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一种ECM电机 电流处理系统及其工作方法

阅读：720发布：2020-05-24

专利汇可以提供一种ECM电机电流处理系统及其工作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种ECM 电机电流处理系统及其工作方法，涉及电机领域。目前，采样电阻采样电流不能兼顾精度和电流偏置问题。本发明包括：主控制算法单元，包括速度环、电流磁链控制器模块和观测器模块；坐标变换单元，与主控制算法单元相连，其分为正向和逆向坐标变换；SVM调制逆变单元，与坐标变换单元输出端相连，用于空间矢量脉冲宽度调制及逆变；电流采样单元，通过电流传感器、采样电阻对电机三相进行电流采样；电流处理单元，输入端与电流采样单元相连，输出端与坐标变换单元相连，用于电流自适应和电流重构。本技术方案避免产生电流偏置问题，提高准确性。而且当占空比大到一定值时，电流自适应切换到电流重构，扩大了电流使用范围。，下面是一种ECM电机电流处理系统及其工作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种ECM电机电流处理系统，其特征在于包括：
主控制算法单元(1)，包括速度环、电流磁链控制器模块和观测器模块，电流磁链控制器模块通过d轴磁链和q轴电流的控制实现Vαβ的计算，观测器模块通过Vαβ的电机模型实现控制参数的估算；
坐标变换单元(2)，与主控制算法单元(1)相连，其分为正向和逆向坐标变换，用于3/2及2/3之间的坐标转换；
SVM调制逆变单元(3)，与坐标变换单元(2)输出端相连，用于空间矢量脉冲宽度调制及逆变，使电机获得理想圆形旋转磁场，降低电机转矩脉动；
电流采样单元(4)，通过电流传感器、采样电阻对电机三相进行电流采样；
电流处理单元(5)，输入端与电流采样单元(4)相连，输出端与坐标变换单元(2)相连，用于电流自适应和电流重构，其中电流自适应为对电流采样单元(4)采样的三相电流进行增益自动校准，电流重构则在占空比大于设定值，利用三相电流和等于零得出一相电流的方法。
2.根据权利要求1所述的一种ECM电机电流处理系统，其特征在于：所述电流采样单元(4)采样电机的三相电流，并通过低通滤波器进行滤波处理得到平滑的电流值Ia、Ib、Ic，然后将滤波处理后的电流值送至电流处理单元(5)，所述电流值Ia、Ib、Ic均为有效值。
3.根据权利要求2所述的一种ECM电机电流处理系统，其特征在于：电流采样单元(4)和电流处理单元(5)配合工作；
上电后，首先给系统通入三个直流电I1、I2、I3，并用电流采样单元(4)采样并滤波，得到每个直流电下的三相采样电流Ian、Ibn、Icn，n＝1～3，然后对Ian、Ibn、Icn进行偏置校准处理，使K1、K2近似等于1；
之后在运行过程中，电流采样单元(4)采样并滤波得到电流Ia、Ib、Ic然后送至电流处理单元(5)，当占空比未达到较大值时，将K1、K2与比较值KCOMP相比，如果K1、K2中至少有一个值大于KCOMP，则说明Ib、Ic中至少有一相电流值有偏置；当占空比大到一设定值时，电流采样单元(4)采样的三相电流的某一相会无法精确采样，此时利用三相电流和等于零得出此相电流值，其中，K1＝Ib/Ia、K2＝Ic/Ia；
如果K1、K2中至少有一个值大于KCOMP，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，其中Ib*、Ic*用于电机控制。
4.根据权利要求3所述的一种ECM电机电流处理系统，其特征在于：占空比设定值为
98％，当占空比未达到98％时，将K1、K2与比较值KCOMP相比。
5.采用权利要求1所述的一种ECM电机电流处理系统的ECM电机电流处理方法，其特征在于包括步骤：
1)电流采样，通过电流传感器、采样电阻对电机三相进行电流采样，并进行平滑滤波；
2)电流处理，根据电流采样数据，进行电流自适应和电流重构处理，电流自适应为对采样的三相电流进行增益自动校准，电流重构则在占空比大于设定值，利用三相电流和等于零得出一相电流的方法；
*
3)正向坐标变换，根据电流处理的结果，进行Iabc至Iαβ的clarke转换，正向坐标变换，实现3/2的坐标转换；并将正向坐标变换结果Iαβ送至主控制算法单元，包括速度环PID、观测器、电流磁链控制器，进行主控制计算，以进行调整；
4)主控制计算，根据d轴磁链和q轴电流的计算Vαβ，通过Vαβ的电机模型对控制参数进行估算；
5)逆向坐标变换，根据主控制计算结果Vαβ进行inverse clarke变换至Vabc，实现2/3的坐标转换；
6)SVM调制逆变，根据坐标变换结果Vabc，进行空间矢量脉冲宽度调制及逆变，使电机获得理想圆形旋转磁场，降低电机转矩脉动；
7)重复步骤1)。
6.根据权利要求5所述的一种ECM电机电流处理方法，其特征在于：在步骤2)中，如果占空比未达到设定阈值时，判断K1＝Ib/Ia、K2＝Ic/Ia中是否至少有一个超过Kcomp，如果超过，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，否则不更改；如果占空比大到设定阈值时，此时三相电流的某一相会无法精确采样，则利用三相电流和等于零得出第三相电流的值。
7.根据权利要求6所述的一种ECM电机电流处理方法，其特征在于：在上电后，首先通入三个直流电I1、I2、I3，并进行电流采样并滤波，得到每个直流电下的三相采样电流Ian、Ibn、Icn，n＝1～3，然后对Ian、Ibn、Icn进行偏置校准处理，使K1、K2在1±K0范围内。
8.根据权利要求6所述的一种ECM电机电流处理系统及其工作方法，其特征在于：设定阈值为98％，KCOMP的值为3％，或根据系统精度要求设置为多个不同的值。

