电机控制方法、装置、设备以及存储介质与流程

1.本技术涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机控制方法、装置、设备以及存储介质。


背景技术：

2.相关技术中，如大理石框架据等石材设备或者单转子压缩机等电机控制对象力矩不恒定的场合中，电机运转一周的过程中，转机在上升阶段需很用力,力矩需加大，而转机在下阶段,由于重力势能转换为动能,转机无需很用力，故力矩需减小，如果控制对象越重,产生的能量越大,这时候控制电机只需一点点力或者不用力。即相关技术中现有的电机控制方式势必存在大量的电能回馈，然后需要在电路中接入很大电阻的制动单元来消耗能量，从而产成了不必要的制动能耗。
3.申请内容
4.本技术的主要目的在于提供一种电机控制方法、装置、设备以及存储介质，旨在解决电机制动耗能高的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术提供一种电机控制方法，所述方法包括：
6.获取目标电机的电频率角度数据；
7.根据所述电频率角度数据，得到电机机械角度数据以及机械角速度数据；
8.对所述机械角速度数据进行傅里叶变换，获得所述电频率角度数据的基波分量系数；
9.对所述基波分量系数进行pi计算，得到所述电频率角度数据的基波分量补偿系数；
10.根据所述基波分量补偿系数以及所述电机机械角度数据，得到所述目标电机的交轴电流补偿值；
11.根据所述交轴电流补偿值和所述目标电机的交轴电流固定初始值，得到补偿后的交轴电流值，并根据所述补偿后的交轴电流值控制所述目标电机运行，以保持所述目标电机的输出恒定。
12.可选地，所述根据所述电频率角度数据，得到电机机械角度数据以及机械角速度数据，包括：
13.根据所述电频率角度数据以及公式一，得到所述电机机械角度数据，其中，所述公式一包括：
14.ψ＝360
°
/p*n θ/p，
15.其中，p为极对数，n为0至p的自然数，θ为所述电频率角度，ψ为所述电机机械角度；
16.根据所述电机机械角度数据以及公式二，得到所述机械角速度数据，其中，所述公式二包括：
17.18.其中，ω为所述机械角速度，ψ为所述电机机械角度，t为时间。
19.可选地，所述对所述机械角速度数据进行傅里叶变换，获得所述电频率角度数据的基波分量系数，包括：
20.对所述机械角速度数据进行傅里叶变换，得到正弦分量系数；
21.根据所述正弦分量系数，得到所述基波分量系数。
22.可选地，所述根据所述正弦分量系数，得到所述基波分量系数，包括：
23.根据所述正弦分量系数中的一次谐波分量，得到所述基波分量系数。
24.可选地，所述对所述基波分量系数进行pi计算，得到所述电频率角度数据的基波分量补偿系数，包括：
25.根据所述基波分量系数与传递函数，得到所述基波分量补偿系数。
26.可选地，所述根据所述基波分量补偿系数以及所述电机机械角度，得到所述目标电机的交轴电流补偿值，包括：
27.根据所述基波分量补偿系数、所述电机机械角度以及公式三，得到所述目标电机的交轴电流补偿值，其中，所述公式三，包括：
28.i
qx
＝a
ω1
sinψ b
ω1
cosψ，
29.其中，i
qx
为所述目标电机的交轴电流补偿值，a
ω1
和b
ω1
为所述基波分量补偿系数，ψ为所述电机机械角度；
30.所述根据所述交轴电流补偿值和所述目标电机的交轴电流固定初始值，得到补偿后的交轴电流值，并根据所述补偿后的交轴电流值控制所述电机运行，以保持所述目标电机的输出恒定，包括：
31.根据所述交轴电流补偿值、所述目标电机的交轴电流固定初始值以及公式四，得到所述补偿后的交轴电流值，其中，所述公式四，包括：
32.iq＝i
q0
i
qx
，
33.其中，i
q0
为所述目标电机的交轴电流固定初始值，i
qx
为所述目标电机的交轴电流补偿值，iq为所述补偿后的交轴电流值。
34.此外，为实现上述目的，本技术还提供一种电机控制装置，所述装置包括：
35.数据获取模块，用于获取目标电机的电频率角度数据；
36.数据获得模块，用于根据所述电频率角度数据，得到电机机械角度数据以及机械角速度数据；
37.傅里叶变换模块，用于对所述机械角速度数据进行傅里叶变换，获得所述电频率角度数据的基波分量系数；
38.pi计算模块，用于对所述基波分量系数进行pi计算，得到所述电频率角度数据的基波分量补偿系数；
39.补偿值获得模块，用于根据所述基波分量补偿系数以及所述电机机械角度数据，得到所述目标电机的交轴电流补偿值；
40.控制补偿模块，用于根据所述交轴电流补偿值和所述目标电机的交轴电流固定初始值，得到补偿后的交轴电流值，并根据所述补偿后的交轴电流值控制所述目标电机运行，以保持所述目标电机的输出恒定。
41.本技术还提供一种电机控制设备，包括：处理器，存储器以及存储在所述存储器中
access memory，ram)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
54.本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对电机控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
55.如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及电机控制程序。
