电机的控制方法、装置、设备、系统和存储介质

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机的控制方法、装置、设备、系统和存储介质。

背景技术

随着节能降耗技术的积极推广，电机控制的节能技术日益受到重视。例如，变频空调器采用具有损耗小、效率高的永磁同步电机(Permanent Magnetic SynchronousMachine，PMSM)。

变频器驱动永磁同步电机时，变频器的三相桥式逆变器可以采用SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)方式控制。SVPWM源于交流电动机定子磁链跟踪的思想，易于数字控制器的实现，且输出电流波形好、直流环节电压利用率高等优点。

传统的SVPWM控制系统中，由于需要测量三相的交流电信号作为反馈，实现电流的闭环控制。

相关技术中，一般采用霍尔电流传感器进行电机的相电流的采集，这样可以保证采集到电机任意时刻的相电流，包括直流电流和交流电流，且在任意调制比都可以正常采集到相电流，然而，霍尔电流传感器存在成本高、结构复杂及体积大的缺陷，不利于集成化。此外，可以基于电阻采样在母线上采集电流，通过电流重构获取电机的三相电流；或者在下桥臂采集二相或者三相的电流，然而在过调制区，后两种方法在电流采集的时候会遇到非观测区的问题，难以满足过调制区的电流采样需求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电机的控制方法、装置、设备、系统和存储介质，旨在有效降低三相电机的控制成本。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种电机的电流采集方法，包括：

获取设置于所述电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值；及获取基于采样电阻采集的供电给所述电机的母线上的第二电流值或者基于采样电阻采集的所述电机的至少两路相线对应的下桥臂上的第三电流值；

确定所述电机处于交流电运行模式，基于所述第一电流值对所述电机进行控制；或者，

确定所述电机处于直流电运行模式，基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行控制。

在一些实施方案中，所述基于所述第一电流值对所述电机进行控制，包括：

基于所述至少两路相线的所述第一电流值确定所述电机的三相电流值；

基于所述三相电流值对所述电机进行闭环控制。

在一些实施方案中，所述基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行控制，包括：

基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行闭环控制。

在一些实施方案中，所述方法还包括：

基于所述第二电流值或者所述第三电流值和设定的电流阈值，对所述电机进行过流保护。

第二方面，本申请实施例提供了一种电机的控制装置，包括：

获取模块，用于获取设置于所述电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值；及获取基于采样电阻采集的供电给所述电机的母线上的第二电流值或者基于采样电阻采集的所述电机的至少两路相线对应的下桥臂上的第三电流值；

控制模块，用于确定所述电机处于交流电运行模式，基于所述第一电流值对所述电机进行控制；或者，确定所述电机处于直流电运行模式，基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行控制。

在一些实施方案中，所述控制模块基于所述第一电流值对所述电机进行控制，包括：

基于所述至少两路相线的所述第一电流值确定所述电机的三相电流值；

基于所述三相电流值对所述电机进行闭环控制。

在一些实施方案中，所述控制模块基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行控制，包括：

基于所述第二电流值或者所述第三电流值对所述电机进行闭环控制。

在一些实施方案中，所述控制装置还用于：

基于所述第二电流值或者所述第三电流值和设定的电流阈值，对所述电机进行过流保护。

第三方面，本申请实施例提供了一种电机的控制设备，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器，用于运行计算机程序时，执行本申请实施例第一方面所述方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种电机的控制系统，包括：

电流互感器，设置于所述电机的至少两路相线上；

采样电阻，设置于供电给所述电机的母线上或者所述电机的至少两路相线对应的下桥臂上；

本申请实施例第三方面所述的控制设备，连接所述电流互感器及所述采样电阻。

第五方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述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，实现本申请实施例第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例提供的技术方案，获取设置于电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值；及获取基于采样电阻采集的供电给电机的母线上的第二电流值或者基于采样电阻采集的电机的至少两路相线对应的下桥臂上的第三电流值；确定电机处于交流电运行模式，基于第一电流值对电机进行控制；或者，确定电机处于直流电运行模式，基于第二电流值或者第三电流值对电机进行控制。如此，可以基于电流互感器采集电机的相线上的第一电流值，对电机进行交流电流控制，并且还可以基于采样电阻采集的电流值对电机进行直流电流控制，可以有效节省电机的控制成本。

