一种永磁同步电机智能控制装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机智能控制装置。

背景技术

随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机的设计、制造和控制相比其他电机有很多优势，广泛应用于各种工业生产中。

永磁同步电机控制多采用矢量控制的方法，需要对定子电流进行采集，为避免干扰，通常需要对电流进行滤波处理，但现有的滤波处理中滤波的收敛速度较慢，导致滤波处理的效率较低。

因此，设置一种滤波效率较高的永磁同步电机智能控制装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机智能控制装置，用于解决现有的永磁同步电机控制装置滤波效率较低的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁同步电机智能控制装置，包括：

永磁同步电机和智能控制器；所述智能控制器与所述永磁同步电机安装在所述永磁同步电机智能控制装置内；所述智能控制器与所述永磁同步电机通信连接；所述智能控制器用于控制所述永磁同步电机；

所述智能控制器内安装有自适应电流滤波器；所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对所述永磁同步电机的电流进行滤波处理；所述改进后的LMS算法加入了修正参量；所述修正参量用于动态调整所述改进后的LMS算法中权值更新函数的权值。

与现有技术相比，本发明提供的一种永磁同步电机智能控制装置，包括永磁同步电机和智能控制器；所述智能控制器与所述永磁同步电机安装在所述永磁同步电机智能控制装置内；所述智能控制器与所述永磁同步电机通信连接；所述智能控制器用于控制所述永磁同步电机；所述智能控制器内安装有自适应电流滤波器；所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对所述永磁同步电机的电流进行滤波处理；所述改进后的LMS算法加入了修正参量；所述修正参量用于动态调整所述改进后的LMS算法中权值更新函数的权值。相比较与现有技术中的LMS算法，本发明加入了修正参量，通过动态调整所述改进后的LMS算法中权值更新函数的权值，使权值趋于稳定的速率变快，即加快了改进后的LMS算法的收敛速度，进而提高了永磁同步电机控制装置的滤波效率。

可选的，所述修正参量为：

c(n)表示修正参量，h(n)表示权值，ρ和δ表示修正参数，exp表示指数运算；

所述修正参量与所述权值的关系为线性正相关。

可选的，所述权值更新函数为：

h(n+1)＝h(n)+2μx(n)e(n)-c(n)

h(n+1)表示更新后的权值，x(n)表示所述自适应电流滤波器的第n次输入信号，e(n)表示误差值，μ表示步长因子；

所述修正参量为权值更新函数的减除式。

可选的，所述改进后的LMS算法为：

y(n)表示x(n)经过所述自适应电流滤波器滤波后的第n次输出信号，e(n)表示误差值，d(n)表示期望输出；

所述自适应电流滤波器对每一个新的输入进行采样，获得x(n)和与x(n)对应的d(n)，通过所述改进后的LMS算法计算y(n)和e(n)；基于获得的y(n)和e(n)，通过所述权值更新函数计算所述权值，使所述更新后的权值的数值趋于稳定。

可选的，所述永磁同步电机智能控制装置还包括：控制器芯片和电机矢量闭环控制器；所述控制器芯片和所述电机矢量闭环控制器通信连接；所述自适应电流滤波器与所述电机矢量闭环控制器通信连接；所述控制器芯片用于计算所述永磁同步电机的轴向电流；所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理。

可选的，所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理，包括：

所述轴向电流包括d轴电流和q轴电流，d轴电流与q轴电流的处理过程相同；

所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对d轴电流进行所述滤波处理为：

i

所述自适应电流滤波器采用改进后的LMS算法对q轴电流进行所述滤波处理为：

i

可选的，所述处理后的d轴电流和所述处理后的q轴电流再次输入所述矢量闭环控制器，通过所述控制器芯片计算出d轴电压和q轴电压；

基于所述d轴电压和所述q轴电压，所述矢量闭环控制器进行空间矢量脉宽调制，获得所述永磁同步电机的定子电压。

可选的，所述永磁同步电机智能控制装置还包括：控制电路和显示器；所述控制电路输入端与所述智能控制器的输出端通信连接，所述控制电路用于接收并传递所述智能控制器的控制指令；所述控制电路输出端与所述永磁同步电机的输入端通信连接，所述控制电路用于控制所述永磁同步电机转动；所述显示器安装于所述永磁同步电机智能控制装置内；所述显示器的输入端分别与所述智能控制器的输出端、所述控制电路的输出端和所述传感器的输出端通信连接。

