电机速度环PI控制方法、系统、设备及存储介质与流程

电机速度环pi控制方法、系统、设备及存储介质
技术领域
1.本申请涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机速度环pi控制方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.目前在交流电机矢量控制系统中，速度环asr一般采用经典的pi(比例积分)控制。如图1所示常规pi控制结构中，指令速度与反馈速度的差值经过pi调节器输出转矩电流指令。
3.在电机速度闭环控制中，反馈速度通过编码器测速环节得到，首先根据编码器反馈信号获得转子机械角度，然后通过微分运算获得电机轴速度也即电机反馈速度。在数字控制系统中，该微分运算必然存在计算舍入误差，尤其在低线数编码器或者极低速工况，且负载在一定范围内波动的工况下，电机每转一圈的周期没法保证一致。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种电机速度环pi控制方法、系统、设备及存储介质，提高低线数编码器低速下的转速控制精度，确保电机转速周期一致性。
5.第一方面，本发明公开了一种电机速度环pi控制方法，包括：
6.对电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；
7.对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；
8.根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；
9.根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；
10.根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令。
11.可选的，所述方法还包括：
12.根据编码器的反馈信号获取所述电机转子轴位置角度。
13.可选的，所述根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令包括：
14.对所述第二输出部分进行限幅，获取限幅后的第二输出部分；
15.根据所述第一输出部分与所述限幅后的第二输出部分，获取所述转矩电流指令。
16.可选的，所述对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度，包括：根据
[0017][0018]
获取所述电机指令角度，其中，θ
*
为所述电机指令角度，为所述电机指令转速，t为当前时刻。
[0019]
可选的，所述根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分包
括：根据
[0020][0021]
获取所述第一输出部分，其中，u
p
为所述第一输出部分，k
p
为电机速度环pi控制器的比例增益，为所述电机指令转速，w
r
为所述电机反馈转速。
[0022]
可选的，所述根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分包括：根据
[0023]
u
i
＝
i
(θ
*
‑
)
[0024]
获取所述第二输出部分，其中，u
i
为所述第二输出部分，k
i
为电机速度环pi控制器的积分增益，θ
*
为所述电机指令角度，θ为所述电机转子轴位置角度。
[0025]
可选的，所述根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令包括：根据
[0026][0027]
获取所述转矩电流指令，其中，为所述转矩电流指令，u
p
为所述第一输出部分，u
i
为所述第二输出部分。
[0028]
第二方面，本发明公开了一种电机速度环pi控制系统，包括：
[0029]
微分单元，用于对电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；
[0030]
积分单元，用于对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；
[0031]
速度误差控制单元，用于根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；
[0032]
位置误差控制单元，用于根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；
[0033]
结果输出单元，用于根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令。
[0034]
第三方面，本发明公开了一种电子设备，包括：
[0035]
存储器，用于存储计算机程序；
[0036]
处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述第一方面所述的电机速度环pi控制方法。
[0037]
第四方面，本发明公开了一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的电机速度环pi控制方法。
[0038]
本发明提供了一种电机速度环pi控制方法、系统、设备及存储介质，所述方法包括：对电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令。本发明提高低线数编码器低速下的转速控制精度，确保电机转速周期一致性。
附图说明
[0039]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0040]
