初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质
阅读：276发布：2020-05-13
专利汇可以提供初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种初始电 角 度的检测方法、装置、系统及存储介质，该方法包括：向 电机 注入 电流 矢量，所述电流矢量用于使所述电机的 转子 转动；获取电机速度，并将所述电机速度输入至所述PI调节器；所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度。以提高电机转子初始电角度检测的准确度、还可以高效、快速地检测初始电角度。，下面是初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质专利的具体信息内容。
1.一种初始电角度的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
向电机注入电流矢量，所述电流矢量用于使所述电机的转子转动；
获取电机速度，并将所述电机速度输入至PI调节器；
所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
采样至少两相电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度，包括：
所述PI调节器根据初始参考电角度，对所述两相电流作旋转坐标变换，且根据所述电机速度，通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过比例积分调节，得到目标参考电角度，包括：
向初始参考电角度注入恒定幅值的电流值；
若检测初始参考电角度与电机转子初始电角度存在误差，则电机转子向所述初始参考电角度位置方向转动，且电机速度为ωr；
向所述PI调节器输入负向电机速度-ωr，得到比例积分调节规律为
并通过调节得到目标参考电角度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在得到目标参考电角度之后，还包括：
通过制作A脉冲波形、电机转子初始电角度波形，以及目标参考电角度波形，对比得到所述目标参考电角度波形经过振荡波动后，与所述电机转子初始电角度波形趋于一致。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，在得到目标参考电角度之后，还包括：
根据所述目标参考电角度，得到参考轴系下的dq电流值，且将所述dq电流值输入所述逆变器；
逆变器根据所述dq电流值控制所述电机正常运行。
7.一种初始电角度的检测装置，其特征在于，应用于工业驱动电机系统，包括，增量式编码器、电机、PI调节器、逆变器；
所述增量式编码器分别与所述电机、所述PI调节器电连接，所述电机分别与所述增量式编码器、所述逆变器电连接，所述PI调节器分别与所述电机、所述增量式编码器电连接，所述逆变器分别与所述PI调节器、所述电机电连接；
所述增量式编码器用于输出A脉冲确定电机转子的位置，且用于获取电机速度；所述电机用于接受电流矢量，且使电机转子进行转动；
所述PI调节器用于通过比例积分调节，得到目标参考电角度；所述逆变器用于控制所述电机正常运行。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括：
电流互感器，所述电流互感器与所述电机电连接，所述电流互感器用于采样所述电机的至少两相电流。
9.一种检测系统，其特征在于，包括：存储器和处理器，存储器中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-6任一项所述的初始电角度的检测方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于实现权利要求1至6任一项所述的初始电角度的检测方法。
初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质
技术领域
背景技术
[0002] 电机是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。电机一般有两种形式，一种是将机械能转换为电能，称为发电机；另一种是将电能转换为机械能，称为电动机。电动机广泛应用于各个行业，例如工业缝纫行业。
[0003] 电机转子初始位置检测是电机平稳启动的必要条件，例如在工业缝纫行业，主轴电机和驱动电机都需要检测初始电角度，主轴电机方面需要防止启动时针下扎损坏缝料，驱动电机方面需要防止启动时剧烈动作危及人身安全。
发明内容
[0005] 本发明提供一种初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质，以提高电机转子初始电角度检测的准确度、还可以高效、快速地检测初始电角度。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供的一种初始电角度的检测方法，包括：
[0007] 向电机注入电流矢量，所述电流矢量用于使所述电机的转子转动；
[0008] 获取电机速度，并将所述电机速度输入至所述PI调节器；
[0009] 所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
[0010] 在一种可能的设计中，还包括：
[0011] 采样至少两相电流。
[0012] 在一种可能的设计中，所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度，包括：
