电机的控制方法、装置及伺服驱动器的制造方法
电机的控制方法、装置及伺服驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及控制领域，具体而言，设及一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器。
【背景技术】
[0002] 感应电机具有价格低廉与输出转矩大的特点，已成为工业、农业、交通运输W及日 常生活中不可缺少的执行元件，但由于感应电机具有多变量、非线性、强禪合的特性，调速 控制比直流电机较为困难与复杂。通过变频调速装置对感应电机实现提高效率、无级调速、 正反转控制与电气制动等控制功能，特别是空间矢量控制技术，通过矢量坐标变换，使得对 感应电机控制可W模仿对直流电机的控制，通过运种方式控制的交流电机的性能可W与直 流电机控制性能相媳美，进而在高性能交流驱动领域获得了广泛的应用。
[0003] 需要说明的是，随着感应电机应用功能需求的不断加大，在对感应电机的控制(例 如坐标变换、空间矢量脉宽调制等)过程中，采用现有的方案(例如DSP来控制感应电机)会 导致计算能力差，感应电机的控制效率低。
[0004] 针对相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的问题，目前尚未 提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器，W至少解决相关 技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
[0006] 根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电机的控制方法，包括:将获取到的电 机给定角速度ω 及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量 的给定值iq*;获取电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的 实际位置Θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电 机转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号;根据Ξ相开关信号 生成电机的控制信号。
[0007] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电机的控制装置，包括:第一处理单 元，用于将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电 机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取单元，用于获取电机实际的定子电流q轴分量iq、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ;第一生成单元，用于根据电机的定子电 流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机转子电流d轴分量的给定值 id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号；第二生成单元，用于根据Ξ相开关信号生成电机 的控制信号。
[000引根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种伺服驱动器，包括上述电机的控制 装置。
[0009]在本发明实施例中，采用将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度 ω进行ΡI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取电机实际的定子电流q 轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量 的给定值i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的 实际位置Θ生成Ξ相开关信号;根据Ξ相开关信号生成电机的控制信号，解决了相关技术在 控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
【附图说明】
[0010] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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：
[0011] 图1是根据本发明实施例的电机的控制方法的流程图；
[0012] 图2是根据本发明实施例的可选地电机的控制方法的示意图；
[OOK]图3是根据本发明实施例的SVPWM发生器内部结构的示意图；
[0014]图4是根据本发明实施例的电池延迟特性的示意图；
[001引图5是根据本发明实施例的死区控制的示意图；
[0016]图6是根据本发明实施例的SINC3累加器结构；
[0017]图7是根据本发明实施例的SINC3差分器的结构示意图；W及 [001引图8是根据本发明实施例的IP核时钟控制的示意图；W及
[0019] 图9是根据本发明实施例的电机的控制装置的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范 围。
[0021] 需要说明的是，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"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。应该理解运样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便运里描述的本发明的实施例能够W除了在运里图示或 描述的那些W外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有及他们的任何变形，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运些过程、方法、产品 或设备固有的其它步骤或单元。
[0022] 根据本发明实施例，提供了一种电机的控制方法的实施例，需要说明的是，在附图 的流程图示出的步骤可W在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然 在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可不同于此处的顺序执行所示出或 描述的步骤。
[0023] 图1是根据本发明实施例的电机的控制方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0024] 步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处 理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*。
[0025] 具体地，在本方案中，上述电机可W为感应电机，本方案可W通过FPGA内部的PI调 节器对上述FPGA获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处理， 生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*。
[0026] 步骤S14，获取电机实际的定子电流q轴分量i q、转子电流d轴分量的给定值i d*、电 机的实际位置9。
[0027] 具体地，在本方案中，可W通过FPGA来获取电机的实际定子电流q轴分量iq、转子 电流d轴分量的给定值id*W及电机的实际位置Θ，需要说明的是，上实际位置Θ可W由FPGA 内部的位置与转速计算模块计算得到。
[0028] 步骤S16,根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分 量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号。
[0029] 具体地，在本方案中，可W通过FPGA将定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的 定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ进行处理，生成Ξ相 开关信号，需要说明的是，上述处理可W为PI调节处理，坐标转换处理W及空间矢量脉宽调 制处理。
[0030] 步骤S18,根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。
[0031] 具体地，在本方案中，可W将上述Ξ相开关信号发送至FPGA的外部，W完成感应电 机的变频调速控制。
[0032] 本实施例通过将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调 节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*;获取电机实际的定子电流q轴分量i q、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值 i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的实际位置 Θ生成Ξ相开关信号；根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。容易注意到，在本方案 中，上述Ξ相开关信号在同一片FPGA忍片完成，与现有技术相比，计算能力、问题解决的实 时性大大加强，因此，本方案解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率 低的问题。
[0033] 可选地，在步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进 行ΡΙ调节处理之前，本实施例提供的方法还可W包括：
[0034] 步骤S10,对上位机输入的初始角速 度进行变频处理，生成电机给定角速度ω*。
[0035] 具体地，结合图2,在本方案中，可W采用变采样U模块对接收电路发送至FPGA内部 的初始角速度进行频率的更新，输出给定角速度ω *，例如:在外部输入采用串口 232传输数 据，外部数据更新的频率为lOKHz，通过变采样U模块，将更新频率提升至50MHz，从而提高 FPGA内部的计算速度。
[0036] 需要说明的是，外部输入可W是数字信号也可W是模拟信号，其值与转速对应，当 外部信号是模拟信号时，信号接收电路为DAC模块，将模拟信号转换为3.3V电平数字信号输 入FPGA，当外部信号是数字信号时，接收电路可W使RS232,485或者PHY，转换为3.3V电平信 号输入FPGA。
[0037] 步骤S11，通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处理，生 成电机实际的角速度ωΚ及电机实际的位置Θ。
[0038] 具体地，结合图2,图2中的编码器协议模块接收"接收电路"所传回的编码器的位 置信息，经过变采样诉莫块，提升数据更新频率，并将位置信息传送至位置与速度计算模块， 位置与速度计算模块将编码器的位置信息转换为电机实际的转速ω与位置θ。
[0039] 可选地，步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行 ΡI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*的步骤可W包括：
[0040] 步骤S121，将电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第 一差值。
[0041] 具体地，结合图2,在FPGA中，可W将变采样U输出的电机给定角速度ω*与位置与 计算模块输出的电机的角速度ω做差，生成第一差值。
[0042] 步骤S122,对第一差值进行ΡΙ调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值 iq*〇
[0043] 具体地，结合图2，PI调节器可W对上述第一差值进行PI调节处理生成电机的定子 电流q轴分量的给定值iq*，需要说明的是，本方案中的PI调节器为比例积分控制器，其离散 形式的表达式为：在公式（1)中，P为比例放大系数，I为积分放大系数，Ts 为采样时间Z为延迟算子。上述第一差值信号可W进入PI调节器后进行计算，输出控制信 号。
[0044] 可选地，获取电机实际的定子电流q轴分量iq的步骤可W包括：
[0045] 步骤S141，通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号数字 量的Ξ相定子电流ia，ib，ic。
[0046] 具体地，结合图2，FPGA内部的采样电阻两端电压经过"隔离ADC"模块输出电机电 流的数字量数值，并经过"Sinc3滤波器"模块转换为带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib， ic，经过"变采样U"模块，可W将数据更新率提高至50MHz。
[0047] 需要说明的是，图6与图7为上述SINC3滤波器的内部结构，其中Z为延迟算子，ADC_ DATA1为隔离ADC转换后的脉宽数据，ACC1，ACC2与ACC3为32为累加器，DIFF1，DIFF2与DIFF3 为差分寄存器。
[004引步骤S142，通过第一坐标转换模块对带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic进行 转换处理，生成电机实际的定子电流q轴分量iq。
[0049] 具体地，结合图2,上述Ξ相定子电流ia，ib，ic还可W输入坐标转换模块(a，b，c至 d，q)，生成电机实际的定子电流q轴分量iq。
[0050] 需要说明的是上述a，b，c至d，q可W将Ξ相旋转坐标系a，b，c的物理量，转换至两 项禁止坐标系(1，9。曰，13，(3至(1，9的公式为如下：
[0054]目6的计算方式为：目6 = J ω r+ ω mdt，离散表达式可W为：
[0055]
η =1:2'，….