可选的，所述显示器包括显示屏和显示器芯片；所述显示器芯片的输入端分别与所述智能控制器的输出端、所述控制电路的输出端和所述传感器的输出端通信连接；所述显示器芯片的输出端与所述显示屏通信连接。

可选的，所述永磁同步电机智能控制装置还包括：传感器；所述传感器包括电流传感器和角度传感器；所述传感器安装在所述永磁同步电机智能控制装置内；所述传感器的输入端与所述永磁同步电机通信连接，所述传感器用于采集所述永磁同步电机的电流；所述传感器的输出端与所述智能控制器的输入端通信连接。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的一种永磁同步电机智能控制装置结构示意图；

图2为本发明提供的智能控制器的结构示意图。

附图标记：1-智能控制器，11-自适应电流滤波器，12矢量闭环控制器，2-永磁同步电机，3-控制电路，4-显示器，5-电流传感器，6-角度传感器。

具体实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

目前，大部分的永磁同步电机采用矢量控制的方法对其进行控制，对于电机控制系统来说，获取准确的电流采样值至关重要，在矢量控制中，通常通过电流传感器5、运算放大器以及模数(AD)转换器件后，将电流采样值送入微控制单元(Micro Control Unit，MCU)控制器进行矢量控制的计算。在电流环采样阶段，电流传感器5采样会引入干扰噪声，调理电路中会引入运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声，采样过程的控制线路等因素也会引入噪声，影响电流环性能，需要对噪声的干扰进行滤波来提高电流环的稳定性，而现有的滤波处理中滤波的收敛速度较慢，导致滤波处理的效率较低。

鉴于此，如图1和图2所示，本发明提供一种永磁同步电机2智能控制装置包括：永磁同步电机2和智能控制器1；所述智能控制器1与所述永磁同步电机2安装在所述永磁同步电机2智能控制装置内；所述智能控制器1与所述永磁同步电机2通信连接；所述智能控制器1用于控制所述永磁同步电机2；

所述智能控制器1内安装有自适应电流滤波器11；所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述永磁同步电机2的电流进行滤波处理；所述改进后的LMS算法加入了修正参量；所述修正参量用于动态调整所述改进后的LMS算法中权值更新函数的权值。

其中，永磁同步电机2是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成，同步电机实现能量转换需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流称为电机的励磁电流。智能控制器1与所述永磁同步电机2通信连接，用于控制所述永磁同步电机2转动。

LMS算法(Least mean square算法)，即最小均方算法，该算法不需要已知输入信号和期望信号的统计特征，“当前时刻”的权系数是通过“上一时刻”权系数再加上一个负均方误差梯度的比例项求得。LMS算法具有算法简单，容易实现等特点，但是此算法的收敛速度较慢，因此，可以依据LMS算法的收敛速度衡量其性能，在设计自适应滤波器时就必须考虑自适应滤波算法是否能够具有快速的收敛速度，使LMS算法具有更好的计算性能。

作为一种可选的实施方式，所述修正参量为：

公式(1)中，c(n)表示修正参量，h(n)表示权值，ρ和δ表示修正参数，exp表示指数运算；

所述修正参量与所述权值的关系为线性正相关。

其中，本发明的自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述永磁同步电机2的电流进行滤波处理，且改进后的LMS算法加入了修正参量c(n)，可通过改进后的LMS算法动态调整权值更新函数中的权值h(n)。

现有的LMS算法为：

公式(2)中，x(n)和y(n)分别表示自适应模型的第n次输入信号和经滤波后的输出信号，d(n)表示期望输出，e(n)表示误差值，h(n)表示权值，μ为步长因子。

因此，现有的LMS算法的权值更新函数为：

h(n+1)＝h(n)+2μx(n)e(n)(3)

