电机电角度补偿方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种电机电角度补偿方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.目前，永磁同步电机多用于精准的扭矩控制、速度控制和位置控制。现有的永磁同步电机控制系统如图4所示，一般使用通讯式的绝对值编码器作为电机转子的位置反馈单元，而编码器因为通讯速率跟不上转矩环控制频率，编码器通常无法在每个转矩环控制时实时刷新位置信息，转矩环的电流控制器在读取到编码器采集的电角度数据的时刻与该编码器采集到该电角度数据的时刻是有时间偏差的，从而在电流控制器读取到该电角度数据的时候，电机的电角度已经改变，因此电流控制器读取到的电角度数据与真实的电角度数据之间存在偏差。因为上述编码器无法获得位置信息的实时、正确更新，导致转矩环控制输出存在效率偏低和转矩波动的问题，从而影响电机的运行效率并导致电机振动。


技术实现要素：

3.鉴于上述现有技术的不足之处，本技术实施例的目的在于提供一种电机电角度补偿方法、装置、电子设备及存储介质，有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，从而提高电机的运行效率、降低电机振动。
4.第一方面，本技术实施例提供一种电机电角度补偿方法，应用于永磁同步电机控制系统的电流控制器，包括步骤：a1.以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；所述采集时间数据是指编码器采集到所述电角度数据时刻的时间数据；a2.根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；a3.根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；所述当前电角度数据是指当前读取到的电角度数据；a4.以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
5.本技术实施例提供的电机电角度补偿方法，根据已读取的电角度数据计算当前的速度数据，然后根据当前速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算出需要进行补偿的电角度补偿值，用该电角度补偿值对前电角度数据进行补偿后作为反馈值输出，可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差，从而有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
6.优选地，步骤a2包括：根据以下公式计算当前的速度数据：;
其中，为当前的速度数据，n为预设的正整数值且n>1,为当前电角度数据，为对应的采集时间数据，至分别是在当前电角度数据之前读取到的倒数第1个至倒数第n个电角度数据，至分别是至 的采集时间数据，是当前载波周期的起始时间，至分别是当前载波周期之前的倒数第1个至倒数第n个载波周期的起始时间。
7.优选地，步骤a2中，n=2。
8.优选地，步骤a2还包括：计算当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据之间的速度偏差值；判断所述速度偏差值是否大于预设的速度偏差阈值；若否，则判定所述当前的速度数据有效；若是，则判定所述当前的速度数据无效，并根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据；其中，m为预设的正整数。
9.优选地，步骤a2还包括：对读取的当前电角度数据进行校验处理，以判断所述当前电角度数据是否有效；若所述当前电角度数据无效，则以上一次计算得到的速度数据作为当前的速度数据。
10.优选地，步骤a3包括：若读取的当前电角度数据有效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为补偿后的当前电角度数据，为补偿前的当前电角度数据，为电角度补偿值，为当前的速度数据，为需补偿的时间偏差，为对应的读取时间数据；若读取的当前电角度数据无效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为最后一次读取到的有效的电角度数据，为对应的读取时间数据。
11.第二方面，本技术实施例提供一种电机电角度补偿装置，包括：
第一获取模块，用于以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；所述采集时间数据是指编码器采集到所述电角度数据时刻的时间数据；第一计算模块，用于根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；补偿模块，用于根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；所述当前电角度数据是指当前读取到的电角度数据；反馈模块，用于以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
12.优选地，所述第一计算模块在根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据的时候：根据以下公式计算当前的速度数据：;其中，为当前的速度数据，n为预设的正整数值且n>1,为当前电角度数据，为对应的采集时间数据，至分别是在当前电角度数据之前读取到的倒数第1个至倒数第n个电角度数据，至分别是至 的采集时间数据，是当前载波周期的起始时间，至分别是当前载波周期之前的倒数第1个至倒数第n个载波周期的起始时间。
13.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如所述的电机电角度补偿方法的步骤。
14.第四方面，本技术实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如所述的电机电角度补偿方法的步骤。