[0056] 可选地，获取转子电流d轴分量的给定值id*的步骤包括：
[0057] 步骤S144,获取给定的转子磁链值。
[0058] 步骤S145,将转子磁链进行电流分量计算，生成转子电流d轴分量的给定值id*。
[0059] 具体地，结合图2, id*计算模块可W根据程序设定的转子磁链值计算给定转子电 流d轴分量的给定值id*并输入至PI模块。
[0060] 需要说明的是，转子磁链值Wr*计算方式可W为：
运里需要说明的 是，本方案中出现公式的字母含义如下：Lm为互感，Lr与化分别为转子的感抗与阻抗，9e为 转子位置，wr为cor为转子机械角频率，com为转子电气角频率，Id与Iq分别为定子电流d轴 与q轴分量，ia，ib，ic分别为电机定子电流，化*为转子磁链参考值。
[0061] 可选地，步骤S16,根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电 流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号的步骤 可W包括：
[0062 ]步骤S160，将电机的定子电流q轴分量的给定值i q*、电机实际的定子电流q轴分量 iq做差值处理，生成第二差值。
[0063] 具体地，可W将变采样U输出的电机的定子电流q轴分量的给定值iq*与坐标转换 模块输出的电机实际的定子电流q轴分量iq做差，生成上述第二差值。
[0064] 步骤S161，将第二差值进行PI调节处理，生成第一结果数据。
[0065] 具体地，结合图2,可W使用FPGA内部的PI调节器将上述第二差值进行处理，生成 第一结果数据，然后将第一结果数据发送至坐标转换模块(d，q至a，b，C)。
[0066] 步骤S162,对转子电流d轴分量的给定值id*进行PI调节处理生成第二结果数据。
[0067] 具体地，结合图2,可W使用FPGA内部的PI调节器将上述转子电流d轴分量的给定 值id*进行PI调节处理生成第二结果数据，然后将第二结果数据发送至坐标转换模块(d，q 至a,b,c)。
[0068] 步骤S163,将第一结果数据、第二结果数据、电机实际的位置Θ进行坐标转换处理， 生成第Ξ结果数据。
[0069] 具体地，结合图2,坐标转换模块(a，b，c至d，q)可W将第一结果数据、第二结果数 据、电机实际的位置e进行坐标转换处理，生成第Ξ结果数据，然后将第Ξ结果数据发送至 空间矢量脉宽调制处理模块(SVPWM)中。需要说明的是，上述第Ξ结果数据可W为Ξ项旋转 坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，ib*，i C*。
[0070] 步骤S164,将第Ξ结果数据进行空间矢量脉宽调制处理，生成Ξ相开关信号。
[0071] 具体地，结合图2,空间矢量脉宽调制处理模块(SVPWM)可W将上述第Ξ结果数据 与变采样U发送的电机实际Ξ相电流ia，ib，ic进行比较计算，生成Ξ相开关信号。
[0072] 需要说明的是，svpmi发生器的内部结构如图3所示，本方案可W采用电流滞环对 电机电流进行控制，电流迟滞的特性如图4所示，电流滞环根据Δ i = i*-i的数值控制对应 桥臂的开通与关断，当i*大于i时，对应桥臂关断，i*小于i时桥臂导通。图3中的死区特性如 图5所示，其逻辑为优先保证桥臂关断，并根据功率模块的要求延迟tdead后再开通另外的 桥臂，确保不发生直通现象。
[0073] 可选地，步骤S164,将第Ξ结果数据进行空间矢量脉宽调制处理，生成Ξ相开关信 号的步骤可W包括：
[0074] 步骤S1641，将Ξ相开关信号进行变频处理，并将经过变频处理的Ξ相开关信号发 送至电机的驱动逆变装置。
[0075] 步骤S1642,驱动逆变装置对Ξ相开关信号进行逆变处理，生成电机的控制信号。
[0076] 可选地，结合图2，SVP歷可^将；相开关信号经过"变采样护进行处理，W降低数 据更新频率。例如，"SVPmi发生器"输出数据更新频率为50MHz，经过"变采样护模块后降为 20k化更新率的信号。"SVPmi发生器"经过"变采样护模块输出至FPGA外部，并经过"光禪隔 离"驱动逆变装置（例如IPM模块），逆变装置输出控制信号经过采样电阻，驱动感应电机 "IM"。
[0077] 综上，本方案采用矢量控制策略，具有较好的动态性能与控制精度，本方案中，感 应电机的坐标变换、空间矢量脉宽调制、电流回路和速度回路在同一片FPGA忍片内 完成，具 有小型化、低成本、灵活性高等优点，同时，本方案采用高效时钟控制结构对各IP和进行控 审IJ，控制系统中无 DSP或者软核辅助运算，通过管线控制内部复杂算法，使其延迟最小，可W 使Ξ环的带宽得到最大的提高。
[0078] 下面结合图2,介绍本方案的一种优选的实施例，本实施例的步骤可W包括如下：
[0079] 步骤A，外部时钟进入FPGA内部后，通过"PLL"模块对时钟信号进行分频，根据内部 计算结构，外部信号频率，隔离ADC采样频率与编码器接收电路刷新频率输出不同的时钟脉 冲信号。例如，本应用中，外部时钟信号为50MHz，外部时钟信号Texternal为20KHZ，内部时 钟信号Tinernal为50MHz，编码器时钟信号Tencoder为lOkHz，隔离ADC采样时钟信号为 200曲Z。
[0080] 需要说明的是，如图8所示，为了满足算法的复杂性、实时性及与外设的时钟匹配， 本方案通过化L分频，采用多级时钟结构，其中内部时钟采用最高的时钟频率Tinternal = lOOMHzJexternal，TADC与Tencoder根据外设的时钟采用较低的频率。采用该结构下，内部 复杂计算所需要的计算周期将会因为内部计算速度的提高而缩短，满足整体计算实时性的 需求。
[0081] 步骤B，控制系统工作时，首先通过"接收电路"读取"外部输入"获得需要控制电机 的转速信息，通过"变采样U"将数据更新频率提高，输出给定角速度ω*。例如:在当前应用 中，外部输入采用串口 232传输数据，外部数据更新的频率为lOKHz，通过"变采样U"模块，将 更新频率提升至50MHz，从而提高内部计算速度。给定角速度ω *与"位置与转速计算"模块 输出的实际转速模块进行差计算后将差值输出至一个第一 ΡΙ模块，该ΡΙ模块的输出为定子 电流q轴分量给定值iq*，定子电流q轴分量给定值iq*再与"第一坐标变换模块"（Ξ相旋转 坐标a，b，c至两相静止坐标d，q变换)输出的实际定子电流q轴分量进行"差"计算，并将结果 输入至第二PI模块。
[0082] 步骤C，id*计算模块根据程序设定的转子磁链值计算给定转子电流d轴分量的给 定值id*并输入至PI模块；
[0083] 步骤D，"编码器协议模块"接收"接收电路"所传回的编码器位置信息，经过"变采 样ir模块，提升数据更新频率，并将位置信息传送至"位置与速度计算"模块，转换为实际的 转速ω与位置Θ，位置信息Θ经过"正余弦计算"模块变为参数，提供至"d，q至a，b，C坐标变 换"模块与"a，b，c至d，q坐标变换"模块，参与坐标变换计算。
[0084] 步骤E，采样电阻两端电压经过"隔离ADC"模块输出电机电流的数字量数值，并经 过"Sinc3滤波器"模块转换为带符号数字量的立相定子电流1曰，化如，经过"变采样11"模 块，将数据更新率提高至50MHz。
[0085] 步骤F，第二d，q至a，b，c坐标变换"模块根据两个PI模块的输出计算值与"正余弦 计算"模块的输出值目计算获得Ξ项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，化*，ic*，W上 Ξ个值进入"SVPWM发生器"模块，与实际Ξ相电流ia，ib，ic进行比较计算，生成Ξ相开关信 号，经过"变采样护，降低数据更新频率。例如，"SVPWM发生器"输出数据更新频率为50MHz， 经过"变采样护模块后降为20kHz更新率的信号。"SVPWM发生器"经过"变采样D"模块输出至 FPGA外部，并经过"光禪隔离"驱动逆变装置(本发明应用实例使用的是IPM模块），逆变装置 输出经过采样电阻，驱动感应电机"IM"。输出控制信号W实现电机的转速控制。
[0086] 本申请还可W提供一种电机的控制装置，该装置可W用于执行上述电机的控制方 法，如图9所示，该装置可W包括：
[0087] 第一处理单元80,用于将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω 进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取单元82,用于获取电机实 际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ;第一生成单元 84，用于根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号;第二生成单元86,用 于根据Ξ相开关信号生成电机的控制信号。
[0088] 本实施例通过将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调 节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*;获取电机实际的定子电流q轴分量i q、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值 i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的实际位置 Θ生成Ξ相开关信号；根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。容易注意到，在本方案 中，上述Ξ相开关信号在同一片FPGA忍片完成，与现有技术相比，计算能力、问题解决的实 时性大大加强，因此，本方案解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率 低的问题。