公式(3)中，h(n+1)表示更新后的权值，h(n)表示权值，x(n)表示所述自适应电流滤波器11的第n次输入信号，e(n)表示误差值，μ表示步长因子，

权值更新函数随着迭代次数的增加而逐渐改变，直至权值h(n)趋于稳定，算法结束。为了降低稳态误差，一般会将LMS算法中的步长因子μ设置的较小，而大大减慢了LMS算法的收敛速度。因此，本发明提出了修正参量c(n)，其中ρ的取值范围为0～1，δ的取值范围为0.001～2，当h(n)较大时，根据公式(1)，c(n)较大；当h(n)较小时，根据公式(1)，c(n)较小，修正参量c(n)与所述权值h(n)的关系为线性正相关，进而可以使本发明改进后的LMS算法根据修正参量c(n)动态调整h(n+1)的大小，从而加快改进后的LMS算法的收敛速度，当改进后的LMS算法应用在自适应电流滤波器11时，加快了对电流的滤波速度。

作为一种可选的实施方式，所述权值更新函数为：

h(n+1)＝h(n)+2μx(n)e(n)-c(n)(4)

公式(4)中，h(n+1)表示更新后的权值，x(n)表示所述自适应电流滤波器11的第n次输入信号，e(n)表示误差值，μ表示步长因子；

所述修正参量为权值更新函数的减除式。

其中，将修正参量c(n)作为改进后的LMS算法的权值更新函数的减除相，得到了本发明提出的权值更新函数公式(4)，由公式(3)可知，修正参量c(n)与所述权值h(n)的关系为线性正相关，因此，结合公式(4)，本发明提出的权值更新函数可以根据c(n)和h(n)动态调整h(n+1)的大小，从而使权值趋于稳定的速度变快，加快了改进后的LMS算法的收敛速度，进而加快了对电流的滤波速度。

作为一种可选的实施方式，所述改进后的LMS算法为：

公式(5)中，y(n)表示x(n)经过所述自适应电流滤波器11滤波后的第n次输出信号，e(n)表示误差值，d(n)表示期望输出；

所述自适应电流滤波器11对每一个新的输入进行采样，获得x(n)和与x(n)对应的d(n)，通过所述改进后的LMS算法计算y(n)和e(n)；基于获得的y(n)和e(n)，通过所述权值更新函数计算所述权值，使所述更新后的权值的数值趋于稳定。

其中，根据公式(5)可知，本发明改进后的LMS算法不仅通过自适应电流滤波器11对每一个新的输入进行采样，获得x(n)和与x(n)对应的d(n)，并计算计算y(n)和e(n)，还能通过加入修正参量c(n)的新的权值更新函数(公式(4))计算权值，使更新后的权值的数值趋于稳定的速率变快。

作为一种可选的实施方式，所述永磁同步电机2智能控制装置还包括：控制器芯片和电机矢量闭环控制器12；所述控制器芯片和所述电机矢量闭环控制器12通信连接；所述自适应电流滤波器11与所述电机矢量闭环控制器12通信连接；所述控制器芯片用于计算所述永磁同步电机2的轴向电流；所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理。

其中，如图2所示，本装置还包括控制器芯片和电机矢量闭环控制器12，控制器芯片和所述电机矢量闭环控制器12通信连接，同时自适应电流滤波器11与所述电机矢量闭环控制器12也进行通信连接，所述控制器芯片用于计算所述永磁同步电机2的轴向电流，所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理。本装置采集到永磁同步电机2的电流后，将电流传送给电机矢量闭环控制器12，并由控制器芯片，即图2中的MCU2，计算出dq轴的轴向电流；之后dq电流输入自适应电流滤波器11进行滤波，自适应电流滤波器11对电流环dq轴的电流进行滤波，滤波后的dq电流再次输入矢量闭环控制器12，经过MCU2计算出空间矢量脉宽调制占空比，输入控制电路3模块、最终控制电机转动。

其中，本装置的矢量闭环控制器12的作用为：将i

作为一种可选的实施方式，所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理，包括：

所述轴向电流包括d轴电流和q轴电流，d轴电流与q轴电流的处理过程相同；

所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对d轴电流进行所述滤波处理为：

公式(6)中，i

所述自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对q轴电流进行所述滤波处理为：

公式(7)中，i

其中，在永磁同步电机2中，电流可以分解为两个分量：q轴电流和d轴电流。其中，q轴电流是垂直于转子磁场的电流分量，d轴电流是平行于转子磁场的电流分量。将电流分解为q轴和d轴可以更好地控制电机的运行状态；具体来说，q轴电流和d轴电流可以控制电机的磁场和转矩：q轴电流控制电机的磁场，而d轴电流控制电机的转矩。通过控制q轴电流和d轴电流的大小和方向，可以实现对电机的转速、转矩和效率的精确控制。