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是现有技术中电机速度环pi控制器结构示意图；
[0042]
图2是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器设计方法的流程图；
[0043]
图3是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器设计方法的流程图；
[0044]
图4是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器的结构示意图。
具体实施方式
[0045]
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，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。
[0046]
图1是现有技术中电机速度环pi控制器结构示意图，如图1所示，指令速度与反馈速度w
r
的差值经过pi调节器输出转矩电流指令
[0047][0048]
这里的系数k
p
为电机速度环pi控制器的比例增益，k
i
为电机速度环pi控制器的积分增益。对上式的积分项和最终计算结果进行上下限的限制得到转矩电流指令。
[0049]
图2是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器设计方法的流程图，如图2所示，所述方法包括：
[0050]
步骤210：对电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；
[0051]
如图4所示，本申请实施例中，根据
[0052][0053]
获取所述电机反馈转速，其中，w
r
为所述电机反馈转速，θ为所述电机转子轴位置角度。本申请实施例可以根据编码器的反馈信号获取所述电机转子轴位置角度，对所述电机转子轴位置角度进行微分可以得到反馈的电机当前速度，即所述电机反馈转速。
[0054]
步骤220：对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；
[0055]
如图4所示，本申请实施例中，根据
[0056]
[0057]
获取所述电机指令角度，其中，θ
*
为所述电机指令角度，为所述电机指令转速，t为当前时刻。所述电机指令转速为电机给定转速，由用户通过电机设置面板设定，对所述电机指令转速进行从启动时刻至当前时刻的积分可获取电机在当前时刻的预期转动角度，即所述电机指令角度。
[0058]
步骤230：根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；
[0059]
如图4所示，本申请实施例中，根据
[0060][0061]
获取所述第一输出部分，其中，u
p
为所述第一输出部分，k
p
为电机速度环pi控制器的比例增益，为所述电机指令转速，w
r
为所述电机反馈转速，即编码器反馈的电机当前转速。
[0062]
本申请实施例中所述电机速度环pi控制器的比例增益k
p
与现有电机速度环pi控制器的比例增益相同。电机在输出电机当前转速后，编码器不断反馈电机当前转速，本申请实施例利用反馈的电机当前转速与电机给定转速的差值修正电机当前转速，形成闭环控制，使得电机当前转速不断接近电机给定转速，所述第一输出部分u
p
对反馈的电机当前转速与电机给定转速的差值进行比例缩放，可以迅速响应电机当前转速的变化。
[0063]
步骤240：根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；
[0064]
如图4所示，本申请实施例中，根据
[0065]
u
i
＝k
i
(θ
*
‑
θ)
[0066]
获取所述第二输出部分，其中，u
i
为所述第二输出部分，k
i
为电机速度环pi控制器的积分增益，θ
*
为所述电机指令角度，θ为所述电机转子轴位置角度。
[0067]
本申请实施例中所述电机速度环pi控制器的积分增益k
i
与现有电机速度环pi控制器的积分增益相同。
[0068]
现有电机速度环pi控制器进行微分运算获取电机反馈速度，再对电机指令速度和电机反馈速度进行积分运算，微分运算必然存在电机反馈速度的计算舍入误差，再次对电机反馈速度进行积分运算又引入二次计算误差，影响电机转速控制的控制精度，特别是在低线数编码器或者极低速工况，且负载在一定范围内波动的工况下，电机转速控制的控制精度不高，无法保证电机转动周期的一致性，本申请实施例利用对电机指令角度与电机转子轴位置角度的误差对电机当前转速进行修正，电机指令转速经过一次积分运算直接获取电机指令角度，避免了现有技术中微分运算获取的结果需进行二次积分运算，减少了微分运算和积分运算引入的计算误差，在低脉冲数反馈时，提高低线数编码器低速下的转速控制精度，保证电机转动的周期性一致。
[0069]
步骤250：根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令。
[0070]
如图4所示，本申请实施例中，根据
[0071][0072]
获取所述转矩电流指令，其中，为所述转矩电流指令，u
p
为所述第一输出部分，
u
i
为所述第二输出部分。
[0073]
本申请实施例中，第一输出部分利用电机指令转速和电机反馈转速差值修正电机当前转速，迅速响应电机速度的变化；第二输出部分利用电机指令角度和电机转子轴位置角度修正电机当前转速，保证电机速度控制无静差。
[0074]
本申请实施例可以在不改变现有电机速度环pi控制器参数的基础上，有效提高低线数编码器或者极低速工况下由于微积分计算误差导致的转速控制精度差问题。