[0089] 可选的，该装置还包括:第二处理单元，用于对上位机输入的初始角速度进行变频 处理，生成电机给定角速度ω *;第Ξ处理单元，用于通过位置与转速计算模块将接收到的 编码器位置信息进行转换处理，生成电机实际的角速度ωΚ及电机实际的位置Θ。
[0090] 可选地，第一处理单元可W包括:第一处理模块，用于将电机给定角速度ω 及 电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第一差值;第二处理模块，用于对第一差值进行PI 调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*。
[0091] 可选地，该获取单元可W包括:第Ξ处理模块，用于通过滤波器将接收到的电机电 流信息进行滤波处理，生成带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic;第四处理模块，通过第 一坐标转换模块对带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic进行转换处理，生成电机实际的 定子电流q轴分量iq。
[0092] 可选地，获取单元还可W包括:获取模块，用于获取给定的转子磁链值;计算模块， 用于将转子磁链进行电流分量计算，生成转子电流d轴分量的给定值id*。
[0093] 可选地，第一生成单元包括:第五处理模块，将电机的定子电流q轴分量的给定值 iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq做差值处理，生成第二差值;第六处理模块，将第二差 值进行PI调节处理，生成第一结果数据;第屯处理模块，对转子电流d轴分量的给定值id*进 行PI调节处理生成第二结果数据;第八处理模块，将第一结果数据、第二结果数据、电机实 际的位置目进行坐标转换处理，生成Ξ项旋转坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，化*，ic*; 第九处理模块，将Ξ项旋转坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，化*，ic*进行空间矢量脉宽 调制处理，生成Ξ相开关信号。
[0094] 可选地，第二生成单元包括:第十处理模块，将Ξ相开关信号进行变频处理，并将 经过变频处理的Ξ相开关信号发送至电机的驱动逆变装置;第十一处理模块，驱动逆变装 置对Ξ相开关信号进行逆变处理，生成电机的控制信号。
[00M]本申请还提供了一种伺服驱动器，该伺服驱动器可W包括权利要求上述任意一项 电机的控制装置。
[0096] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0097] 在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可W参见其他实施例的相关描述。
[0098] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的技术内容，可通过其它的 方式实现。其中，W上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可W为 一种逻辑功能划分，实际实现时可W有另外的划分方式，例如多个单元或组件可W结合或 者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互 之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，单元或模块的间接禪合或通信连 接，可W是电性或其它的形式。
[0099] 所述作为分离部件说明的单元可W是或者也可W不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可W是或者也可W不是物理单元，即可W位于一个地方，或者也可W分布到多个 单元上。可W根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0100] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可W集成在一个处理单元中，也可W 是各个单元单独物理存在，也可W两个或两个W上单元集成在一个单元中。上述集成的单 元既可W采用硬件的形式实现，也可W采用软件功能单元的形式实现。
[0101] 所述集成的单元如果W软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可W存储在一个计算机可读取存储介质中。基于运样的理解，本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可软件产品的形式 体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用W使得一台计算机 设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或 部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memo巧）、随机存取存 储器(RAM,Random Access Memo巧）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可W存储程序代码的 介质。
[0102] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种电机的控制方法，其特征在于，包括： 将获取到的电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成 所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*; 获取所述电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的 实际位置Θ; 根据所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电流q轴分量iq、 所述电机转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ生成三相开关信号； 根据所述三相开关信号生成所述电机的控制信号。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将获取到的电机给定角速度ω*以及所 述电机实际的角速度ω进行ΡΙ调节处理之前，所述方法还包括： 对上位机输入的初始角速度进行变频处理，生成所述电机给定角速度ω*; 通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处理，生成所述电机实 际的角速度ω以及所述电机实际的位置Θ。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将获取到的电机给定角速度ω*以及所述 电机实际的角速度ω进行ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*的步 骤包括： 将所述电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第一差 值； 对所述第一差值进行所述ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值 iq^o4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述电机实际的定子电流q轴分 量iq的步骤包括： 通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号数字量的三相定子电 流ia，ib，ic; 通过第一坐标转换模块对所述带符号数字量的三相定子电流ia，ib，ic进行转换处理， 生成所述电机实际的定子电流q轴分量iq。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述转子电流d轴分量的给定值 id*的步骤包括： 获取给定的转子磁链值； 将所述转子磁链值进行电流分量计算，生成所述转子电流d轴分量的给定值id*。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成三相开关信号的步骤包括： 将所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电流q轴分量iq做 差值处理，生成第二差值； 将所述第二差值进行所述PI调节处理，生成第一结果数据； 对所述转子电流d轴分量的给定值id*进行所述PI调节处理生成第二结果数据； 将所述第一结果数据、所述第二结果数据、所述电机实际的位置Θ进行坐标转换处理， 生成三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*; 将所述三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*进行空间矢量脉宽调制 处理，生成所述三相开关信号。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述三相开关信号生成所述电机 的控制信号的步骤包括： 将所述三相开关信号进行变频处理，并将经过所述变频处理的所述三相开关信号发送 至所述电机的驱动逆变装置； 所述驱动逆变装置对所述三相开关信号进行逆变处理，生成所述电机的控制信号。