说明书全文

一种ECM电机 电流处理系统及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电机领域，尤其涉及一种ECM电机电流处理系统及其工作方法。

背景技术

[0002] 电机在家电、工业、军事国防等领域随处可见，而且各个领域电机的种类多种多样，有BLDC\PMSM、伺服、步进、磁阻等等，针对电机种类，电机控制也各不相同。如家电行业的BLDC\PMSM早前多采用方波控制，而现在通用的为SVPWM控制，相比方波控制，SVPWM为正弦性电流，转矩波动及噪音小，能给用户更好的体验。在两种控制方式中，均需要电流值作为中间控制值，而电流值的获取又可以通过电流传感器或者采样电阻得到。总而言之，电机和电机控制与人民生活息息相关，其控制方案的好坏直接影响客户体验。

[0003] 如上所述，电流传感器采样电流多用于高精尖行业如军事，对于家电或者工业等一般领域，采样电阻采样电流是常用的方法。而电阻采样电流又分为母线电流采样、两相电流采样和三相电流采样。相比而言，三相电流采样精度更高，但是也避免不了三相电阻的差异而引起的三相电流不一致性。

[0004] 因此，设计一种ECM电机电流处理方法和系统是必要的。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种ECM电机电流处理系统及其工作方法，以达到准确获得三相电流值的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

[0006] 一种ECM电机电流处理系统包括：

[0007] 主控制算法单元，包括速度环、电流磁链控制器模块和观测器模块，电流磁链控制器模块通过d轴磁链和q轴电流的控制实现Vαβ的计算，观测器模块通过Vαβ的电机模型实现控制参数的估算；

[0008] 坐标变换单元，与主控制算法单元相连，其分为正向和逆向坐标变换，用于3/2及2/3之间的坐标转换；

[0009] SVM调制逆变单元，与坐标变换单元输出端相连，用于空间矢量脉冲宽度调制及逆变，使电机获得理想圆形旋转磁场，降低电机转矩脉动；

[0010] 电流采样单元，通过电流传感器、采样电阻对电机三相进行电流采样；

[0011] 电流处理单元，输入端与电流采样单元相连，输出端与坐标变换单元相连，用于电流自适应和电流重构，其中电流自适应为对电流采样单元采样的三相电流进行增益自动校准，电流重构则在占空比大于设定值，利用三相电流和等于零得出一相电流的方法。

[0012] 电流处理单元解决了系统运行过程中因三相电流采样器件有差异等问题时而产生的电流偏置问题。相比常用的只在系统上电时做偏置处理的方法，此电流处理单元在系统整个运行过程中监视了电流采样的偏置问题，使得到的三相电流更具有说服性和可靠性。而且当占空比大到一定值时，电流自适应切换到电流重构，扩大了电流使用范围。除此之外，电流磁链控制器算法和观测器算法的实现大大提高了系统的效率、稳定、准确等性能。本发明可在系统运行过程中实时监控电流偏置情况，及时对发生偏置的电流进行偏置处理，大大提高了系统的可靠性。同时扩大了电流使用范围，减少电流谐波，增大功率输出能力。