56.如图1所示，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明服务器中的处理器1001、存储器1005可以设置在服务器，服务器通过处理器1001调用存储器1005中存储的电机控制程序，并执行本发明实施例提供的电机控制方法。
57.基于上述硬件结构但不限于上述硬件结构，本发明提供一种电机控制方法第一实施例。参照图2，图2为本发明电机控制方法的第一实施例流程示意图。
58.s10：获取目标电机的电频率角度数据。
59.电频率角度是目标电机的空间几何角度，可通过目标电机的dq轴pll磁链观测器所得，将电频率角度记为θ。
60.本实施例中，电频率角度数据可表示为θ(t)，其中，t为时间，即电频率角度数据为与时间t相关的波形信号。
61.s20：根据电频率角度数据，得到电机机械角数据以及机械角速度数据。
62.电机机械角度为电机每对极在定子内圆上所占的角度，将电机机械角度记为ψ，根据所述电频率角度以及公式1，得出电机机械角度，如公式1所示：
63.ψ＝360
°
/p*n θ/p
64.其中，p为极对数，n为0至p的自然数，θ为电频率角度，ψ为电机机械角度。
65.机械角速度为机械运动中回转运动的角速度，记为ω，根据电机机械角度以及公式2，得到所述机械角速度，如公式2所示：
[0066][0067]
其中，ω为机械角速度，ψ为电机机械角度，t为时间。也即是，任一时刻t的机械角速度数据可表示为ω(t)，任一时刻t的电机机械角度数据可表示为ψ(t)。
[0068]
s30：对机械角速度数据进行傅里叶变换，获得电频率角度数据的基波分量系数。
[0069]
在非正弦的周期性振荡中，包含基波和谐波，与该振荡周期相等的正弦波分量称为基波分量，相应于这个周期的频率称为基波频率，频率等于基波频率的整倍数的正弦波分量称为谐波。
[0070]
由以下公式对电机机械角速度数据进行傅里叶变换，如公式3所示：
[0071][0072][0073]
[0074][0075]
其中，ω(t)为任一时刻t的电机机械角速度数据，a0、an、bn为正弦分量的系数，t为ω(t)的周期，即电机转动一周的时间。
[0076]
由于，当n＝1时，提取到的电机机械角速度ω的正弦分量为一次谐波分量，即基波分量，若取n的值大于1时，获取到的电机机械角速度ω的正弦分量为高次谐波，对于本实施例，只有一次谐波分量为有效分量，高次谐波分量为无效分量，故本实施例选取当n＝1时，提取电机机械角速度ω的基波分量系数，记为a1、b1，即基波分量系数。
[0077]
s40：对基波分量系数进行pi计算，得到电频率角度数据的基波分量补偿系数。
[0078]
pi为比例积分控制，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，从而提高系统的控制精度。
[0079]
本实施例采用的为双环控制方法，分别对电流环、速度环进行pi控制，具体的，系统采集实际电流反馈给电流环，与速度环输出的参考电流做比较后，将误差输入给电流环的pi控制器，使得系统根据误差值对电流进行补偿。
[0080]
电流环由电机电流经电流调节器，形成电流负反馈，目的在于提高电流的相应速度，电流环是电流反馈系统。
[0081]
速度环由电机速度给定，经速度调节器，形成速度负反馈，目的在于抑制负载扰动，速度环是速度反馈系统。
[0082]
传递函数是指零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。
[0083]
在公式3，取n＝0，提取电机机械角速度ω的直流量a0，本实施例的目标是控制电机机械角速度ω的直流量a0达到目标角速度ω
set
以及基波分量系数a1和b1达到0，故根据传递函数公式4，参阅公式4中的(1)，令速度环的输入为目标角速度ω
set
与直流量a0的偏差值，输出为电流环的给定值，即为目标电机的交轴电流固定初始值参阅公式4中的(2)和(3),令速度环的输入基波分量补偿系数a1以及b1与0的偏差值，输出为目标角速度ω
set
的基波分量系数a
ω1
和b
ω1
，如公式4所示：
[0084][0085][0086][0087]
其中，k
pa0
、k
pa1
、k
pb1
为比例系数，k
ia0
、k
id1
、k
ib1
为积分系数，s为拉普拉斯变换s域。对a0、a1以及b1分别进行pi计算输出得到目标电机的交轴电流固定初始值i
q0
、第二基波分量a
ω1
和b
ω1
。
[0088]
s50：根据基波分量补偿系数以及电机机械角度数据，得到电机的交轴电流补偿值。
[0089]
电机控制设备在控制输出力矩保持恒定时，此时的电流与实际电流的差值，即为电流补偿值，记为i
qx
，根据基波分量补偿系数、电机机械角度以及公式5，得到目标电机的交轴电流补偿值，如公式5所示，
[0090]iqx
＝a
ω1
sinψ b
ψ1
cosψ
[0091]
其中，i
qx
为目标电机的交轴电流补偿值，a
ω1
和b
ω1
为基波分量补偿系数，ψ为电机机械角度。
[0092]
s60：根据交轴电流补偿值和目标电机的交轴电流固定初始值，得到补偿后的交轴电流值，并根据补偿后的交轴电流值控制目标电机运行，以保持目标电机的输出恒定。
[0093]
系统在双环控制下，速度环输出的参考电流，作为目标电机交轴电流的固定初始值。
[0094]
上一步骤求出了交轴电流的补偿值，故将交轴电流的初始值与补偿值进行相加，即得出补偿后的电流，如公式6所示：
[0095]iq
＝i
q0
i
qx
[0096]
其中，i
q0
为目标电机的交轴电流固定初始值，i
qx
为目标电机的交轴电流补偿值，iq为补偿后的交轴电流值。
[0097]
