一种电机类型的识别方法及电机控制装置与流程

1.本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种电机类型的识别方法及电机控制装置。


背景技术：

2.随着各个行业的不断发展，对能源的需求量逐渐增大，同时消耗也逐渐增大，近些年一直在提倡节能环保，在石油、化工、机床、空压机、水泵、风机等行业，传动设备中电动机应用是非常重要的一环，以前的电动机基本上以异步电机和直流电机为主，而近十几年来，永磁同步电机、直流无刷电机、同步磁阻电机、开关磁阻电机、永磁同步磁阻电机等新型电机类型纷纷出现，直流无刷电机和永磁同步电机由于其效率高、功率因数高、体积小、发热量小、节能等优点，在很多对能源消耗较大的行业逐步替代异步电机。
3.永磁同步电机和直流无刷电机在电机结构上存在差异，在控制上也不相同，永磁同步电机的磁场为正弦波，而无刷直流电机的磁场为方波。并且由于其定子和转子的设计都存在差异，其工作原理也是存在明显的差别的。传统的直流无刷电机运行时，需要安装霍尔传感器，需要准确的知道转子位置，用于换向，永磁同步机电机的闭环控制也需要在电机侧安装位置传感器。
4.传统的永磁同步电机控制和直流无刷电机控制必须采用不同的控制装置，对于永磁同步电机的控制，需要安装电机编码器，实时检测电机的磁极位置和电机速度，从而实现速度和转矩控制，传统的直流无刷电机必须采用电流霍尔传感器，实时检测电机的位置，在某些位置进行电流换向，从而实现电机的速度控制，安装位置传感器或霍尔传感器，增加了系统的成本，且可靠性有所降低。如何能够快速的检测出电机的类型，以及减少电机系统的构成成本是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种电机类型的识别方法及电机控制装置。
6.第一个方面，本发明实施例提供一种电机类型的识别方法，所述方法包括：
7.获取待识别电机的电机转速和电流；
8.根据所述电机转速，确定所述待识别电机的角度信息；
9.根据所述电流，确定所述待识别电机的电流和电压的相位差信息；
10.根据所述角度信息和所述电流和电压的相位差信息，确定所述待识别电机的类型。
11.可选地，所述根据所述电流，确定所述待识别电机的电流和电压的相位差信息，包括：
12.获取待识别电机的电机参数；
13.根据静态自辨识，对电机参数中的电阻和交直轴电感进行自学习，得到学习结果；
14.对所述学习结果进行旋转自辨识，得到当前电流和扩展反电动势的角度差，其中，所述旋转自辨识用于采用无速度传感器的控制方式，将电机空载运行至额定频率的预设值，求出此时电流和扩展反电动势的角度差；
15.利用反余弦公式，确定所述当前电流和扩展反电动势的相位差。
16.可选地，所述根据所述电机转速，确定所述待识别电机的角度信息，包括：
17.对所述电机转速进行积分处理，得到所述待识别电机的磁极位置角。
18.可选地，所述方法还包括:
19.获取预设转速以及经过锁相环观测器得到的转速估算值；
20.通过电流环输出的ud和uq，对ud和uq进行反park变换，得到ualp和ubet；
21.对三相电流采样值经过clark变换，得到的ialp和ibet；
22.根据ualp、ubet、ialp和ibet，计算得到反电动势ealp和ebet。
23.可选地，所述方法还包括：
24.根据所述磁极位置角以及转速误差量，其中，所述转速误差量是经过pi调节器获取的；
25.对三相电流ia、ib、ic经过clark变换和park变换，得到力矩电流的反馈值；其中，park变换所用的角度为转速经积分得到的磁极位置角。
26.可选地，所述根据所述角度信息和所述电流和电压的相位差信息，确定所述待识别电机的类型，包括：
27.若所述相位差信息为第一预设角度，确定与所述相位差信息对应的电机为永磁同步电机；
28.若所述相位差信息为第二预设角度，确定与所述相位差信息对应的电机为直流无刷电机。
29.可选地，所述方法还包括：
30.在所述永磁同步电机和直流无刷电机启动的情况下，获取所述永磁同步电机和所述直流无刷电机的磁极的初始位置，所述初始位置用于确定所述永磁同步电机和所述直流无刷电机在启动时不会出现启动反转的现象。
31.可选地，所述方法还包括：
32.在启动时刻，按照永磁同步电机的初始位置自学习方法，得到所述永磁同步电机的磁极位置的初始角度；
33.根据所述磁极位置的初始角度和所述电流和所述反电动势的相位差，确定启动时刻。
34.第二个方面，本发明实施例提供一种电机类型的识别装置，所述电机控制装置至少包括整流模块、逆变模块、控制模块和功能模块；其中，所述整流模块用于将三相交流电流电压转换成直流电压；所述逆变模块用于将所述直流电压转换成三相交流电压；所述功能模块用于将控制命令和频率指令传输给所述控制模块；所述控制模块用于执行第一方面所述的电机类型的识别方法。