[0013] 所述PI调节器根据初始参考电角度，对所述两相电流作旋转坐标变换，且根据所述电机速度，通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
[0014] 在一种可能的设计中，通过比例积分调节，得到目标参考电角度，包括：
[0015] 向初始参考电角度注入恒定幅值的电流值；
[0016] 若检测初始参考电角度与电机转子初始电角度存在误差，则电机转子向所述初始参考电角度位置方向转动，且电机速度为ωr；
[0017] 向所述PI调节器输入负向电机速度-ωr，得到比例积分调节规律为并通过调节得到目标参考电角度。
[0018] 在一种可能的设计中，在得到目标参考电角度之后，还包括：
[0020] 在一种可能的设计中，在得到目标参考电角度之后，还包括：
[0021] 根据所述目标参考电角度，得到参考轴系下的dq电流值，且将所述dq电流值输入所述逆变器；
[0022] 所述逆变器根据所述dq电流值控制所述电机正常运行。
[0023] 第二方面，本发明实施例提供的一种初始电角度的检测装置，应用于工业驱动电机系统，包括，增量式编码器、电机、PI调节器、逆变器；
[0024] 所述增量式编码器分别与所述电机、所述PI调节器电连接，所述电机分别与所述增量式编码器、所述逆变器电连接，所述PI调节器分别与所述电机、所述增量式编码器电连接，所述逆变器分别与所述PI调节器、所述电机电连接；
[0025] 所述增量式编码器用于输出A脉冲确定电机转子的位置，且用于获取电机速度；所述电机用于接受电流矢量，且使电机转子进行转动；
[0026] 所述PI调节器用于通过比例积分调节，得到目标参考电角度；所述逆变器用于控制所述电机正常运行。
[0027] 在一种可能的设计中，所述装置，还包括：
[0028] 电流互感器，所述电流互感器与所述电机电连接，所述电流互感器用于采样所述电机的至少两相电流。
[0029] 第三方面，本发明实施例提供的一种检测系统，包括：存储器和处理器，存储器中存储有所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行第一方面任一项所述的初始电角度的检测方法。
[0030] 第四方面，本发明实施例提供的一种存储介质，所述存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于实现第一方面中任一项所述的初始电角度的检测方法。
[0031] 本发明提供一种初始电角度的检测方法、装置、系统及存储介质，该方法包括：向电机注入电流矢量，所述电流矢量用于使所述电机的转子转动；获取电机速度，并将所述电机速度输入至所述PI调节器；所述PI调节器根据所述电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度。以提高电机转子初始电角度检测的准确度、还可以高效、快速地检测初始电角度。附图说明
[0032] 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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033] 图1为本发明一典型的应用场景示意图；
[0034] 图2为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法的流程图；
[0035] 图3为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法中控制矢量的示意图；
[0036] 图4为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法的效果示意图；
[0037] 图5为本发明实施例二提供的初始电角度的检测装置的结构示意图；
[0038] 图6为本发明实施例二提供的初始电角度的检测方法中传递函数的示意图；
[0039] 图7为本发明实施例三提供的电子设备的硬件的结构示意图。
具体实施方式
[0040] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
[0041] 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0042] 下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
[0043] 下面将以对永磁同步电机PMSM的控制为例，对本申请的技术方案进行详细描述，可以理解的是，本申请提供的技术方案也可用于对其他类型的电机的控制。
[0044] 永磁同步电机具有功率密度高、结构简单以及调速性能好等优点，在工业领域得到广泛应用，电机转子初始位置检测是电机平稳启动的必要条件。例如在工业缝纫行业，主轴电机和驱动电机都需要检测初始电角度，主轴电机方面需要防止启动时针下扎损坏缝料，驱动电机方面需要防止启动时剧烈动作危及人身安全。现有技术通过采用UVW信号来获取电机初始电角度，此方法虽然可以在电机不动的情况下获取电角度，但仍需安装UVW信号相关的装置，增加硬件成本并占用IO口资源，且检测准确度较低等问题。
[0045] 图1为本发明一典型的应用场景示意图，如图1所示，电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor)11，在转子初始位置未知的情况下，若启动时给定的电流矢量方向与三相ABC坐标系的A轴方向相同，即当转子与A轴夹角为0°，相同幅值的电流产生的电磁转矩最大，是电机所期望的启动状态，然而转子初始位置不确定。若转子与A轴的夹角为90度，此时转子将静止不转，电机无法启动。若转子与A轴的夹角为锐角，电机在重载的情况下，由于电机没有足够大的电磁转矩，电机在启动过程中会产生过流现象。若转子与A轴夹角为钝角，通电后会出现反转现象，随后才能正常启动。