[0013] 作为优选技术手段：所述电流采样单元采样电机的三相电流，并通过低通滤波器进行滤波处理得到平滑的电流值Ia、Ib、Ic，然后将滤波处理后的电流值送至电流处理单元，所述电流值Ia、Ib、Ic均为有效值。

[0014] 作为优选技术手段：电流采样单元和电流处理单元配合工作，电流采样单元和电流处理单元配合工作；

[0015] 上电后，首先给系统通入三个直流电I1、I2、I3，并用电流采样单元采样并滤波，得到每个直流电下的三相采样电流Ian、Ibn、Icn，n＝1～3，然后对Ian、Ibn、Icn进行偏置校准处理，使K1、K2近似等于1；

[0016] 之后在运行过程中，电流采样单元采样并滤波得到电流Ia、Ib、Ic然后送至电流处理单元，当占空比未达到较大值时，将K1、K2与比较值KCOMP相比，如果K1、K2中至少有一个值大于KCOMP，则说明Ib、Ic中至少有一相电流值有偏置；当占空比大到一设定值时，电流采样单元采样的三相电流的某一相会无法精确采样，此时利用三相电流和等于零得出此相电流值，其中，K1＝Ib/Ia、K2＝Ic/Ia；

[0017] 如果K1、K2中至少有一个值大于KCOMP，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，其中Ib*、Ic*用于电机控制。

[0018] 作为优选技术手段：占空比设定值为98％，当占空比未达到98％时，将K1、K2与比较值KCOMP相比。

[0019] 本发明的另一个目的是提供一种ECM电机电流处理方法，其特征在于包括步骤：

[0020] 1)电流采样，通过电流传感器、采样电阻对电机三相进行电流采样，并进行平滑滤波；

[0021] 2)电流处理，根据电流采样数据，进行电流自适应和电流重构处理，电流自适应为对采样的三相电流进行增益自动校准，电流重构则在占空比大于设定值，利用三相电流和等于零得出一相电流的方法；

[0022] 3)正向坐标变换，根据电流处理的结果，正向坐标变换，实现3/2的坐标转换，进行Iabc*至Iαβ的clarke转换；并将正向坐标变换结果Iαβ送至主控制算法单元，包括速度环PID、观测器、电流磁链控制器，进行主控制计算，以进行调整；

[0023] 4)主控制计算，根据d轴磁链和q轴电流的计算Vαβ，通过Vαβ的电机模型对控制参数进行估算；

[0024] 5)逆向坐标变换，根据主控制计算结果Vαβ进行inverse clarke变换至Vabc，实现2/3的坐标转换；

[0025] 6)SVM调制逆变，根据坐标变换结果Vabc，进行空间矢量脉冲宽度调制及逆变，使电机获得理想圆形旋转磁场，降低电机转矩脉动；

[0026] 7)重复步骤1)。

[0027] 作为优选技术手段：在步骤2)中，如果占空比未达到设定阈值时，判断K1＝Ib/Ia、K2＝Ic/Ia中是否至少有一个超过Kcomp，如果超过，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，否则不更改；如果占空比大到设定阈值时，此时三相电流的某一相会无法精确采样，则利用三相电流和等于零得出第三相电流的值。

[0028] 作为优选技术手段：在上电后，首先通入三个直流电I1、I2、I3，并进行电流采样并滤波，得到每个直流电下的三相采样电流Ian、Ibn、Icn，n＝1～3，然后对Ian、Ibn、Icn进行偏置校准处理，使K1、K2在1±K0范围内。

[0029] 作为优选技术手段：设定阈值为98％，KCOMP的值为3％，或根据系统精度要求设置为多个不同的值。

[0030] 有益效果：本技术方案解决了系统运行过程中因三相电流采样器件有差异等问题时而产生的电流偏置问题。相比常用的只在系统上电时做偏置处理的方法，本技术方案的电流处理单元在系统整个运行过程中监视了电流采样的偏置问题，使得到的三相电流更具有说服性和可靠性。而且当占空比大到一定值时，电流自适应切换到电流重构，扩大了电流使用范围。除此之外，电流磁链控制器算法和观测器算法的实现大大提高了系统的效率、稳定、准确等性能。

[0031] 本发明可在系统运行过程中实时监控电流偏置情况，及时对发生偏置的电流进行偏置处理，大大提高了系统的可靠性。同时扩大了电流使用范围，减少电流谐波，增大功率输出能力。附图说明