35.可选地，所述控制模块采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构。
36.本发明实施例包括以下优点：
37.本发明实施例提供的电机类型的识别方法及电机控制装置，通过获取待识别电机
的电机转速和电流；根据电机转速，确定待识别电机的角度信息；根据电流，确定待识别电机的电流和电压的相位差信息；根据角度信息和电流和电压的相位差信息，确定待识别电机的类型，实现了自动识别永磁同步电机和直流无刷电机的电机类型，在进行参数辨识的过程中，就可以得到电机类型的信息，并将电机类型信息及角度差信息保存。在启动时，首先进行电机的磁极位置检测，根据检测到的角度信息和保存的电机类型及角度差信息，进行相对应的初始角度的赋值，实现启动无反转。
附图说明
38.图1是本发明的一种电机类型的识别方法实施例的步骤流程图；
39.图2是本发明的一种无位置传感器的可识别可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的控制系统的结构示意图；
40.图3是本发明的一种可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的无位置传感器控制框图；
41.图4是本发明的直流无刷和永磁同步电机控制系统的电机类型辨识算法流程图；
42.图5是本发明的永磁同步电机和直流无刷电机无功电流规划原理图。
具体实施方式
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.参照图1，示出了本发明的一种电机类型的识别方法实施例的步骤流程图，该方法具体可以包括如下步骤：
45.s101、获取待识别电机的电机转速和电流；
46.s102、根据电机转速，确定待识别电机的角度信息；
47.s103、根据电流，确定待识别电机的电流和电压的相位差信息；
48.具体地，先获取待识别电机的电机参数；根据静态自辨识，对电机参数中的电阻和交直轴电感进行自学习，得到学习结果；对学习结果进行旋转自辨识，得到当前电流和扩展反电动势的角度差，其中，旋转自辨识用于采用无速度传感器的控制方式，将电机空载运行至额定频率的预设值，求出此时电流和扩展反电动势的角度差；利用反余弦公式，确定当前电流和扩展反电动势的相位差。
49.s104、根据角度信息和电流和电压的相位差信息，确定待识别电机的类型。
50.可选地，根据电机转速，确定待识别电机的角度信息，包括：
51.对电机转速进行积分处理，得到待识别电机的磁极位置角。
52.可选地，该方法还包括:
53.获取预设转速以及经过锁相环观测器得到的转速估算值；
54.通过电流环输出的ud和uq，对ud和uq进行反park变换，得到ualp和ubet；
55.对三相电流采样值经过clark变换，得到的ialp和ibet；
56.根据ualp、ubet、ialp和ibet，计算得到反电动势ealp和ebet。
57.可选地，该方法还包括：
58.根据磁极位置角以及转速误差量，其中，转速误差量是经过pi调节器获取的；
59.对三相电流ia、ib、ic经过clark变换和park变换，得到力矩电流的反馈值；其中，park变换所用的角度为转速经积分得到的磁极位置角。
60.可选地，根据角度信息和电流和电压的相位差信息，确定待识别电机的类型，包括：
61.若相位差信息为第一预设角度，确定与相位差信息对应的电机为永磁同步电机；
62.若相位差信息为第二预设角度，确定与相位差信息对应的电机为直流无刷电机。
63.可选地，该方法还包括：
64.在永磁同步电机和直流无刷电机启动的情况下，获取永磁同步电机和直流无刷电机的磁极的初始位置，初始位置用于确定永磁同步电机和直流无刷电机在启动时不会出现启动反转的现象。
65.可选地，该方法还包括：
66.在启动时刻，按照永磁同步电机的初始位置自学习方法，得到永磁同步电机的磁极位置的初始角度；
67.根据磁极位置的初始角度和电流和反电动势的相位差，确定启动时刻。
68.本发明实施例提供一种电机类型的识别装置，电机控制装置至少包括整流模块、逆变模块、控制模块和功能模块；其中，整流模块用于将三相交流电流电压转换成直流电压；逆变模块用于将直流电压转换成三相交流电压；功能模块用于将控制命令和频率指令传输给控制模块；控制模块用于执行上述的电机类型的识别方法。
69.可选地，控制模块采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构。