公式5对交轴电流补偿值的计算的前提为：电机转矩与交轴电流数值上成正比关系，且电机转矩与机械角速度成导数关系，即相位上正相关。
[0098]
具体理由如下，同步电机根据双反应理论，分解到交直轴的模型下，如公式7所示：
[0099][0100][0101]
其中，ud为定子电压直轴分量，uq为定子电压交轴分量，id为定子电流直轴分量，iq为定子电流交轴分量，为定子磁链直轴分量，为定子磁链交轴分量，ω为电角频率，rs为定子绕组电阻，p为微分算子。
[0102]
可根据定子电感交轴分量、定子电感直轴分量以及定子绕组交链的磁链，得出定子磁链交轴分量与定子磁链直轴分量，如公式8所示：
[0103][0104][0105]
其中为定子磁链直轴分量，为定子磁链交轴分量，id为定子电流直轴分量，iq为定子电流交轴分量，ld为定子电感直轴分量，lq为定子电感交轴分量，为永磁体产生的定子绕组交链的磁链。
[0106]
将公式7与公式8进行结合，得到公式9，如公式9所示：
[0107][0108][0109]
其中ud为定子电压直轴分量，uq为定子电压交轴分量，id为定子电流直轴分量，iq为定子电流交轴分量，为定子磁链直轴分量，为定子磁链交轴分量，ω为电角频率，rs为定子绕组电阻，ld为定子电感直轴分量，lq为定子电感交轴分量，ψf为永磁体产生的定子绕组交链的磁链。
[0110]
根据公式9，推导出电机转矩方程式，如公式10所示：
[0111]
t＝1.5p[ψfiq (l
d-lq)idiq]
[0112]
其中，t为电机净力矩，ψf为磁链，iq为交轴电流，p为极对数。
[0113]
假设ld＝lq，得到公式11，如公式11所示：
[0114]
t＝1.5pψfiq[0115]
根据牛顿第二定律，得到公式12，如公式12所示：
[0116][0117]
根据公式11，可知电机转矩t与交轴电流iq数值上成正比关系，根据公式12，可知电机转矩t与机械角速度ω成导数关系，即相位上正交。因此，本实施例通过对电机机械角速度进行傅里叶变换，提取基波分量，进而对输出力矩进行补偿，使得电机输出力矩恒定，从而无需接制动单元消耗能量，解决了采用现有技术出现的转速不稳定以及大制动单元消耗过多能量的问题。
[0118]
参阅图3，图3为本技术提供的一种电机控制装置的结构示意图，该装置具体包括:
[0119]
数据获取模块10，用于获取目标电机的电频率角度数据；
[0120]
数据获得模块20，用于根据电频率角度数据，得到电机机械角度数据以及机械角速度数据；
[0121]
傅里叶变换模块30，用于对机械角速度数据进行傅里叶变换，获得电频率角度数据的基波分量系数；
[0122]
pi计算模块40，用于对基波分量系数进行pi计算，得到电频率角度数据的基波分量补偿系数；
[0123]
补偿值获得模块50，用于根据基波分量补偿系数以及电机机械角度数据，得到目标电机的交轴电流补偿值；
[0124]
控制补偿模块60，用于根据交轴电流补偿值和目标电机的交轴电流固定初始值，得到补偿后的交轴电流值，并根据补偿后的交轴电流值控制目标电机运行，以保持目标电机的输出恒定。
[0125]
本实施例的技术方案，通过获取电机的电频率角度数据，根据电频率角度数据，得到电机机械角度数据以及机械角速度数据，再对该机械角速度进行傅里叶变换，获得基波分量系数，对第一基波分量进行pi计算，得到电频率角度的基波分量补偿系数，再根据基波分量补偿系数以及电机机械角度，得到电机的交轴电流补偿值，再根据交轴电流补偿值对电机的交轴电流固定初始值进行补偿，得到补偿后的交轴电流值，并根据补偿后的交轴电流值控制电机运行,从而实现了控制电机输出力矩的恒定，减少制动耗能的技术效果。
[0126]
此外，本技术实施例还提出一种计算机存储介质，存储介质上存储有电机控制程序，电机控制程序被处理器执行时实现如上文的电机控制方法的步骤。因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本技术所涉及的计算机可读存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述。确定为
示例，程序指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
[0127]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
[0128]
另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。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。另外，本技术提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。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。
[0129]
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用cpu、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本技术而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例的方法。
[0130]
以上仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。