电机的电流控制方法、控制装置、电机系统和存储介质与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机的电流控制方法、电机的电流控制装置、电机系统和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.小电容电机驱动器是一种低成本、小体积、长寿命、高可靠性的电机驱动器，其在压缩机、风机、洗衣机、食物料理机等领域有极大的应用潜力。然而，小电容电机驱动器由于其母线的储能能力较小，在电机输出功率较大时，会产生较大的母线电压跌落，而母线电压的跌落会导致电机的电流和输出力矩随之跌落，进而影响电机的正常运行。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种电机的电流控制方法、电机的电流控制装置、电机系统和计算机可读存储介质，旨在解决现有的母线电压跌落导致电机的电流和输出力矩随之跌落，进而影响电机的正常运行的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出一种电机的电流控制方法，包括：获取电机的给定电压；根据限制值对给定电压进行补偿，其中限制值通过电机驱动装置的母线电压确定；根据补偿后的给定电压，控制电机的电流。
5.进一步地，根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：确定给定电压等于限制值；从给定电压等于限制值的时刻开始，根据限制值对给定电压进行补偿。
6.进一步地，根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：将给定电压设置为限制值。
7.进一步地，在确定给定电压等于限制值的步骤之后，还包括：将等于限制值时的给定电压记录为寄存电压；在根据限制值对给定电压进行补偿的步骤之后，还包括：根据寄存电压和给定电压，确定结束根据限制值对给定电压进行补偿。
8.进一步地，根据寄存电压和给定电压，确定结束根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：在第一时间段内对寄存电压与给定电压的差值进行积分，得到第一积分值，以及在第二时间段内对寄存电压与给定电压的差值进行积分，得到第二积分值，其中第一时间段和第二时间段的下限值均为确定给定电压等于限制值时的时刻，第一时间段的上限值为第一预设时刻，第二时间段的上限值为第二预设时刻，第一预设时刻与第二预设时刻为相邻控制时刻；获取第一积分值与第二积分值的乘积；基于乘积小于0，结束根据限制值对给定电压进行补偿。
9.进一步地，给定电压包括交轴给定电压或直轴给定电压。
10.本发明还提出一种电机的电流控制装置，包括：存储器，存储器存储有计算机程序；控制器，控制器执行计算机程序时实现上述电机的电流控制方法。
11.本发明还提出一种电机系统，包括：电机；存储器，存储器存储有计算机程序；控制器，控制器执行计算机程序时实现上述电机的电流控制方法。
12.进一步地，电机系统还包括：电机驱动装置，与控制器连接，电机驱动装置用于根据控制器的给定电压驱动电机；电压采集装置，与控制器连接，电压采集装置用于采集电机驱动装置的母线电压。
13.本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述电机的电流控制方法。
14.本发明技术方案中，在电机驱动装置的母线电压跌落后的恢复过程中，利用与母线电压相关的限制值对电机的给定电压进行补偿，提高了电机电流控制过程中的电压利用率，使得在电机驱动装置的母线电压恢复时能够充分地利用母线电压来迅速地恢复电机电流，最大程度地维持总输出力矩。
附图说明
15.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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制方法的流程示意图之一；
17.图2示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制方法的流程示意图之二；
18.图3示出了本发明的一个实施例的小电容电机驱动器的电流控制方法的流程示意图；
19.图4示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制装置的示意框图；
20.图5示出了本发明的一个实施例的电机系统的示意框图之一；
21.图6示出了本发明的一个实施例的电机系统的示意框图之二。
22.附图标号说明：
23.标号名称标号名称400电机的电流控制装置402存储器404处理器500电机系统502电机504存储器506控制器508电机驱动装置510电压采集装置
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24.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.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的一部分实施例，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。
26.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