70.本发明实施例提供了一种可以用于直流无刷电机和永磁同步电机的无位置传感器控制装置，可以识别出永磁同步电机和直流无刷电机，并且可以根据区别出来的电机类型，将电机类型保存，而且本发明实施例还可以实现直流无刷电机和永磁同步电机的无速度传感器控制，保证直流无刷电机和永磁同步电机启动时不反转，稳定可靠运行，能够空载、满负载运行。
71.图2是本发明的一种无位置传感器的可识别可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的控制系统的结构示意图；该控制系统包括主回路部分和控制装置，该控制装置的输入电源是三相交流电源，输出直接驱动永磁同步电机或直流无刷电机。图中的红色虚线框就是无位置传感器的可识别可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的控制装置。
72.基于无位置传感器的可识别可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的控制系统由整流模块、逆变模块、控制模块功能模块等组成。首先三相电源作为输入，经过整流模块，将三相交流电压转换成直流电压，然后进入到逆变模块，逆变模块实现将直流电压转换成三相交流电压。功能模块将控制命令和频率指令传输给控制模块，控制模块实现直流无刷电压和永磁同步电压的电机类型及参数辨识、初始位置检测启动、无位置传感器矢量控制空载及带负载运行。
73.图3是本发明的一种可驱动永磁同步电机和直流无刷电机的无位置传感器控制框图；图4是本发明的直流无刷和永磁同步电机控制系统的电机类型辨识算法流程图；图5是本发明的永磁同步电机和直流无刷电机无功电流规划原理图。如图3-5所示，永磁同步电机和直流无刷电机的开环无传感器控制方式采用的是基于正弦波的无感矢量控制方案，该控制方案采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构。
74.如图3所示，转速的给定为外部直接给定的方式，转速的反馈为经过锁相环观测器得到的转速估算值，电流环输出的ud和uq经过反park变换得到ualp和ubet，三相电流采样值经过clark变换得到的ialp和ibet，经过理论计算，得到ealp和ebet，计算公式如下：
[0075][0076][0077]
转速的积分得到磁极位置角，转速的误差量经过pi调节器输出得到力矩电流的给定值，力矩电流的反馈值由三相电流ia、ib、ic经过clark变换和park变换得到，park变换所用的角度由转速经积分得到的磁极位置角，再加上θe得到。
[0078]
可识别可驱动直流无刷和永磁同步电机控制系统的电机类型辨识步骤如下所示：
[0079]
首先，需要进行电机参数的静态自辨识，静态自辨识完成电阻和交直轴电感的自学习，然后进行旋转自辨识，旋转自辨识采用无速度传感器的控制方式，将电机空载运行至额定频率的30％，然后求出此时电流和扩展反电动势的角度差。
[0080]
直流无刷电机的反电动势是梯形波，梯形波可以等效认为是正弦波和谐波组成，将反电动势进行带通滤波，可以得到正弦波，得到e
alpha
、e
beta
：
[0081][0082]
将e
alpha
、e
beta
同时除以|e|,得到：
[0083][0084]
将三相电流ia、ib、ic，转换到两相静止坐标系，得到i
alpha
、i
beta
[0085][0086]
同样，将i
alpha
、i
beta
同时除以|i|，得到：
[0087]i′
alpha
＝cosb
[0088]i′
beta
＝sinb
[0089]
根据三角函数公式，得到：
[0090]
cos(a-b)＝cosacosb-sinasinb
[0091]
θe＝arccos(a-b)
[0092]
然后，利用反余弦公式，求出电流和反电动势的相位差θe，然后将求出的相位差保存起来。
[0093]
永磁同步电机的电流的滞后永磁同步电机的反电动势的相位差固定为90度左右，而对于直流无刷电机，由于其电流与反电动势的相位差较小，直流无刷电机的电流滞后反电动势大约在30度左右。通过判断电流和反电动势的角度差，可以判断出当前电机类型。
[0094]
永磁同步电机和直流无刷电机的启动处理，如下所示：
[0095]
永磁同步电机和直流无刷电机启动，需跟踪磁极的初始位置，这样在启动时才不会出现启动反转的现象。
[0096]
在启动时刻，首先按照永磁同步电机的初始位置自学习的办法，得到电机的磁极位置初始角度θ0，根据1中保存的电流和反电动势的相位差θe，可以得到启动时刻，永磁同步电机和直流无刷电机的启动初始角度θ1，即：
[0097]
θ1＝θ0 (90-θe)