[0075]
图3是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器设计方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：
[0076]
步骤310：根据编码器的反馈信号获取所述电机转子轴位置角度。
[0077]
本申请实施例可以利用角度编码器高精度地检测电机的旋转位置，即电机转子轴位置角度。
[0078]
步骤320：对电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；
[0079]
步骤330：对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；
[0080]
步骤340：根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；
[0081]
步骤350：根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；
[0082]
步骤360：对所述第二输出部分进行限幅，获取限幅后的第二输出部分；
[0083]
本申请实施例中，当所述第二输出部分小于第一下限值或者大于第二上限值，则对所述第二输出部分进行动态补偿，以使所述第二输出部分位于所述第一下限值和所述第二上限值。
[0084]
步骤370：根据所述第一输出部分与所述限幅后的第二输出部分，获取所述转矩电流指令。
[0085]
本申请实施例，对现有电机速度环pi控制器的积分部分进行优化，有效提高低线数编码器或者极低速工况下由于微分计算误差导致的转速控制精度差问题。
[0086]
图4是根据一示例性实施例示出的一种电机速度环pi控制器的框图，如图4所示，所述控制器包括：
[0087]
微分单元410，用于对所述电机转子轴位置角度进行微分处理，获取电机反馈转速；
[0088]
本申请实施例中，根据编码器的反馈信号获取所述电机转子轴位置角度，根据
[0089][0090]
获取所述电机反馈转速，其中，w
r
为所述电机反馈转速，θ为所述电机转子轴位置角度。本申请实施例可以根据编码器的反馈信号获取所述电机转子轴位置角度，对所述电机转子轴位置角度进行微分可以得到反馈的电机当前速度，即所述电机反馈转速。
[0091]
积分单元420，用于对电机指令转速进行积分处理，获取电机指令角度；
[0092]
本申请实施例中，根据
[0093]
[0094]
获取所述电机指令角度，其中，θ
*
为所述电机指令角度，为所述电机指令转速，t为当前时刻。所述电机指令转速为电机给定转速，由用户通过电机设置面板设定，对所述电机指令转速进行从启动时刻至当前时刻的积分可获取电机在当前时刻的预期转动角度，即所述电机指令角度。
[0095]
速度误差控制单元430，用于根据所述电机指令转速与所述电机反馈转速，获取第一输出部分；
[0096]
本申请实施例中，根据
[0097][0098]
获取所述第一输出部分，其中，u
p
为所述第一输出部分，k
p
为电机速度环pi控制器的比例增益，为所述电机指令转速，w
r
为所述电机反馈转速，即编码器反馈的电机当前转速。
[0099]
位置误差控制单元440，用于根据所述电机指令角度与所述电机转子轴位置角度，获取第二输出部分；
[0100]
本申请实施例中，根据
[0101]
u
i
＝k
i
(θ
*
‑
θ)
[0102]
获取所述第二输出部分，其中，u
i
为所述第二输出部分，k
i
为电机速度环pi控制器的积分增益，θ
*
为所述电机指令角度，θ为所述电机转子轴位置角度。
[0103]
本申请实施例中所述电机速度环pi控制器的积分增益k
i
与现有电机速度环pi控制器的积分增益相同。
[0104]
结果输出单元450，用于根据所述第一输出部分与所述第二输出部分，获取转矩电流指令。
[0105]
本申请实施例中，根据
[0106][0107]
获取所述转矩电流指令，其中，为所述转矩电流指令，u
p
为所述第一输出部分，u
i
为所述第二输出部分。
[0108]
本申请实施例中，第一输出部分利用电机指令转速和电机反馈转速差值修正电机当前转速，迅速响应电机速度的变化；第一输出部分利用电机指令角度和电机转子轴位置角度修正电机当前转速，保证电机速度控制无静差。
[0109]
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：
[0110]
存储器，用于存储计算机程序；
[0111]
处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述电机速度环pi控制方法。
[0112]
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电机速度环pi控制方法。
[0113]
本申请实施例利用对电机指令角度与电机转子轴位置角度的误差对电机当前转速进行修正，电机指令转速经过一次积分运算直接获取电机指令角度，避免了现有技术中微分运算获取的结果需进行二次积分运算，减少了微分运算和积分运算引入的计算误差，
在低脉冲数反馈时，提高低线数编码器低速下的转速控制精度，保证电机转动的周期性一致。
[0114]
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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0115]
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。