附图说明

图1为相关技术中基于母线电流采集的电机应用系统的结构示意图；

图2为空间电压矢量的分布示意图；

图3为本申请实施例中空间电压矢量不可观测区的原理示意图；

图4为相关技术中基于移相处理的原理示意图；

图5为本申请实施例电机的控制方法的流程示意图；

图6为本申请实施例互感器采样调理电路的结构示意图；

图7为本申请实施例互感器采样调理电路的等效电路示意图；

图8为本申请一实施例中采样电阻的布置示意图；

图9为本申请另一实施例中采样电阻的布置示意图；

图10为本申请又一实施例中采样电阻的布置示意图；

图11为本申请实施例电机的控制装置的结构示意图；

图12为本申请实施例电机的控制设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请再作进一步详细的描述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

相关技术中，基于母线电流采集的电机应用系统如图1所示，该系统包括：电机M、三相桥式逆变器101、直流电源DC及母线电流采集装置102。

示例性地，直流电源DC的正极与负极之间还连接电容C1。直流电源DC供应的直流电经三相桥式逆变器101转换为电机M的三相电源，该电机M可以为PMSM。该三相桥式逆变器101可以由变频器采用SVPWM方式控制。其中，母线电流采集装置102可以采用典型的单电阻采样电路，例如，包括接入至直流电源DC的负极与三相桥式逆变器101之间的采样电阻Shunt，采样电阻Shunt的两端电压经运算放大器传递至AD转换电路，由AD转换电路转换生成母线电流，该母线电流用于后续的相电流采集方法，进而将重构的三相交流电流作为反馈以实现电流的闭环控制。

可以理解的是，三相桥式逆变器采用SVPWM调制方式控制，有8种开关工作状态，包括6个非零电压矢量(V

表1

在实际应用中，考虑到母线电流的采样需满足采样窗口，即要求非零电压矢量必须持续1个最小采样时长T

如图3所示，当输出的电压矢量处于低调制区或非零电压矢量附近时，在1个PWM周期内可能存在非零电压矢量的持续时长小于T

相关技术中，为了保证每个PWM周期可以采样到两相相电流，需要在不可观测区通过移相处理，保证一个PWM周期内采样到两相相电流。例如，如图4所示，示例性地，三相线路包括：a相、b相及c相线路，原有的T1的采样窗口小于T

当不可观测区为过调制区域时，例如，图3所示的六边形的内切圆之外的区域，会出现移相移出PWM周期导致不能满足有效矢量电压的问题，然而，如果为了保证矢量电压的PWM周期，则会出现无法提供采样窗口的情况，导致无法在一个PWM周期内采集到两相相电流，因此，相关的基于移相处理的相电流采集方法的方法无法满足过调制区的三相电流的重构要求。

需要说明的是，上述基于母线电流采样进行三相电流的重构，由于不是同时得到电机的相电流，两个采样一定存在时间差，导致采样是误差的，且受开关震荡影响，不能采集很窄脉冲的电流。此外，如果改用传统相电流采样传感器(例如，霍尔电流传感器)，会造成成本上升过大。

基于此，本申请各种实施例中，为了既保证相电流采样，又满足成本控制的需求，采用价格便宜的电流互感器进行相电流采样，然而电流互感器由于是依据电磁感应原理，只能采集到交流电流，无法对三相线路中的直流电流进行控制，亦不能对突变的电流做出保护。

为了在采用电流互感器进行相电流采集时，增强三相电机运行的可靠性，本申请各种实施例中，提出了一种电机的控制方法，如图5所示，该方法包括：

步骤501，获取设置于电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值；及获取基于采样电阻采集的供电给电机的母线上的第二电流值或者基于采样电阻采集的电机的至少两路相线对应的下桥臂上的第三电流值。

步骤502，确定电机处于交流电运行模式，基于第一电流值对电机进行控制；或者，确定电机处于直流电运行模式，基于第二电流值或者第三电流值对电机进行控制。

示例性地，三相电机的启动可以包括：定位、开环及闭合控制的阶段，可以在定位阶段确定电机处于直流电运行模式，此外，还可以在绕组加热阶段确定电机处于直流电运行模式。

可以理解的是，电流互感器无法采集直流量，从而在直流电运行模式下，无法基于电流互感器采集的第一电流值进行电机控制。本申请实施例中，确定电机处于直流电运行模式，则基于前述采集的第二电流值或者第三电流值对电机进行控制，避免了传统的电流互感器无法采集直流量导致的问题。如此，可以基于电流互感器采集电机的相线上的第一电流值，对电机进行交流电流控制，并且还可以基于采样电阻采集的电流值(即第二电流值或者第三电流值)对电机进行直流电流控制，可以有效节省电机的控制成本。