15.有益效果：本技术实施例提供的一种电机电角度补偿方法、装置、电子设备及存储介质，通过以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出；从而可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差，有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的电机电角度补偿方法的流程图。
17.图2为本技术实施例提供的电机电角度补偿装置的模块图。
18.图3为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
19.图4为现有的永磁同步电机控制系统的结构示意图。
20.图5为示例性的载波周期时序图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术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技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.请参阅图1，本技术实施例提供的一种电机电角度补偿方法，应用于永磁同步电机控制系统的电流控制器，包括步骤：a1.以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；所述采集时间数据是指编码器采集到所述电角度数据时刻的时间数据；a2.根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；a3.根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；所述当前电角度数据是指当前读取到的电角度数据；a4.以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
24.其中，永磁同步电机控制系统的结构如图4所示，该电流控制器与编码器的输出端连接以对编码器的输出数据进行处理。根据已读取的电角度数据计算当前的速度数据，然后根据当前速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算出需要进行补偿的电角度补偿值，用该电角度补偿值对前电角度数据进行补偿后作为反馈值输出，可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据（指读取到的电角度数据时刻电机的真实电角度）之间的偏差，从而有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
25.其中，步骤a1中的载波频率不小于永磁同步电机控制系统的转矩环控制频率，例如，载波频率与永磁同步电机控制系统的转矩环控制频率相同。以避免电角度数据的反馈频率跟不上转矩环控制频率。
26.在一些实施方式中，步骤a2包括：a201.根据以下公式计算当前的速度数据： （1）;其中，为当前的速度数据，n为预设的正整数值且n>1,为当前电角度数据，
为对应的采集时间数据，至分别是在当前电角度数据之前读取到的倒数第1个至倒数第n个电角度数据，至分别是至 的采集时间数据，是当前载波周期的起始时间，至分别是当前载波周期之前的倒数第1个至倒数第n个载波周期的起始时间。
27.由于该速度数据是综合多个在先读取的电角度数据进行计算得到，能够比较准确地估计当前的速度数据，从而能够保证电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差较小。
28.其中，n的值可根据实际需要进行设置；优选地， n=2，从而所采用的电角度数据在时间上的跨度较小，从而计算得到的当前的速度数据更加准确。
29.其中，理论上，载波周期是固定的，因此，、
……
、的值均等于载波周期；但实际上，时间控制是有误差的，因此、
……
、之间也具有差别，此处用、
……
、来替代载波周期作为分母进行运算，可进一步提高计算结果的准确性。
30.在一些优选实施方式中，步骤a2还包括：a202.计算当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值；a203.判断所述速度偏差值是否大于预设的速度偏差阈值；a204.若否，则判定所述当前的速度数据有效；a205.若是，则判定所述当前的速度数据无效，并根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据；其中，m为预设的正整数。
31.其中，当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值反映了电机的加速情况，而电机的加速能力时有限的，若当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据之间的速度偏差值表明计算得到的当前的速度数据是不可信的，因此不能用于进行电角度补偿值的计算，否则会影响对电机的控制效果。
32.当前的速度数据有效，将被用于进行后续的电角度补偿值计算。
33.步骤a205中，m的值可根据实现需要设置，m可以为1或大于1。
34.例如，第一种示例中，m=1，步骤a205包括：以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
35.例如，第二种示例中，m大于1，在一些实施方式中，步骤a205包括：计算前m次计算得到的速度数据的平均值作为当前的速度数据；在另一些实施方式中，步骤a205包括：根据前m次计算得到的速度数据进行拟合得到速度变化曲线公式，把读取到当前电角度数据时刻的读取时间数据代入该速度变化曲线公式得到当前的速度数据。
36.或例如m大于1时，步骤a205中，先根据前m次计算得到的速度数据计算得到当前的速度数据（具体参照前述的第二种示例），再计算该当前的速度数据与上一次计算得到的速
度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值，判断所述速度偏差值是否大于预设的速度偏差阈值，若否，则判定该当前的速度数据有效，若是，则以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