30.本发明第一方面的实施例，提出一种电机的电流控制方法，通过图1至图3对该电机的电流控制方法进行详细说明。
31.图1示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制方法的流程示意图。其中，该电流控制方法包括：
32.步骤102，获取电机的给定电压；
33.步骤104，根据限制值对给定电压进行补偿，其中限制值通过电机驱动装置的母线电压确定；
34.步骤106，根据补偿后的给定电压，控制电机的电流。
35.在该实施例中，在电机驱动装置的母线电压跌落后的恢复过程中，利用与母线电压相关的限制值对电机的给定电压进行补偿，提高了电机电流控制过程中的电压利用率，使得在电机驱动装置的母线电压恢复时能够充分地利用母线电压来迅速地恢复电机电流，最大程度地维持总输出力矩。
36.其中，上述限制值即为给定电压的最大值，限制值可包括电机驱动装置的物理限制(也即电机驱动装置的最大端电压输出)或电机驱动装置的电流控制器的自身输出限制(也即电流控制器的最高输出电压)，其中电流控制器的输出为电机的给定电压。该限制值受当前电机驱动装置的母线电压大小的限制，也就是说，电机驱动装置的物理限制受当前电机驱动装置的母线电压大小限制，一般地，电流控制器的自身输出限制为母线电压的倍。
37.需要说明的是，本实施例中的电机驱动装置为小电容电机驱动器。
38.此外，因为限制值是根据母线电压确定的，所以在母线电压变化的同时限制值也是变化的量。
39.进一步地，给定电压包括交轴给定电压或直轴给定电压。
40.在该实施例中，电机驱动装置的电流控制器包括交轴电流控制器和直轴电流控制器，交轴电流控制器的输出为交轴给定电压，直轴电流控制器的输出为直轴给定电压。通过对交轴给定电压和/或直轴给定电压的补偿，能够在母线电压随供电电压上升而恢复的同时能够尽快地恢复电机的交轴电流和直轴电流。
41.进一步地，步骤104，根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：确定给定
电压等于限制值；从给定电压等于限制值的时刻开始，根据限制值对给定电压进行补偿。
42.进一步地，根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：将给定电压设置为限制值。
43.在该实施例中，从给定电压等于限制值的时刻开始，将该时刻以后的给定电压设置为限制值，也就是说，从该时刻以后强制限制给定电压等于最大值，从而能够以最快的速度恢复电机电流。
44.进一步地，从给定电压等于限制值的时刻开始，根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：在定电压等于限制值的时刻，将饱和标志位置位；在饱和标志位置位的情况下，根据限制值对给定电压进行补偿。
45.在该实施例中，在电机驱动装置的每个电流控制器中，额外设置一个饱和标志位。当给定电压等于限制值时，将饱和标志位置位，在饱和标志位置位的情况下，强制使给定电压等于限制值。
46.需要说明的是，交轴电流控制器和直轴电流控制器中分别额外设置的饱和标志位互相独立。
47.进一步地，在获取电机的给定电压的步骤之后，还包括：基于给定电压小于限制值，根据给定电压控制电机的电流。也就是说，在给定电压限于限制值的情况下不对给定电压进行补偿，而是直接控制电机电流。
48.图2示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制方法的流程示意图。其中，该电流控制方法包括：
49.步骤202，获取电机的给定电压；
50.步骤204，将给定电压等于限制值时刻的给定电压记录为寄存电压，以及在给定电压等于限制值时刻开始将给定电压设置为限制值，其中限制值通过电机驱动装置的母线电压确定；
51.步骤206，根据给定电压，控制电机的电流；
52.步骤208，根据寄存电压和给定电压，确定结束根据限制值对给定电压进行补偿。
53.在该实施例中，根据等于限制值的时刻的给定电压以及当前的给定电压判断是否可以停止补偿，即判断电机电流是否已经随母线电压恢复，在确定恢复后可取消令给定电压等于限制值的强制设置，从而避免一直使给定电压维持在最大值而导致的电机电流过大的问题。
54.需要说明的是，步骤206与步骤208之间的先后顺序不作限定，也就是说，可以利用进行了补偿的给定电压控制电机的电流，也可以根据补偿结束的给定电压，也就是说不进行补偿的给定电压控制电机的电流。
55.进一步地，步骤208，根据寄存电压和给定电压，确定结束根据限制值对给定电压进行补偿的步骤，具体包括：在第一时间段内对寄存电压与给定电压的差值进行积分，得到第一积分值，以及在第二时间段内对寄存电压与给定电压的差值进行积分，得到第二积分值，其中第一时间段和第二时间段的下限值均为确定给定电压等于限制值时的时刻，第一时间段的上限值为第一预设时刻，第二时间段的上限值为第二预设时刻，第一预设时刻与第二预设时刻为相邻控制时刻；获取第一积分值与第二积分值的乘积；基于乘积小于0，结束根据限制值对给定电压进行补偿。
56.在该实施例中，从给定电压等于限制值的时刻(也即开始进行补偿的时刻)开始对寄存电压与给定电压的差值进行积分，在每个控制时刻均对应一个积分值。确定两个相邻的控制时刻对应的积分值的乘积，当乘积小于0时，表明积分值过零点，则确定可以停止补偿，从而取消令给定电压等于限制值的强制设置，从而避免一直使给定电压维持在最大值而导致的电机电流过大的问题。