示例性地，由于电流互感器无法采集直流量，获取设置于电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值可以是确定电机处于交流电运行模式下，获取电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值。

实际应用中，考虑到电流互感器由于是依据电磁感应原理，将一次侧的电流转换为二次侧的电流来测量的仪器，其存在相位延时的问题。本申请实施例中，可以基于互感器采样调理电路获取电流互感器采集的电流信号，并对采集的电流信号进行相移补偿，从而得到与相电流的相位角匹配的第一电流值。

示例性地，对采集的电流信号相移补偿包括：

获取互感器采样调理电路的等效电气参数，互感器采样调理电路用于采集设置于电机的相线上的电流互感器的二次侧的电流信号；

基于等效电气参数和电机转子的电角速度确定电流互感器的相移角；

基于相移角对互感器采样调理电路采集的电流信号进行相移补偿，得到相线的相电流。

如图6所示，本申请实施例中，互感器采样调理电路包括：串接于电流互感器的二次侧的采样电阻Rs及连接于采样电阻Rs两端的用于差分放大的运算放大器。

可以理解的是，电流互感器二次侧感应的电流流经采样电阻Rs时，可以由经运算放大器差分放大后输出，从而转换为可以被AD转换电路采样的信号。例如，运算放大器输出信号给MCU(微处理器)，从而可以由微处理器经过AD转换得到电流值。

这里，由于电流互感器基于电磁感应效应，二次侧的电流信号存在时延导致的相移，需要确定该电流互感器的相移角。

示例性地，将图6所示的互感器采样调理电路等效成如图7所示的等效电路。图7中的e(t)为电流互感器二次侧感应生成的电动势，计算如下：

其中，φ为感应磁通，N

示例性地，可以通过LCR(电感电容电阻)测试仪测试该等效电路的等效电气参数。如图7所示，等效电气参数包括：等效电阻R

示例性地，基于等效电气参数和电机转子的电角速度确定电流互感器的相移角，采用如下公式：

其中，θ为电流互感器的相移角，ω为电机转子的电角速度，R

这里，电机转子的电角速度可以采用上一采样周期的确定的电机转子的电角速度。如此，可以基于获取的等效电气参数和电机转子的电角速度确定电流互感器的相移角。

在一些实施例中，基于相移角对互感器采样调理电路采集的电流信号进行相移补偿，包括：

基于微分补偿器H(jω)对互感器采样调理电路采集的电流信号进行相移补偿；微分补偿器H(jω)采用如下公式：

其中，微分补偿器H(jω)的补偿相移角

需要说明的是，由于微分补偿器H(jω)的补偿相移角

示例性地，可以预先设定第一校正参数a和第二校正参数b的取值范围，基于取值范围先假定第一校正参数a和第二校正参数b中的一个的取值，然后基于补偿相移角

本申请实施例中，可以基于确定了第一校正参数a和第二校正参数b的微分补偿器H(jω)对互感器采样调理电路采集的电流信号进行相移补偿，得到相线的相电流可以参与电机矢量运算，进而可以在母线电压不变的情形下，增大电机的输出转矩，提高电源电压利用率。

示例性地，基于第一电流值对电机进行控制，包括：

基于至少两路相线的第一电流值确定电机的三相电流值；

基于三相电流值对电机进行闭环控制。

可以理解的是，由于可以确定当前的三相电流值，从而可以基于当前的三相电流值实现FOC(field-oriented control，磁场导向控制)的脉宽调制控制，例如，采用基于SVPWM的脉宽调制对电机进行闭环控制，具体过程在此不再赘述。

示例性地，基于第二电流值或者第三电流值对电机进行控制，包括：

基于第二电流值或者第三电流值对电机进行闭环控制。

可以理解的是，在一实施例中，如图8所示，可以在母线上设置采样电阻Shunt，并基于采样调理电路获取第二电流值，可以基于该第二电流值对电机的母线电流进行PID(比例积分微分)控制。

在一实施例中，如图9所示，可以在两相的下桥臂上分别设置采样电阻Shunt，并基于采样调理电路获取各下桥臂对应的第三电流值，可以基于该第三电流值对电机的相应的相线电流进行PID(比例积分微分)控制。