[0046] 本发明通过向永磁同步电机PMSM注入电流矢量，PMSM接受注入的电流矢量，电流矢量用于使PMSM的电机转子进行转动；增量式编码器还用于获取电机速度，并将电机速度输入至PI调节器；PI调节器根据电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度，以提高初始电角度检测的准确度和高效性。
[0047] 图2为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法的流程图，如图2所示，本实施例初始电角度的检测的方法可以包括：
[0048] S201、向电机注入电流矢量，电流矢量用于使电机的转子转动。
[0049] 具体的，在确定电机转子初始电角度时，电流调节器向PMSM注入合适的电流矢量，PMSM接受注入的电流矢量后电机转子进行微量转动，运行行程小，不会对伺服系统造成大的扰动，且电流矢量的幅值和作用时间是重要参数，如果电流的幅值太大或作用时间太长，电机转子会转动很大角度。故注入的电流矢量需适量，本实施例中不作具体限定，只要满足微量转动可以检测获得初始电角度即可，以通过增量式编码器A、B脉冲信号搜索获得电机转子的初始电角度。
[0050] 本实施例中，电机为表贴式永磁同步电机。
[0051] S202、获取电机速度，并将电机速度输入至PI调节器。
[0052] 结合上例，在电机转子微量转动时，可以通过增量式编码器获取电机速度ωr，并将该电机速度输入至PI调节器，以便PI调节器通过电机速度实现电机转子初始电角度的检测。
[0053] S203、PI调节器根据电机速度通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
[0054] 具体的，在一种可选的实施例中，采样电机至少两相电流。
[0055] PI调节器根据初始参考电角度，对两相电流作旋转坐标变换，且根据电机速度，通过比例积分调节，得到目标参考电角度。
[0056] 进而通过比例积分调节，得到目标参考电角度，包括：
[0057] 电流调节器向初始参考电角度注入恒定幅值的电流值；
[0058] 若检测初始参考电角度与电机转子初始电角度存在误差，则电机转子向初始参考电角度位置方向转动，且电机速度为ωr；
[0059] 向PI调节器输入负向电机速度-ωr，得到比例积分调节规律为并通过调节得到目标参考电角度。在一种可选的实施例中，初始参考电角度为0，电机转子初始电角度为电机转子的实际初始电角度。其中旋转坐标变换可以采用常规三相到两相的坐标变换，以达到分离相关变量并分别进行控制的目的，对应的两相坐标系根据两轴的旋转速度和位置定义的不同而分为不同的两相坐标系，例如同步d-q坐标系。
[0060] 本实施例参考图3，图3为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法中控制矢量的示意图，如图3所示，具体的当向一个未知方向的初始参考电角度 注入恒定幅值的电流时将产生转矩，假设 (本实施例中以此为基础)，则转矩产生的转速ωr>0，反之转速ωr<0。其中θe为初始电角度，得到积分调节规律如下公式一：
[0061]
[0062] 其中ki为积分调节系数，当ωr>0输出的角度按积分形式减小， 会逐步减小向转子实际位置θe逼近，且稳态情况下虽然速度为0但积分将使 等于θe，通过适当的调节PI参数转子实际位置只会微动。但纯积分调节规律导致 收敛较慢。故采用如下公式(二)的比例积分调节规律：
[0063]
[0064] 其中，Kp为积分调节系数，通过加入比例环节提高逼近速度，同时由积分项保证稳态时收敛到转子实际电角度，当ωr>0输出的角度按积分形式减小， 会逐步减小向转子位置θe逼近，且稳态情况下虽然速度为0但积分将使 等于θe，效果较佳。
[0065] 本实施例通过一个PI调节器即可快速识别电机转子初始电角度，通过比例积分调节规律，仅需要一个PI调节器就可以使参考电角度能够快速收敛到电机转子实际初始电角度。极大提高了电机转子初始电角度的检测效率，以及检测的准确率。
[0066] 在一种可选的实施例中，在得到目标参考电角度之后，还包括：根据目标参考电角度，得到参考轴系下的dq电流值，且将dq电流值输入逆变器；逆变器根据dq电流值控制PMSM正常运行。
[0067] 具体的，电流互感器采样至少两相电流。
[0068] 本实施例中，采样两相电流ia、ic；基于电角度 对电流做旋转坐标变换得到参考轴系下的dq电流；通过采用两个电流调节器保证了dq轴电流的快速响应；SVPWM和3相桥式电路(包含于逆变器)用于输出PWM控制PMSM运行。其中旋转坐标变换可以采用常规三相到两相的坐标变换，以达到分离相关变量并分别进行控制的目的，对应的两相坐标系根据两轴的旋转速度和位置定义的不同而分为不同的两相坐标系，例如同步d-q坐标系。
[0069] 在一种可选的实施例中，在得到目标参考电角度之后，还包括：通过制作A脉冲波形、电机转子初始电角度波形，以及目标参考电角度波形，对比得到目标参考电角度波形经过振荡波动后，与电机转子初始电角度波形趋于一致。
[0070] 本实施例采用工业用缝纫机的控制系统，控制系统对应的电机为表贴式永磁同步电机，编码器线数为2500。实验过程中d轴注入额定电流，初始参考电角度为0。参考图4，图4为本发明实施例一提供的初始电角度的检测方法的效果示意图，如图4示出的整个初始电角度检测的收敛过程，标号为1的波形是电机转子初始电角度，标号为2的波形是参考电角度，标号为3的波形是增量式编码器A脉冲。如图4所示，标号为2的参考电角度波形呈二阶震荡形式逼近电机转子初始电角度波形，整个收敛过程27ms。标号为1的电机转子初始电角度波形在整个收敛过程中微动，其中A脉冲为最大位移36个增量式编码器脉冲(机械角度5.18°)，最终得到收敛误差电角度可以控制在6°以内。