8. -种电机的控制装置，其特征在于，包括： 第一处理单元，用于将获取到的电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进 行ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*; 获取单元，用于获取所述电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ; 第一生成单元，用于根据所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的 定子电流q轴分量iq、所述电机转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ生成 三相开关信号； 第二生成单元，用于根据所述三相开关信号生成所述电机的控制信号。9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 第二处理单元，用于对上位机输入的初始角速度进行变频处理，生成所述电机给定角 速度ω*; 第三处理单元，用于通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处 理，生成所述电机实际的角速度ω以及所述电机实际的位置Θ。 10 .根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元包括： 第一处理模块，用于将所述电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行差 值处理，生成第一差值； 第二处理模块，用于对所述第一差值进行所述ΡΙ调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括： 第三处理模块，用于通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号 数字量的三相定子电流ia，ib，ic; 第四处理模块，通过第一坐标转换模块对所述带符号数字量的三相定子电流ia，ib，ic进行转换处理，生成所述电机实际的定子电流q轴分量iq。 12 .根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述获取单元还包括： 获取模块，用于获取给定的转子磁链值； 计算模块，用于将所述转子磁链值进行电流分量计算，生成所述转子电流d轴分量的给 定值id*。13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一生成单元包括： 第五处理模块，将所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电 流q轴分量iq做差值处理，生成第二差值； 第六处理模块，将所述第二差值进行所述PI调节处理，生成第一结果数据； 第七处理模块，对所述转子电流d轴分量的给定值id*进行所述PI调节处理生成第二结 果数据； 第八处理模块，将所述第一结果数据、所述第二结果数据、所述电机实际的位置Θ进行 坐标转换处理，生成三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*; 第九处理模块，将所述三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*进行空间 矢量脉宽调制处理，生成所述三相开关信号。14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述，第二生成单元包括： 第十处理模块，将所述三相开关信号进行变频处理，并将经过所述变频处理的所述三 相开关信号发送至所述电机的驱动逆变装置； 第十一处理模块，所述驱动逆变装置对所述三相开关信号进行逆变处理，生成所述电 机的控制信号。15. -种伺服驱动器，其特征在于，包括权利要求8至14任意一项所述的电机的控制装 置。
【专利摘要】本发明公开了一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器。其中，该方法包括：将获取到的电机给定角速度ω*以及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*；获取电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ；根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ生成三相开关信号；根据三相开关信号生成电机的控制信号。本发明解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
【IPC分类】H02P21/18, H02P21/00
【公开号】CN105490602
【申请号】CN201610009613
【发明人】陈英华, 桂雄斌, 边道海
【申请人】珠海格力电器股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月4日
【技术领域】
[0001] 本发明设及控制领域，具体而言，设及一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器。
【背景技术】
[0002] 感应电机具有价格低廉与输出转矩大的特点，已成为工业、农业、交通运输W及日 常生活中不可缺少的执行元件，但由于感应电机具有多变量、非线性、强禪合的特性，调速 控制比直流电机较为困难与复杂。通过变频调速装置对感应电机实现提高效率、无级调速、 正反转控制与电气制动等控制功能，特别是空间矢量控制技术，通过矢量坐标变换，使得对 感应电机控制可W模仿对直流电机的控制，通过运种方式控制的交流电机的性能可W与直 流电机控制性能相媳美，进而在高性能交流驱动领域获得了广泛的应用。
[0003] 需要说明的是，随着感应电机应用功能需求的不断加大，在对感应电机的控制(例 如坐标变换、空间矢量脉宽调制等)过程中，采用现有的方案(例如DSP来控制感应电机)会 导致计算能力差，感应电机的控制效率低。
[0004] 针对相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的问题，目前尚未 提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器，W至少解决相关 技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
[0006] 根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电机的控制方法，包括:将获取到的电 机给定角速度ω 及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量 的给定值iq*;获取电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的 实际位置Θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电 机转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号;根据Ξ相开关信号 生成电机的控制信号。
[0007] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电机的控制装置，包括:第一处理单 元，用于将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电 机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取单元，用于获取电机实际的定子电流q轴分量iq、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ;第一生成单元，用于根据电机的定子电 流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机转子电流d轴分量的给定值 id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号；第二生成单元，用于根据Ξ相开关信号生成电机 的控制信号。
[000引根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种伺服驱动器，包括上述电机的控制 装置。
[0009]在本发明实施例中，采用将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度 ω进行ΡI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取电机实际的定子电流q 轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量 的给定值i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的 实际位置Θ生成Ξ相开关信号;根据Ξ相开关信号生成电机的控制信号，解决了相关技术在 控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
【附图说明】
[0010] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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：
[0011] 图1是根据本发明实施例的电机的控制方法的流程图；