37.实际应用中，读取得到的当前电角度数据可能是无效的，若读取得到的当前电角度数据无效，则根据该当前电角度数据计算得到的当前的速度数据也是无效的（即根据公式（1）计算得到的当前的速度数据无效），此时，步骤a2还可包括：a206.对读取的当前电角度数据进行校验处理，以判断所述当前电角度数据是否有效；a207.若所述当前电角度数据无效，则以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
38.其中，对读取的当前电角度数据进行校验处理的步骤包括：监测通讯数据帧并按编码器的通讯规则重算校验值，以判断通讯过程是否有数据出错（例如采用crc校验方式），若有数据出错，则判定所述当前电角度数据无效，否则，判定所述当前电角度数据有效。
39.当读取的当前电角度数据无效，直接用上一次计算得到的速度数据作为当前的速度数据，虽然上一次计算得到的速度数据与当前的真实速度数据之间存在偏差，但该偏差是可控的，而利用无效的当前电角度数据计算得到的当前的速度数据与当前的真实速度数据之间的偏差却是不可控的，因此，本实施例可较好地保证计算结果的准确性。
40.进一步地，步骤a3包括：a301.若读取的当前电角度数据有效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为补偿后的当前电角度数据，为补偿前的当前电角度数据（即读取的当前电角度数据），为电角度补偿值，为当前的速度数据，为需补偿的时间偏差，为对应的读取时间数据；a302.若读取的当前电角度数据无效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为最后一次读取到的有效的电角度数据，为对应的读取时间
数据。
41.例如图5所示的载波周期时序图，其中，在每个载波周期中，编码器采集电角度数据的采集时间在电流控制器读取电角度数据的读取时间之后，因此，在每个载波周期中电流控制器读取的电角度数据均为编码器在上一个载波周期采集的电角度数据。若当前周期读取的电角度数据（即读取的当前电角度数据）有效，则根据步骤a301进行计算即可；若当前周期读取的电角度数据无效，假设上一次读取的电角度数据有效，即、，则把、代入步骤a302的计算公式进行计算。
42.由上可知，该电机电角度补偿方法，通过以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出；从而可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差，有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
43.请参阅图2，本技术实施例提供一种电机电角度补偿装置，包括：第一获取模块1，用于以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；所述采集时间数据是指编码器采集到所述电角度数据时刻的时间数据；第一计算模块2，用于根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；补偿模块3，用于根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；所述当前电角度数据是指当前读取到的电角度数据；反馈模块4，用于以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
44.在一些实施方式中，所述第一计算模块2在根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据的时候：根据以下公式计算当前的速度数据：;其中，为当前的速度数据，n为预设的正整数值且n>1,为当前电角度数据，为对应的采集时间数据，至分别是在当前电角度数据之前读取到的倒数第1个至倒数第n个电角度数据，至分别是至 的采集时间数据，是当前载波周期的起始时间，至分别是当前载波周期之前的倒数第1个至倒数第n个载波周期的起始时间。
45.其中，n的值可根据实际需要进行设置；优选地， n=2，从而所采用的电角度数据在
时间上的跨度较小，从而计算得到的当前的速度数据更加准确。
46.在一些优选实施方式中，第一计算模块2在根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据的时候还：计算当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值；判断所述速度偏差值是否大于预设的速度偏差阈值；若否，则判定所述当前的速度数据有效；若是，则判定所述当前的速度数据无效，并根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据；其中，m为预设的正整数。
47.其中，当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值反映了电机的加速情况，而电机的加速能力时有限的，若当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据之间的速度偏差值表明计算得到的当前的速度数据是不可信的，因此不能用于进行电角度补偿值的计算，否则会影响对电机的控制效果。
48.当前的速度数据有效，将被用于进行后续的电角度补偿值计算。
49.其中，m的值可根据实现需要设置，m可以为1或大于1。
50.例如，第一种示例中，m=1，第一计算模块2在根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据的时候：以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