[0071] 本实施例仅需一个PI调节器通过比例积分调节规律，就可以使参考电角度能够快速收敛到电机转子的实际初始电角度。极大提高了初始电角度的检测效率，以及检测的准确率。
[0072] 图5为本发明实施例二提供的初始电角度的检测装置的结构示意图，如图5所示，本实施例中的初始电角度检测的装置，应用于工业驱动电机系统，可以包括，增量式编码器、永磁同步电机PMSM、PI调节器、逆变器；具体的，如图5所示。1/s表示积分、s表示微分、ia,ic表示AC相电流、id,iq表示dq轴电流、uα,uβ表示输出的两相坐标系的电压。
[0073] 增量式编码器分别与PMSM、PI调节器电连接，PMSM分别与增量式编码器、逆变器电连接，PI调节器分别与PMSM、增量式编码器电连接，逆变器分别与PI调节器、PMSM电连接；
[0074] 增量式编码器用于输出A脉冲确定电机转子的位置，且用于获取电机速度；PMSM用于接受电流矢量，且使电机转子进行转动；
[0075] PI调节器用于通过比例积分调节，得到目标参考电角度；逆变器用于控制PMSM正常运行。
[0076] 在一种可选的实施例中，该装置，还包括：
[0077] 电流互感器，电流互感器与PMSM电连接，电流互感器用于采样PMSM的至少两相电流。
[0078] 本实施例中，通过电流调节器向初始参考电角度 注入恒定幅值的电流，当初始参考电角度位置和电机转子初始电角度位置θe存在误差时，电机转子将会向参考位置方向转动，速度为ωr。通过将负反馈速度-ωr作为PI调节器的输入快速调节参考电角度则最终会收敛到实际转子角度(即电机转子初始电角度)上，得到目标参考电角度。其中，通过采样两相电流ia、ic；基于目标参考电角度，对电流做旋转坐标变换得到参考轴系下的dq电流；采用两个电流调节器保证dq轴电流快速响应；SVPWM和3相桥式电路用于输出PWM控制PMSM运行。
[0079] 基于图5可得到等效的控制传递函数，如图6所示，图6为本发明实施例二提供的初始电角度的检测方法中传递函数的示意图。
[0080] 图7为本发明实施例三提供的电子设备的硬件的结构示意图。如图7所示，该电子设备30包括：至少一个处理器31和存储器32。可选的，该电子设备30还包括总线33，处理器31和存储器32通过总线33连接。
[0081] 在电子设备的运行过程中，存储器32存储有计算机指令，至少一个处理器31执行存储器32存储的计算机指令，以使得电子设备30执行如实施例一的花样制版方法。
[0082] 电子设备30的具体执行过程可参见实施例一，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
[0083] 本实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者其他常规的处理器。执行存储器32存储的计算机指令，可以直接由硬件处理器执行完成，或者由处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0084] 存储器可能包括高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。
[0085] 总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅为一根总线或一种类型的总线。
[0086] 此外，本发明实施例四还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时，实现如实施例一的初始电角度的检测方法。
[0087] 上述计算机可读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(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器、磁盘或光盘等。可读存储介质可以是通用或专用的计算机或类似电子设备能够存取的任何可用介质。
[0088] 计算机可读存储介质可以耦合至处理器，从而使处理器能够从上述介质中读取信息，且可以向上述介质写入信息。当然，上述介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备中。
[0089] 本申请技术方案如果以软件的形式实现并作为产品销售或使用时，可以存储在计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案的全部或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存储介质中，包括计算机程序或者若干指令。该计算机软件产品使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、网络设备或者类似的电子设备)执行本申请实施例一方法的全部或部分步骤。前述的存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。本领域技术人员可以理解，实现实施例一的全部或部分步骤可以通过与程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序被执行时，执行实施例一的全部或部分的步骤。前述的存储介质包括ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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