[0012] 图2是根据本发明实施例的可选地电机的控制方法的示意图；
[OOK]图3是根据本发明实施例的SVPWM发生器内部结构的示意图；
[0014]图4是根据本发明实施例的电池延迟特性的示意图；
[001引图5是根据本发明实施例的死区控制的示意图；
[0016]图6是根据本发明实施例的SINC3累加器结构；
[0017]图7是根据本发明实施例的SINC3差分器的结构示意图；W及 [001引图8是根据本发明实施例的IP核时钟控制的示意图；W及
[0019] 图9是根据本发明实施例的电机的控制装置的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范 围。
[0021] 需要说明的是，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"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。应该理解运样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便运里描述的本发明的实施例能够W除了在运里图示或 描述的那些W外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有及他们的任何变形，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运些过程、方法、产品 或设备固有的其它步骤或单元。
[0022] 根据本发明实施例，提供了一种电机的控制方法的实施例，需要说明的是，在附图 的流程图示出的步骤可W在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然 在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可不同于此处的顺序执行所示出或 描述的步骤。
[0023] 图1是根据本发明实施例的电机的控制方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0024] 步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处 理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*。
[0025] 具体地，在本方案中，上述电机可W为感应电机，本方案可W通过FPGA内部的PI调 节器对上述FPGA获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调节处理， 生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*。
[0026] 步骤S14，获取电机实际的定子电流q轴分量i q、转子电流d轴分量的给定值i d*、电 机的实际位置9。
[0027] 具体地，在本方案中，可W通过FPGA来获取电机的实际定子电流q轴分量iq、转子 电流d轴分量的给定值id*W及电机的实际位置Θ，需要说明的是，上实际位置Θ可W由FPGA 内部的位置与转速计算模块计算得到。
[0028] 步骤S16,根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分 量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号。
[0029] 具体地，在本方案中，可W通过FPGA将定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的 定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ进行处理，生成Ξ相 开关信号，需要说明的是，上述处理可W为PI调节处理，坐标转换处理W及空间矢量脉宽调 制处理。
[0030] 步骤S18,根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。
[0031] 具体地，在本方案中，可W将上述Ξ相开关信号发送至FPGA的外部，W完成感应电 机的变频调速控制。
[0032] 本实施例通过将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调 节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*;获取电机实际的定子电流q轴分量i q、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值 i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的实际位置 Θ生成Ξ相开关信号；根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。容易注意到，在本方案 中，上述Ξ相开关信号在同一片FPGA忍片完成，与现有技术相比，计算能力、问题解决的实 时性大大加强，因此，本方案解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率 低的问题。
[0033] 可选地，在步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进 行ΡΙ调节处理之前，本实施例提供的方法还可W包括：
[0034] 步骤S10,对上位机输入的初始角速 度进行变频处理，生成电机给定角速度ω*。
[0035] 具体地，结合图2,在本方案中，可W采用变采样U模块对接收电路发送至FPGA内部 的初始角速度进行频率的更新，输出给定角速度ω *，例如:在外部输入采用串口 232传输数 据，外部数据更新的频率为lOKHz，通过变采样U模块，将更新频率提升至50MHz，从而提高 FPGA内部的计算速度。
[0036] 需要说明的是，外部输入可W是数字信号也可W是模拟信号，其值与转速对应，当 外部信号是模拟信号时，信号接收电路为DAC模块，将模拟信号转换为3.3V电平数字信号输 入FPGA，当外部信号是数字信号时，接收电路可W使RS232,485或者PHY，转换为3.3V电平信 号输入FPGA。
[0037] 步骤S11，通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处理，生 成电机实际的角速度ωΚ及电机实际的位置Θ。
[0038] 具体地，结合图2,图2中的编码器协议模块接收"接收电路"所传回的编码器的位 置信息，经过变采样诉莫块，提升数据更新频率，并将位置信息传送至位置与速度计算模块， 位置与速度计算模块将编码器的位置信息转换为电机实际的转速ω与位置θ。
[0039] 可选地，步骤S12,将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行 ΡI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*的步骤可W包括：
[0040] 步骤S121，将电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第 一差值。
[0041] 具体地，结合图2,在FPGA中，可W将变采样U输出的电机给定角速度ω*与位置与 计算模块输出的电机的角速度ω做差，生成第一差值。
[0042] 步骤S122,对第一差值进行ΡΙ调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值 iq*〇
[0043] 具体地，结合图2，PI调节器可W对上述第一差值进行PI调节处理生成电机的定子 电流q轴分量的给定值iq*，需要说明的是，本方案中的PI调节器为比例积分控制器，其离散 形式的表达式为：在公式（1)中，P为比例放大系数，I为积分放大系数，Ts 为采样时间Z为延迟算子。上述第一差值信号可W进入PI调节器后进行计算，输出控制信 号。
[0044] 可选地，获取电机实际的定子电流q轴分量iq的步骤可W包括：
[0045] 步骤S141，通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号数字 量的Ξ相定子电流ia，ib，ic。
[0046] 具体地，结合图2，FPGA内部的采样电阻两端电压经过"隔离ADC"模块输出电机电 流的数字量数值，并经过"Sinc3滤波器"模块转换为带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib， ic，经过"变采样U"模块，可W将数据更新率提高至50MHz。
[0047] 需要说明的是，图6与图7为上述SINC3滤波器的内部结构，其中Z为延迟算子，ADC_ DATA1为隔离ADC转换后的脉宽数据，ACC1，ACC2与ACC3为32为累加器，DIFF1，DIFF2与DIFF3 为差分寄存器。
[004引步骤S142，通过第一坐标转换模块对带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic进行 转换处理，生成电机实际的定子电流q轴分量iq。
[0049] 具体地，结合图2,上述Ξ相定子电流ia，ib，ic还可W输入坐标转换模块(a，b，c至 d，q)，生成电机实际的定子电流q轴分量iq。
[0050] 需要说明的是上述a，b，c至d，q可W将Ξ相旋转坐标系a，b，c的物理量，转换至两 项禁止坐标系(1，9。曰，13，(3至(1，9的公式为如下：
[0054]目6的计算方式为：目6 = J ω r+ ω mdt，离散表达式可W为：
[0055]
η =1:2'，….