本发明的自适应电流滤波器11采用改进后的LMS算法对所述轴向电流进行所述滤波处理时，d轴电流与q轴电流的处理过程相，采用公式(6)和公式(7)，对改进后的LMS算法加入减除相c(n)，使永磁同步电机2对电流滤波的速度增快。

作为一种可选的实施方式，所述处理后的d轴电流和所述处理后的q轴电流再次输入所述矢量闭环控制器12，通过所述控制器芯片计算出d轴电压和q轴电压；

基于所述d轴电压和所述q轴电压，所述矢量闭环控制器12进行空间矢量脉宽调制，获得所述永磁同步电机2的定子电压。

其中，矢量闭环控制器12将i

作为一种可选的实施方式，所述永磁同步电机2智能控制装置还包括：控制电路3和显示器4；所述控制电路3输入端与所述智能控制器1的输出端通信连接，所述控制电路3用于接收并传递所述智能控制器1的控制指令；所述控制电路3输出端与所述永磁同步电机2的输入端通信连接，所述控制电路3用于控制所述永磁同步电机2转动；所述显示器4安装于所述永磁同步电机2智能控制装置内；所述显示器4的输入端分别与所述智能控制器1的输出端、所述控制电路3的输出端和所述传感器的输出端通信连接。

其中，如图1所示，本永磁同步电机2智能控制装置还包括控制电路3和显示器4：控制电路3接收并传递所述智能控制器1的控制指令，并控制所述永磁同步电机2转动；显示器4安装于所述永磁同步电机2智能控制装置内；所述显示器4的输入端分别与所述智能控制器1的输出端、所述控制电路3的输出端和所述传感器的输出端通信连接，显示本装置的控制信息。

作为一种可选的实施方式，所述显示器4包括显示屏和显示器4芯片；所述显示器4芯片的输入端分别与所述智能控制器1的输出端、所述控制电路3的输出端和所述传感器的输出端通信连接；所述显示器4芯片的输出端与所述显示屏通信连接。

其中，本装置的显示器4为人机交互显示器4，可在显示屏上设置命令，由显示器4芯片，即图1中的MCU1，接收到命令，之后通过通信串口，将显示屏上设置的命令下达至智能控制器1，对电机启动、停止、加减速、参数调节等进行控制。

作为一种可选的实施方式，所述永磁同步电机2智能控制装置还包括：传感器；所述传感器包括电流传感器5和角度传感器6；所述传感器安装在所述永磁同步电机2智能控制装置内；所述传感器的输入端与所述永磁同步电机2通信连接，所述传感器用于采集所述永磁同步电机2的电流；所述传感器的输出端与所述智能控制器1的输入端通信连接。

其中，传感器是能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。本永磁同步电机2智能控制装置中的传感器用于采集所述永磁同步电机2的电流，其包括电流传感器5和角度传感器6，采用电流传感器5采集永磁同步电机2电流的数值，采用角度传感器6采集永磁同步电机2电流的角度，从而得到永磁同步电机2电流的向量，精确获得所需的电流信息。

如图1所示，本装置包括MCU1、永磁同步电机2、控制电路3、电流传感器5、角度传感器6、智能控制器1，可以自适应的滤除电流中的干扰信号。其中，电流传感器5与电机相连，测得电机三相定子电流、将所测得电流输入永磁同步电机2智能控制器1；智能控制器1中包括MCU2、电机矢量闭环控制器12、自适应电流滤波器11。电流传感器5采集电流，传送给电机矢量闭环控制器12，并由MCU2计算出dq轴电流，dq电流输入自适应电流滤波器11进行滤波，滤波后的dq电流再次输入矢量闭环控制器12，经过MCU2计算出svpwm占空比输入控制电路3模块、最终控制电机转动。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。