51.例如，第二种示例中，m大于1，在一些实施方式中，第一计算模块2在根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据的时候：计算前m次计算得到的速度数据的平均值作为当前的速度数据；在另一些实施方式中，第一计算模块2在根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据的时候：根据前m次计算得到的速度数据进行拟合得到速度变化曲线公式，把读取到当前电角度数据时刻的读取时间数据代入该速度变化曲线公式得到当前的速度数据。
52.或例如m大于1时，第一计算模块2在根据前m次计算得到的速度数据计算新的速度数据作为当前的速度数据的时候：先根据前m次计算得到的速度数据计算得到当前的速度数据（具体参照前述的第二种示例），再计算该当前的速度数据与上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）之间的速度偏差值，判断所述速度偏差值是否大于预设的速度偏差阈值，若否，则判定该当前的速度数据有效，若是，则以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
53.实际应用中，读取得到的当前电角度数据可能是无效的，若读取得到的当前电角度数据无效，则根据该当前电角度数据计算得到的当前的速度数据也是无效的，此时，第一计算模块2在根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据的时候还：对读取的当前电角度数据进行校验处理，以判断所述当前电角度数据是否有效；若所述当前电角度数据无效，则以上一次计算得到的速度数据（指上一载波周期中计算得到的最终有效的速度数据）作为当前的速度数据。
54.其中，对读取的当前电角度数据进行校验处理的步骤包括：监测通讯数据帧并按
编码器的通讯规则重算校验值，以判断通讯过程是否有数据出错（例如采用crc校验方式），若有数据出错，则判定所述当前电角度数据无效，否则，判定所述当前电角度数据有效。
55.进一步地，补偿模块3在根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿的时候：若读取的当前电角度数据有效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为补偿后的当前电角度数据，为补偿前的当前电角度数据（即读取的当前电角度数据），为电角度补偿值，为当前的速度数据，为需补偿的时间偏差，为对应的读取时间数据；若读取的当前电角度数据无效，则根据以下公式计算补偿后的当前电角度数据：;；；其中，为最后一次读取到的有效的电角度数据，为对应的读取时间数据。
56.由上可知，该电机电角度补偿装置，通过以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出；从而可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差，有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
57.请参阅图3，本技术实施例还提供一种电子设备100，包括处理器101和存储器102，存储器102中存储有计算机程序，处理器101通过调用存储器102中存储的计算机程序，用于执行上述的电机电角度补偿方法的步骤。
58.其中，处理器101与存储器102电性连接。处理器101是电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或调用存储在存储器102内的计算机程序，以及调用存储在存储器102内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。
59.存储器102可用于存储计算机程序和数据。存储器102存储的计算机程序中包含有可在处理器中执行的指令。计算机程序可以组成各种功能模块。处理器101通过调用存储在
存储器102的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。
60.在本实施例中，电子设备100中的处理器101会按照如下的步骤，将一个或一个以上的计算机程序的进程对应的指令加载到存储器102中，并由处理器101来运行存储在存储器102中的计算机程序，从而实现各种功能：以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
61.由上可知，该电子设备，通过以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出；从而可有效减小电流控制器输出的电角度数据与真实的电角度数据之间的偏差，有利于改善转矩环控制输出效率偏低和转矩波动的情况，进而提高电机的运行效率、降低电机振动。
62.本技术实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时运行上述的电机电角度补偿方法的步骤，以实现以下功能：以预设的载波频率读取编码器采集的电角度数据和采集时间数据，并获取读取到所述电角度数据和采集时间数据时刻的读取时间数据；根据最近读取的多个电角度数据计算当前的速度数据；根据所述当前的速度数据、采集时间数据和读取时间数据计算电角度补偿值，以对当前电角度数据进行补偿；以补偿后的当前电角度数据作为编码器的反馈值进行输出。
63.其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（static random access memory, 简称sram），电可擦除可编程只读存储器（electrically erasable programmable read
‑
only memory, 简称eeprom），可擦除可编程只读存储器（erasable programmable read only memory, 简称eprom），可编程只读存储器（programmable red
‑
only memory, 简称prom），只读存储器（read
‑
only memory, 简称rom），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
64.综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。