57.需要说明的是，在给定电压等于限制值的时刻开始将给定电压设置为等于限制值，这里的两个“等于”的含义是不同的，前一个“等于”是指给定电压的真实值与限制值的大小相等，后一个“等于”是指将给定电压的值强制设置为等于限制值，如果不进行强制设置的情况下，给定电压的真实值是不一定等于限制值的(具体应该是小于或等于限制值)。此外，由于限制值是根据母线电压变化的，则将给定电压的值强制设置为等于限制值后，给定电压也是变化的，所以给定电压与在给定电压等于限制值的时刻记录的寄存电压之间会存在差值。
58.在该实施例中，在电机驱动装置的每个电流控制器中，额外设置一个初值为0的辅助积分器、一个饱和标志位以及一个电流控制器输出值寄存器。一个在同步dq坐标系下进行foc(field oriented control，磁场定向控制)的电机驱动装置中，d轴与q轴的电流控制器中分别额外设置的饱和标志位互相独立，电流控制器输出值寄存器互相独立。
59.在电机驱动装置中，电机驱动装置的最大端电压输出受当前电机驱动装置的母线电压大小的限制，d轴和q轴的电流控制器的最高输出电压均为母线电压的倍，将电机驱动装置的最大端电压输出或电流控制器的最高输出电压作为电流控制器的输出值(电流控制器的输出值即为给定电压)的限制值。当电流控制器的输出值达到限制值时，饱和标志位置位。在d轴或q轴的电流控制器饱和标志位置位的时刻，该电流控制器的输出值被保存在此电流控制器输出值寄存器中。在d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位置位的时刻开始，强制令电流控制器的输出值等于限制值。
60.当d轴或q轴的电流控制器饱和标志位置位时，该电流控制器额外设置的辅助积分器开始对此电流控制器的输出值寄存器中的寄存值与真实的电流控制器的输出值之差进行积分，此时真实的电流控制器的输出值已强制等于限制值。然后，计算该电流控制器的辅助积分器前后两个时刻的输出值之积，以判断其是否过零点。
61.当d轴或q轴的电流控制器饱和标志位置位的情况下，且该电流控制器的辅助积分器前后两个时刻输出值之积小于0，则判断其积分器过零点。若判断出其辅助积分器过零点，将该电流控制器的饱和标志位置零。当饱和标志位置零时，取消对该电流控制器的输出值强制等于限制值的限制。
62.需要说明的是，当d轴或q轴的电流控制器饱和标志位置位的情况下，该电流控制器的本身的积分环节与比例环节不切断输入，但是在积分环节的输出与总输出处会根据限制值对其进行钳位(即输出限制)。通过该方式，在取消对电流控制器的输出值强制等于限制值的限制时，有利于电流控制器的输出值的平滑过渡。
63.作为一个具体的实施例，以小电容电机驱动器为例，图3示出了本发明的一个实施例的小电容电机驱动器的电流控制方法的流程示意图。其中，该电流控制方法包括：
64.步骤302，获取小电容电机驱动器的电流控制器的输出值v_out；
65.步骤304，判断饱和标志位sat_flg是否等于1，若等于进入步骤310，否则进入步骤
306；
66.步骤306，判断限制值v_lim是否小于电流控制器的输出值v_out，若小于进入步骤308，否则结束；
67.步骤308，饱和标志位sat_flg置1，以及将此时的电流控制器的输出值v_out记录为电流控制器输出值寄存器中的寄存值reg_out，并进入步骤312；
68.步骤310，开始对电流控制器输出值寄存器中的寄存值reg_out与电流控制器的输出值v_out的差值进行积分；
69.步骤312，将电流控制器的输出值v_out设置为限制值v_lim；
70.步骤314，判断第n控制时刻的积分值与第n 1控制时刻的积分值的乘积是否小于0，若小于则进入步骤316，否则结束；
71.步骤316，饱和标志位sat_flg清零，以及取消将电流控制器的输出值v_out设置为限制值v_lim。
72.在该实施例中，(1)在小电容电机驱动器的每个电流控制器中，额外设置一个初值为0的积分器、一个饱和标志位sat_flg以及一个电流控制器输出值寄存器。(2)当电流控制器的输出值v_out到达限制值v_lim时，饱和标志位sat_flg置位，电流控制器输出值寄存器中的寄存值reg_out记录为饱和标志位sat_flg置位时刻的电流控制器的输出值v_out，当饱和标志位sat_flg置位时，电流控制器正常工作，但电流控制器的输出值v_out强制等于限制值v_lim，其中限制值v_lim包括小电容电机驱动器的物理限制或电流控制器自身的输出限制。(3)利用额外设置的积分器对电流控制器输出值寄存器中的寄存值reg_out与真实的电流控制器的输出值v_out之差进行积分，并计算前后两个控制时刻的积分器值之积。(4)当前后两个控制时刻的积分器值之积小于0时，将饱和标志位sat_flg置零，电流控制器的输出值v_out取消强制等于限制值v_lim。
73.需要说明的是，在上述(1)中：
74.一个在同步dq坐标系下进行foc的小电容电机驱动器中，d轴与q轴的电流控制器中分别额外设置一个饱和标志位以及一个电流控制器输出值寄存器。两个饱和标志位互相独立，两个电流控制器输出值寄存器互相独立。
75.在上述(2)中：