[0056] 可选地，获取转子电流d轴分量的给定值id*的步骤包括：
[0057] 步骤S144,获取给定的转子磁链值。
[0058] 步骤S145,将转子磁链进行电流分量计算，生成转子电流d轴分量的给定值id*。
[0059] 具体地，结合图2, id*计算模块可W根据程序设定的转子磁链值计算给定转子电 流d轴分量的给定值id*并输入至PI模块。
[0060] 需要说明的是，转子磁链值Wr*计算方式可W为：
运里需要说明的 是，本方案中出现公式的字母含义如下：Lm为互感，Lr与化分别为转子的感抗与阻抗，9e为 转子位置，wr为cor为转子机械角频率，com为转子电气角频率，Id与Iq分别为定子电流d轴 与q轴分量，ia，ib，ic分别为电机定子电流，化*为转子磁链参考值。
[0061] 可选地，步骤S16,根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电 流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号的步骤 可W包括：
[0062 ]步骤S160，将电机的定子电流q轴分量的给定值i q*、电机实际的定子电流q轴分量 iq做差值处理，生成第二差值。
[0063] 具体地，可W将变采样U输出的电机的定子电流q轴分量的给定值iq*与坐标转换 模块输出的电机实际的定子电流q轴分量iq做差，生成上述第二差值。
[0064] 步骤S161，将第二差值进行PI调节处理，生成第一结果数据。
[0065] 具体地，结合图2,可W使用FPGA内部的PI调节器将上述第二差值进行处理，生成 第一结果数据，然后将第一结果数据发送至坐标转换模块(d，q至a，b，C)。
[0066] 步骤S162,对转子电流d轴分量的给定值id*进行PI调节处理生成第二结果数据。
[0067] 具体地，结合图2,可W使用FPGA内部的PI调节器将上述转子电流d轴分量的给定 值id*进行PI调节处理生成第二结果数据，然后将第二结果数据发送至坐标转换模块(d，q 至a,b,c)。
[0068] 步骤S163,将第一结果数据、第二结果数据、电机实际的位置Θ进行坐标转换处理， 生成第Ξ结果数据。
[0069] 具体地，结合图2,坐标转换模块(a，b，c至d，q)可W将第一结果数据、第二结果数 据、电机实际的位置e进行坐标转换处理，生成第Ξ结果数据，然后将第Ξ结果数据发送至 空间矢量脉宽调制处理模块(SVPWM)中。需要说明的是，上述第Ξ结果数据可W为Ξ项旋转 坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，ib*，i C*。
[0070] 步骤S164,将第Ξ结果数据进行空间矢量脉宽调制处理，生成Ξ相开关信号。
[0071] 具体地，结合图2,空间矢量脉宽调制处理模块(SVPWM)可W将上述第Ξ结果数据 与变采样U发送的电机实际Ξ相电流ia，ib，ic进行比较计算，生成Ξ相开关信号。
[0072] 需要说明的是，svpmi发生器的内部结构如图3所示，本方案可W采用电流滞环对 电机电流进行控制，电流迟滞的特性如图4所示，电流滞环根据Δ i = i*-i的数值控制对应 桥臂的开通与关断，当i*大于i时，对应桥臂关断，i*小于i时桥臂导通。图3中的死区特性如 图5所示，其逻辑为优先保证桥臂关断，并根据功率模块的要求延迟tdead后再开通另外的 桥臂，确保不发生直通现象。
[0073] 可选地，步骤S164,将第Ξ结果数据进行空间矢量脉宽调制处理，生成Ξ相开关信 号的步骤可W包括：
[0074] 步骤S1641，将Ξ相开关信号进行变频处理，并将经过变频处理的Ξ相开关信号发 送至电机的驱动逆变装置。
[0075] 步骤S1642,驱动逆变装置对Ξ相开关信号进行逆变处理，生成电机的控制信号。
[0076] 可选地，结合图2，SVP歷可^将；相开关信号经过"变采样护进行处理，W降低数 据更新频率。例如，"SVPmi发生器"输出数据更新频率为50MHz，经过"变采样护模块后降为 20k化更新率的信号。"SVPmi发生器"经过"变采样护模块输出至FPGA外部，并经过"光禪隔 离"驱动逆变装置（例如IPM模块），逆变装置输出控制信号经过采样电阻，驱动感应电机 "IM"。
[0077] 综上，本方案采用矢量控制策略，具有较好的动态性能与控制精度，本方案中，感 应电机的坐标变换、空间矢量脉宽调制、电流回路和速度回路在同一片FPGA忍片内 完成，具 有小型化、低成本、灵活性高等优点，同时，本方案采用高效时钟控制结构对各IP和进行控 审IJ，控制系统中无 DSP或者软核辅助运算，通过管线控制内部复杂算法，使其延迟最小，可W 使Ξ环的带宽得到最大的提高。
[0078] 下面结合图2,介绍本方案的一种优选的实施例，本实施例的步骤可W包括如下：
[0079] 步骤A，外部时钟进入FPGA内部后，通过"PLL"模块对时钟信号进行分频，根据内部 计算结构，外部信号频率，隔离ADC采样频率与编码器接收电路刷新频率输出不同的时钟脉 冲信号。例如，本应用中，外部时钟信号为50MHz，外部时钟信号Texternal为20KHZ，内部时 钟信号Tinernal为50MHz，编码器时钟信号Tencoder为lOkHz，隔离ADC采样时钟信号为 200曲Z。
[0080] 需要说明的是，如图8所示，为了满足算法的复杂性、实时性及与外设的时钟匹配， 本方案通过化L分频，采用多级时钟结构，其中内部时钟采用最高的时钟频率Tinternal = lOOMHzJexternal，TADC与Tencoder根据外设的时钟采用较低的频率。采用该结构下，内部 复杂计算所需要的计算周期将会因为内部计算速度的提高而缩短，满足整体计算实时性的 需求。
[0081] 步骤B，控制系统工作时，首先通过"接收电路"读取"外部输入"获得需要控制电机 的转速信息，通过"变采样U"将数据更新频率提高，输出给定角速度ω*。例如:在当前应用 中，外部输入采用串口 232传输数据，外部数据更新的频率为lOKHz，通过"变采样U"模块，将 更新频率提升至50MHz，从而提高内部计算速度。给定角速度ω *与"位置与转速计算"模块 输出的实际转速模块进行差计算后将差值输出至一个第一 ΡΙ模块，该ΡΙ模块的输出为定子 电流q轴分量给定值iq*，定子电流q轴分量给定值iq*再与"第一坐标变换模块"（Ξ相旋转 坐标a，b，c至两相静止坐标d，q变换)输出的实际定子电流q轴分量进行"差"计算，并将结果 输入至第二PI模块。
[0082] 步骤C，id*计算模块根据程序设定的转子磁链值计算给定转子电流d轴分量的给 定值id*并输入至PI模块；
[0083] 步骤D，"编码器协议模块"接收"接收电路"所传回的编码器位置信息，经过"变采 样ir模块，提升数据更新频率，并将位置信息传送至"位置与速度计算"模块，转换为实际的 转速ω与位置Θ，位置信息Θ经过"正余弦计算"模块变为参数，提供至"d，q至a，b，C坐标变 换"模块与"a，b，c至d，q坐标变换"模块，参与坐标变换计算。
[0084] 步骤E，采样电阻两端电压经过"隔离ADC"模块输出电机电流的数字量数值，并经 过"Sinc3滤波器"模块转换为带符号数字量的立相定子电流1曰，化如，经过"变采样11"模 块，将数据更新率提高至50MHz。
[0085] 步骤F，第二d，q至a，b，c坐标变换"模块根据两个PI模块的输出计算值与"正余弦 计算"模块的输出值目计算获得Ξ项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，化*，ic*，W上 Ξ个值进入"SVPWM发生器"模块，与实际Ξ相电流ia，ib，ic进行比较计算，生成Ξ相开关信 号，经过"变采样护，降低数据更新频率。例如，"SVPWM发生器"输出数据更新频率为50MHz， 经过"变采样护模块后降为20kHz更新率的信号。"SVPWM发生器"经过"变采样D"模块输出至 FPGA外部，并经过"光禪隔离"驱动逆变装置(本发明应用实例使用的是IPM模块），逆变装置 输出经过采样电阻，驱动感应电机"IM"。输出控制信号W实现电机的转速控制。
