佳的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。