[0098]
如果此时是永磁同步机电机，θe＝90，此时θ1＝θ0，如果是直流无刷电机，θ1＝θ0 60，就可以自动实现相位的补偿。
[0099]
如图5所示，在直流无刷电机和永磁同步电机空载及带载的情况下的处理方法为：
[0100]
给定频率从0到f2的频率区间，直流无刷电机和永磁同步电机的id给定方法相同。在给定频率点f1以下，给定id电流值通过线性计算的方式给定，给定频率到达f1时，给定id电流值到达id0，在给定频率点f2以下，给定的id电流值id0保持不变。
[0101]
当给定频率大于f2时，直流无刷电机和永磁同步电机的id给定方法不同，需要根据电机类型做区分。
[0102]
如果电机类型为永磁同步电机时将id1设定为0，当给定频率从f2到达f3时，id电流给定值从id0线性降低至0，当给定频率超过f3时，id电流给定值保持0不变。
[0103]
如果电机类型为直流无刷电机时将id1设定为15％～30％，当给定频率从f2到达f3时，id电流给定值从id0线性降低至id1，当给定频率超过f3时，id电流给定值保持id1不变。将id放大，是为了增加直流无刷电机中反电动势的正弦分量，此时相当于电机的磁场强度被加强，此时，系统的鲁棒性更强，并且，此时输出转矩的脉动很小。
[0104]
传统的永磁同步电机控制和直流无刷电机控制必须采用不同的控制装置，对于永磁同步电机的控制，需要安装电机编码器，实时检测电机的磁极位置和电机速度，从而实现速度和转矩控制，传统的直流无刷电机必须采用电流霍尔传感器，实时检测电机的位置，在某些位置进行电流换向，从而实现电机的速度控制。安装位置传感器或霍尔传感器，增加了系统的成本，且可靠性有所降低。本发明实现了永磁同步电机和直流无刷电机的无位置传感器控制，可以实现一个控制装置就可以带两种类型的电机，并且无须安装位置传感器或霍尔传感器，实现无位置控制，并且可以降低成本，提高系统的可靠性。
[0105]
本发明实施例实现了自动识别永磁同步电机和直流无刷电机的电机类型，在进行参数辨识的过程中，就可以得到电机类型的信息，并将电机类型信息及角度差信息保存。在启动时，首先进行电机的磁极位置检测，根据检测到的角度信息和保存的电机类型及角度差信息，进行相对应的初始角度的赋值，实现启动无反转。
[0106]
本发明实现了永磁同步电机和直流无刷电机的无传感器矢量控制，使用一种控制策略，就可以实现两种电机的控制，在实现的过程中，根据保存的电机类型及角度差信息，在角度和电流的处理上进行不同的处理，就可以实现一种控制方法就可以实现两种电机类型的空载及带负载运行。
[0107]
永磁同步电机和直流无刷电机的定子和转子结构不同，运行时需要做不同的处理，而很多电机从外观看，看不出永磁同步电机和直流无刷电机的区别，本发明研究出一种可以识别出永磁同步电机和直流无刷电机电机的方法，另外，本发明实施例还公开了正弦波无感矢量控制用于带直流无刷电机和永磁同步电机的兼容的控制方法，可以实现直流无
刷电机和永磁同步电机的空载和带负载运行。
[0108]
另外，本发明实施例解决了直流无刷电机启动方法处理的问题，可等效计算出启动角度，保证无传感器控制启动时电机不反转。
[0109]
使用本发明驱动控制算法，可以驱动永磁同步电机或直流无刷电机，实现无位置传感器控制，可以实现轻载、带满负载运行。
[0110]
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
[0111]
本发明实施例提供的电机类型的识别方法及电机控制装置，通过获取待识别电机的电机转速和电流；根据电机转速，确定待识别电机的角度信息；根据电流，确定待识别电机的电流和电压的相位差信息；根据角度信息和电流和电压的相位差信息，确定待识别电机的类型，实现了自动识别永磁同步电机和直流无刷电机的电机类型，在进行参数辨识的过程中，就可以得到电机类型的信息，并将电机类型信息及角度差信息保存。在启动时，首先进行电机的磁极位置检测，根据检测到的角度信息和保存的电机类型及角度差信息，进行相对应的初始角度的赋值，实现启动无反转。
[0112]
需要说明的是，本实施例中各可实施的方式可以单独实施，也可以在不冲突的情况下以任意组合方式结合实施本技术不做限定。
[0113]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0114]
本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0116]
最后，还需要说明的是，在本文中，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。