76.1)在小电容电机驱动器中，电机驱动器的最大端电压输出(即小电容电机驱动器的物理限制)受当前电机驱动器的母线电压大小的限制。d轴和q轴电流控制器的最高输出电压(即电流控制器自身的输出限制)均为母线电压的倍。当电流控制器的输出值v_out达到限制值v_lim时，饱和标志位置位。
77.2)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位时，该时刻的电流控制器的输出值v_out被保存在此电流控制器输出值寄存器中。
78.3)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位时，该电流控制器的积分环节与比例环节不切断输入，但是在积分环节的输出与总输出处会根据限制值v_lim对电流控制器的输出值v_out进行钳位(即输出限制)，强制电流控制器的输出值v_out等于限制值v_lim。
79.在上述(3)中：
80.1)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位时，该电流控制器利用额
外设置的积分器，开始对此电流控制器输出值寄存器中的寄存值reg_out与真实的电流控制器的输出值v_out之差进行积分。
81.2)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位时，计算该电流控制器的积分器的前后两个时刻输出值之积，以判断其是否过零点。
82.在上述(4)中：
83.1)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位时，若该电流控制器的积分器的前后两个时刻输出值之积小于0，则判断其积分器过零点。
84.2)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置位，并判断出其积分器过零点，则将该电流控制器的饱和标志位sat_flg置零。
85.3)当d轴或q轴的电流控制器的饱和标志位sat_flg置零时，取消对电流控制器的输出值v_out强制输出为限制值v_lim的限制。
86.本实施例提出的小电容电机驱动器的电流控制方法，可以在小电容电机驱动器的母线电压恢复时充分地利用母线电压来迅速地恢复电机电流。
87.本发明第二方面的实施例，提出一种电机的电流控制装置，图4示出了本发明的一个实施例的电机的电流控制装置400的示意框图。其中，该电机的电流控制装置400包括：
88.存储器402，存储器402存储有计算机程序；
89.处理器404，处理器404执行计算机程序时实现上述第一方面实施例的电机的电流控制方法。
90.其中，存储器402和处理器404可以通过总线或者其它方式连接。处理器404可包括一个或多个处理单元，处理器404可以为中央处理器(central processing unit，cpu)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)等芯片。
91.本发明提供的电机的电流控制装置400，计算机程序被处理器404执行时实现如上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的步骤，因此该电机的电流控制装置400包括上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的全部有益效果。
92.本发明第三方面的实施例，提出一种电机系统，图5示出了本发明的一个实施例的电机系统500的示意框图。其中，该电机系统500包括：
93.电机502；
94.存储器504，存储器504存储有计算机程序；
95.控制器506，控制器506执行计算机程序时实现上述第一方面实施例的电机的电流控制方法。
96.进一步地，如图6所示，电机系统还包括：
97.电机驱动装置508，与控制器506连接，电机驱动装置508用于根据控制器506的给定电压驱动电机；
98.电压采集装置510，与控制器506连接，电压采集装置510用于采集电机驱动装置508的母线电压。
99.其中，存储器504和控制器506可以通过总线或者其它方式连接。控制器506可包括一个或多个处理单元，控制器506可以为中央处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场
可编程门阵列等芯片。
100.本发明提供的电机系统500，计算机程序被控制器506执行时实现如上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的步骤，因此该电机系统500包括上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的全部有益效果。
101.本发明第四方面的实施例，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面实施例的电机的电流控制方法。
102.本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的步骤，因此该计算机可读存储介质包括上述第一方面实施例的电机的电流控制方法的全部有益效果。
103.其中，计算机可读存储介质包括只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等。
104.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。