[0032] 图1是本发明的系统构成图。

[0033] 图2是本发明的系统流程图。

[0034] 图中：1-主控制算法单元；2-坐标变换单元；3-SVM调制逆变单元；4-电流采样单元；5-电流处理单元。

具体实施方式

[0035] 以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

[0036] 如图1所示，本系统由主控制算法单元1、坐标变换单元2、SVM调制逆变单元3、电流采样单元4、电流处理单元5组成。所述主控制算法单元1包括速度环、电流磁链控制器模块和观测器模块，所述电流磁链控制器通过d轴磁链和q轴电流的控制实现Vαβ的计算，所述观测器模块通过Vαβ的电机模型方程实现控制参数的估算。所述坐标变换单元2分为正向和逆向坐标变换，用于3/2及2/3之间的坐标转换，其中αβ向abc的2/3坐标变换称为inverse clarke变换,相反abc向αβ的3/2坐标变换称为clarke变换。坐标变换分为等功率和等幅值变换，一般采用的为等幅值变换。所述SVM调制逆变单元3为空间矢量脉冲宽度调制及逆变单元，SVM是指电压矢量通过脉宽调制产生空间旋转的磁场矢量，其调制目的是使电机获得理想圆形旋转磁场，使电机转矩脉动降低。相比普通的PWM脉宽调制，使用SVM调制使直流母线电压利用率有所提升，增加系统效率。逆变单元完成由直流电转换为交流电的功能，直流电通过SVM调制技术变成正弦交流电。所述电流采样单元4为电机三相电流采样单元，可通过电流传感器、采样电阻进行电流采样，可在三相中桥臂和下桥臂采样电机三相电流Ia、Ib、Ic，一般采用下桥臂采样，采样电流时需要软件配置三相同时采样，保证电流的实时性。然后将Ia、Ib、Ic通过低通滤波器进行滤波处理以去除毛刺得到平滑的电流值，再将滤波处理后的电流值送至电流处理单元5。所述电流处理单元5包括电流自适应和电流重构两部分，其中电流自适应为对电流采样单元4采样的三相电流进行增益自动校准，电流重构则在占空比大到无法精确采样其中某一相电流时利用三相电流和等于零得出此相电流的方法。电流采样单元4和电流处理单元5的实施步骤主要为：上电后，首先给系统通入三个直流电I1、I2、I3，并用电流采样单元4采样并滤波，得到每个直流电下的三相采样电流Ian、Ibn、Icn(n＝1～3)，然后对Ian、Ibn、Icn进行偏置校准处理，使K1、K2近似等于1；之后在运行过程中，电流采样单元4采样并滤波得到电流Ia、Ib、Ic然后送至电流处理单元5，当占空比未达到较大值时(如Duty<98％)，将K1、K2与比较值KCOMP相比，一般设置KCOMP的值为3％，也可根据系统精度要求设置不同的值，如果K1、K2中至少有一个值大于KCOMP，则说明Ib、Ic中至少有一相电流值有偏置，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，其中Ib*、Ic*用于电机控制；当占空比大到一定值时(如Duty≥98％)，电流采样单元4采样的三相电流的某一相会无法精确采样，此时利用三相电流和等于零得出此相电流值。此系统在整个电机运行过程中监视了电流采样，解决了运行过程中因三相电流采样器件有差异等问题时而产生的电流偏置问题，使得到的三相电流更具有说服性和可靠性。

[0037] 如图2所示，系统流程图的流程为：

[0038] 步骤a)采样三相电流并进行平滑滤波；

[0039] 步骤b)将步骤a)的电流送至电流处理单元；

[0040] 步骤c)如果占空比未达到较大值时(如Duty<98％)，判断K1＝Ib/Ia、K2＝Ic/Ia中是否至少有一个超过Kcomp，如果超过，则使Ib*＝Ib/K1、Ic*＝Ic/K2，否则不更改；如果占空比大到一定值时(如Duty≥98％)，此时三相电流的某一相会无法精确采样，则利用三相电流和等于零得出第三相电流的值。

[0041] 步骤d)进行Iabc*至Iαβ的clarke转换；

[0042] 步骤e)将步骤d)的Iαβ送至主控制算法单元，包括速度环PID、观测器、电流磁链控制器；

[0043] 步骤f)将主控制算法单元输出的Vαβ进行inverse clarke变换至Vabc；

[0044] 步骤g)对步骤f)的Vabc送至SVM调制及逆变单元；

[0045] 步骤h)重复步骤a)。

[0046] 以上图1、2所示的一种ECM电机电流处理系统及其工作方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

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