[0086] 本申请还可W提供一种电机的控制装置，该装置可W用于执行上述电机的控制方 法，如图9所示，该装置可W包括：
[0087] 第一处理单元80,用于将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω 进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*;获取单元82,用于获取电机实 际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ;第一生成单元 84，用于根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置Θ生成Ξ相开关信号;第二生成单元86,用 于根据Ξ相开关信号生成电机的控制信号。
[0088] 本实施例通过将获取到的电机给定角速度ω*Κ及电机实际的角速度ω进行PI调 节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*;获取电机实际的定子电流q轴分量i q、 转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ;根据电机的定子电流q轴分量的给定值 i q*、电机实际的定子电流q轴分量i q、电机转子电流d轴分量的给定值i d*、电机的实际位置 Θ生成Ξ相开关信号；根据Ξ相开关信号处理生成电机的控制信号。容易注意到，在本方案 中，上述Ξ相开关信号在同一片FPGA忍片完成，与现有技术相比，计算能力、问题解决的实 时性大大加强，因此，本方案解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率 低的问题。
[0089] 可选的，该装置还包括:第二处理单元，用于对上位机输入的初始角速度进行变频 处理，生成电机给定角速度ω *;第Ξ处理单元，用于通过位置与转速计算模块将接收到的 编码器位置信息进行转换处理，生成电机实际的角速度ωΚ及电机实际的位置Θ。
[0090] 可选地，第一处理单元可W包括:第一处理模块，用于将电机给定角速度ω 及 电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第一差值;第二处理模块，用于对第一差值进行PI 调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值i q*。
[0091] 可选地，该获取单元可W包括:第Ξ处理模块，用于通过滤波器将接收到的电机电 流信息进行滤波处理，生成带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic;第四处理模块，通过第 一坐标转换模块对带符号数字量的Ξ相定子电流ia，ib，ic进行转换处理，生成电机实际的 定子电流q轴分量iq。
[0092] 可选地，获取单元还可W包括:获取模块，用于获取给定的转子磁链值;计算模块， 用于将转子磁链进行电流分量计算，生成转子电流d轴分量的给定值id*。
[0093] 可选地，第一生成单元包括:第五处理模块，将电机的定子电流q轴分量的给定值 iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq做差值处理，生成第二差值;第六处理模块，将第二差 值进行PI调节处理，生成第一结果数据;第屯处理模块，对转子电流d轴分量的给定值id*进 行PI调节处理生成第二结果数据;第八处理模块，将第一结果数据、第二结果数据、电机实 际的位置目进行坐标转换处理，生成Ξ项旋转坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，化*，ic*; 第九处理模块，将Ξ项旋转坐标a，b，C下定子电流的给定值ia*，化*，ic*进行空间矢量脉宽 调制处理，生成Ξ相开关信号。
[0094] 可选地，第二生成单元包括:第十处理模块，将Ξ相开关信号进行变频处理，并将 经过变频处理的Ξ相开关信号发送至电机的驱动逆变装置;第十一处理模块，驱动逆变装 置对Ξ相开关信号进行逆变处理，生成电机的控制信号。
[00M]本申请还提供了一种伺服驱动器，该伺服驱动器可W包括权利要求上述任意一项 电机的控制装置。
[0096] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0097] 在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可W参见其他实施例的相关描述。
[0098] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的技术内容，可通过其它的 方式实现。其中，W上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可W为 一种逻辑功能划分，实际实现时可W有另外的划分方式，例如多个单元或组件可W结合或 者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互 之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，单元或模块的间接禪合或通信连 接，可W是电性或其它的形式。
[0099] 所述作为分离部件说明的单元可W是或者也可W不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可W是或者也可W不是物理单元，即可W位于一个地方，或者也可W分布到多个 单元上。可W根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0100] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可W集成在一个处理单元中，也可W 是各个单元单独物理存在，也可W两个或两个W上单元集成在一个单元中。上述集成的单 元既可W采用硬件的形式实现，也可W采用软件功能单元的形式实现。
[0101] 所述集成的单元如果W软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可W存储在一个计算机可读取存储介质中。基于运样的理解，本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可软件产品的形式 体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用W使得一台计算机 设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或 部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memo巧）、随机存取存 储器(RAM,Random Access Memo巧）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可W存储程序代码的 介质。