在一实施例中，如图10所示，可以在三相的下桥臂上分别设置采样电阻Shunt，并基于采样调理电路获取各下桥臂对应的第三电流值，可以基于该第三电流值对电机的相应的相线电流进行PID(比例积分微分)控制。

实际应用中，考虑到电流互感器无法对电机的突变电流进行保护，例如，电流变化率过高(如阶跃变化)，导致电流互感器的二次侧感应产生延时，未能及时捕捉到信号，导致无法对突变电流进行过流保护。基于此，本申请实施例中，该方法还包括：

基于第二电流值或者第三电流值和设定的电流阈值，对电机进行过流保护。

这里，设定的电流阈值可以基于三相桥式逆变器的开关管允许通过的最大电流进行设定，从而合理保护驱动电路和电机。

示例性地，前述的第二电流值或者第三电流值可以由MCU进行软件保护控制，或者还可以输出给IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)，由IPM实现硬件限流保护，本申请实施例对此不做限定。

为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供一种电机的控制装置，该电机的控制装置与上述电机的控制方法对应，上述电机的控制方法实施例中的各步骤也完全适用于本电机的控制装置实施例。

如图11所示，该电机的控制装置包括：获取模块1101及控制模块1102。

获取模块1101用于获取设置于电机的至少两路相线上的电流互感器采集的第一电流值；及获取基于采样电阻采集的供电给电机的母线上的第二电流值或者基于采样电阻采集的电机的至少两路相线对应的下桥臂上的第三电流值；

控制模块1102用于确定电机处于交流电运行模式，基于第一电流值对电机进行控制；或者，确定电机处于直流电运行模式，基于第二电流值或者第三电流值对电机进行控制。

在一些实施例中，控制模块1102基于第一电流值对电机进行控制，包括：

基于至少两路相线的第一电流值确定电机的三相电流值；

基于三相电流值对电机进行闭环控制。

在一些实施例中，控制模块1102基于第二电流值或者第三电流值对电机进行控制，包括：

基于第二电流值或者第三电流值对电机进行闭环控制。

在一些实施例中，控制装置1102还用于：

基于第二电流值或者第三电流值和设定的电流阈值，对电机进行过流保护。

实际应用时，获取模块1101及控制装置1102，可以由电机的控制装置的处理器来实现。当然，处理器需要运行存储器中的计算机程序来实现它的功能。

需要说明的是：上述实施例提供的电机的控制装置在进行相电流采集方法时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的电机的控制装置与相电流采集方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供一种电机的控制设备。图12仅仅示出了该电机的控制设备的示例性结构而非全部结构，根据需要可以实施图12示出的部分结构或全部结构。

如图12所示，本申请实施例提供的电机的控制设备1200包括：至少一个处理器1201、存储器1202和用户接口1203。电机的控制设备1200中的各个组件通过总线系统1204耦合在一起。可以理解，总线系统1204用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1204除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图12中将各种总线都标为总线系统1204。

其中，用户接口1203可以包括显示器、键盘、鼠标、轨迹球、点击轮、按键、按钮、触感板或者触摸屏等。

本申请实施例中的存储器1202用于存储各种类型的数据以支持电机的控制设备的操作。这些数据的示例包括：用于在电机的控制设备上操作的任何计算机程序。

本申请实施例揭示的相电流采集可以应用于处理器1201中，或者由处理器1201实现。处理器1201可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，相电流采集的各步骤可以通过处理器1201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1201可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器1201可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器1202，处理器1201读取存储器1202中的信息，结合其硬件完成本申请实施例提供的相电流采集的步骤。

在示例性实施例中，电机的控制设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，ProgrammableLogic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)、通用处理器、控制器、微控制器(MCU，Micro Controller Unit)、微处理器(Microprocessor)、或者其他电子元件实现，用于执行前述方法。

可以理解，存储器1202可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本申请实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

本申请实施例还提供了一种电机的控制系统，包括：电流互感器、采样电阻及前述的控制设备，其中，电流互感器设置于电机的至少两路相线上；采样电阻，设置于供电给电机的母线上或者电机的至少两路相线对应的下桥臂上；控制设备连接电流互感器及采样电阻，进而基于前述的方法对电机进行控制。

在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种存储介质，即计算机存储介质，具体可以是计算机可读存储介质，例如包括存储计算机程序的存储器1202，上述计算机程序可由相电流采集设备的处理器1201执行，以完成本申请实施例方法的步骤。计算机可读存储介质可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器。

需要说明的是：“第一”、“第二”等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。

另外，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。