[0102] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种电机的控制方法，其特征在于，包括： 将获取到的电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成 所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*; 获取所述电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的 实际位置Θ; 根据所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电流q轴分量iq、 所述电机转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ生成三相开关信号； 根据所述三相开关信号生成所述电机的控制信号。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将获取到的电机给定角速度ω*以及所 述电机实际的角速度ω进行ΡΙ调节处理之前，所述方法还包括： 对上位机输入的初始角速度进行变频处理，生成所述电机给定角速度ω*; 通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处理，生成所述电机实 际的角速度ω以及所述电机实际的位置Θ。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将获取到的电机给定角速度ω*以及所述 电机实际的角速度ω进行ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*的步 骤包括： 将所述电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行差值处理，生成第一差 值； 对所述第一差值进行所述ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值 iq^o4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述电机实际的定子电流q轴分 量iq的步骤包括： 通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号数字量的三相定子电 流ia，ib，ic; 通过第一坐标转换模块对所述带符号数字量的三相定子电流ia，ib，ic进行转换处理， 生成所述电机实际的定子电流q轴分量iq。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述转子电流d轴分量的给定值 id*的步骤包括： 获取给定的转子磁链值； 将所述转子磁链值进行电流分量计算，生成所述转子电流d轴分量的给定值id*。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成三相开关信号的步骤包括： 将所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电流q轴分量iq做 差值处理，生成第二差值； 将所述第二差值进行所述PI调节处理，生成第一结果数据； 对所述转子电流d轴分量的给定值id*进行所述PI调节处理生成第二结果数据； 将所述第一结果数据、所述第二结果数据、所述电机实际的位置Θ进行坐标转换处理， 生成三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*; 将所述三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*进行空间矢量脉宽调制 处理，生成所述三相开关信号。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述三相开关信号生成所述电机 的控制信号的步骤包括： 将所述三相开关信号进行变频处理，并将经过所述变频处理的所述三相开关信号发送 至所述电机的驱动逆变装置； 所述驱动逆变装置对所述三相开关信号进行逆变处理，生成所述电机的控制信号。8. -种电机的控制装置，其特征在于，包括： 第一处理单元，用于将获取到的电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进 行ΡI调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*; 获取单元，用于获取所述电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ; 第一生成单元，用于根据所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的 定子电流q轴分量iq、所述电机转子电流d轴分量的给定值id*、所述电机的实际位置Θ生成 三相开关信号； 第二生成单元，用于根据所述三相开关信号生成所述电机的控制信号。9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 第二处理单元，用于对上位机输入的初始角速度进行变频处理，生成所述电机给定角 速度ω*; 第三处理单元，用于通过位置与转速计算模块将接收到的编码器位置信息进行转换处 理，生成所述电机实际的角速度ω以及所述电机实际的位置Θ。 10 .根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元包括： 第一处理模块，用于将所述电机给定角速度ω*以及所述电机实际的角速度ω进行差 值处理，生成第一差值； 第二处理模块，用于对所述第一差值进行所述ΡΙ调节处理，生成所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括： 第三处理模块，用于通过滤波器将接收到的电机电流信息进行滤波处理，生成带符号 数字量的三相定子电流ia，ib，ic; 第四处理模块，通过第一坐标转换模块对所述带符号数字量的三相定子电流ia，ib，ic进行转换处理，生成所述电机实际的定子电流q轴分量iq。 12 .根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述获取单元还包括： 获取模块，用于获取给定的转子磁链值； 计算模块，用于将所述转子磁链值进行电流分量计算，生成所述转子电流d轴分量的给 定值id*。13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一生成单元包括： 第五处理模块，将所述电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、所述电机实际的定子电 流q轴分量iq做差值处理，生成第二差值； 第六处理模块，将所述第二差值进行所述PI调节处理，生成第一结果数据； 第七处理模块，对所述转子电流d轴分量的给定值id*进行所述PI调节处理生成第二结 果数据； 第八处理模块，将所述第一结果数据、所述第二结果数据、所述电机实际的位置Θ进行 坐标转换处理，生成三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*; 第九处理模块，将所述三项旋转坐标a，b，c下定子电流的给定值ia*，ib*，ic*进行空间 矢量脉宽调制处理，生成所述三相开关信号。14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述，第二生成单元包括： 第十处理模块，将所述三相开关信号进行变频处理，并将经过所述变频处理的所述三 相开关信号发送至所述电机的驱动逆变装置； 第十一处理模块，所述驱动逆变装置对所述三相开关信号进行逆变处理，生成所述电 机的控制信号。15. -种伺服驱动器，其特征在于，包括权利要求8至14任意一项所述的电机的控制装 置。
【专利摘要】本发明公开了一种电机的控制方法、装置及伺服驱动器。其中，该方法包括：将获取到的电机给定角速度ω*以及电机实际的角速度ω进行PI调节处理，生成电机的定子电流q轴分量的给定值iq*；获取电机实际的定子电流q轴分量iq、转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ；根据电机的定子电流q轴分量的给定值iq*、电机实际的定子电流q轴分量iq、电机转子电流d轴分量的给定值id*、电机的实际位置θ生成三相开关信号；根据三相开关信号生成电机的控制信号。本发明解决了相关技术在控制感应电机时，计算能力差导致控制效率低的技术问题。
【IPC分类】H02P21/18, H02P21/00
【公开号】CN105490602
【申请号】CN201610009613
【发明人】陈英华, 桂雄斌, 边道海
【申请人】珠海格力电器股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月4日
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