一種電機(jī)控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電機(jī)控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)應(yīng)用遍及信息處理、音響設(shè)備、汽車電氣設(shè)備、國防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)電機(jī)控制的精度有著越來越高的要求。
[0003] 現(xiàn)有的電機(jī)控制方法主要應(yīng)用于直流有刷電機(jī)（DC)、直流無刷電機(jī)（BLDC)、永磁 同步電機(jī)等電機(jī)。以永磁同步電機(jī)的三環(huán)控制方法為例，如圖1所示，其采用經(jīng)典的PID(比 例-積分-微分）控制方法，控制一般分為電流環(huán)控制、速度環(huán)控制和位置環(huán)控制。雖然PID 控制方法具有容易理解、使用簡單、不依賴于被控對(duì)象的具體模型等優(yōu)點(diǎn)，但其在高精度位 置控制、高精度速度控制以及高動(dòng)態(tài)控制時(shí)，是基于電機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋來消除誤差，而由于電 機(jī)轉(zhuǎn)速往往包含比較大的量化誤差，會(huì)直接影響電機(jī)控制的精度，尤其在電機(jī)負(fù)載變化比 較大時(shí)，其電機(jī)控制的精度更大大降低了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種電機(jī)控制系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)控制的 精度不高的問題。技術(shù)方案如下：
[0005] 基于本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種電機(jī)控制系統(tǒng)，包括利用位置控制器、速度 控制器和電流控制器構(gòu)成的三環(huán)控制電路，所述三環(huán)控制電路包括電流環(huán)控制電路、速度 環(huán)控制電路和位置環(huán)控制電路，所述電機(jī)控制系統(tǒng)還包括：負(fù)載觀測器；其中，
[0006] 所述負(fù)載觀測器的第一輸入端用于接收所述電流環(huán)控制電路輸出的電機(jī)電壓值， 所述負(fù)載觀測器的第二輸入端用于接收電機(jī)的電機(jī)角度信息；
[0007]所述負(fù)載觀測器具體用于依據(jù)接收到的所述電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算得 到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值；并將所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值通過所述負(fù)載 觀測器的第一輸出端發(fā)送至所述速度環(huán)控制電路的輸入端，經(jīng)處理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì) 值通過所述負(fù)載觀測器的第二輸出端發(fā)送至所述速度環(huán)控制電路的輸出端。
[0008] 較優(yōu)的，所述電機(jī)控制系統(tǒng)還包括電機(jī)位置傳感器，所述電機(jī)位置傳感器用于檢 測所述電機(jī)的電機(jī)角度信息。
[0009] 較優(yōu)的，所述負(fù)載觀測器用于依據(jù)接收到的所述電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算 得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值，包括：
[0010] 利用公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電機(jī)控制系統(tǒng)，包括利用位置控制器、速度控制器和電流控制器構(gòu)成的三環(huán)控 制電路，所述三環(huán)控制電路包括電流環(huán)控制電路、速度環(huán)控制電路和位置環(huán)控制電路，其特 征在于，所述電機(jī)控制系統(tǒng)還包括：負(fù)載觀測器；其中， 所述負(fù)載觀測器的第一輸入端用于接收所述電流環(huán)控制電路輸出的電機(jī)電壓值，所述 負(fù)載觀測器的第二輸入端用于接收電機(jī)的電機(jī)角度信息； 所述負(fù)載觀測器具體用于依據(jù)接收到的所述電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算得到電 機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值；并將所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值通過所述負(fù)載觀測 器的第一輸出端發(fā)送至所述速度環(huán)控制電路的輸入端，經(jīng)處理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值通 過所述負(fù)載觀測器的第二輸出端發(fā)送至所述速度環(huán)控制電路的輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)控制系統(tǒng)還包括電機(jī) 位置傳感器，所述電機(jī)位置傳感器用于檢測所述電機(jī)的電機(jī)角度信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載觀測器用于依據(jù)接 收到的所述電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速 估計(jì)值，包括： 利用4
0 +Α(π'-?'），計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì) 值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值； 其中必為所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值，之為所述電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值，Θ為電機(jī)角度信息，Uq 為q軸電流控制器輸出的電機(jī)電壓值，Wf為永磁體勵(lì)磁磁鏈，kt為電機(jī)的力矩常數(shù)，kt = I. 5pnWf，R為定子相電阻，pn為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，C i、C2、C3為所述負(fù)載觀測器的可調(diào)參數(shù)，C i、 C2、C3均為正數(shù)，J為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，處理所述電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì) 值具體為：將所述電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值除以電機(jī)的力矩常數(shù)k t。
5. -種電機(jī)控制方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制系統(tǒng) 中，所述電機(jī)控制方法包括： 檢測并獲取電機(jī)控制系統(tǒng)中電機(jī)的電機(jī)角度信息以及電流環(huán)控制電路輸出的電機(jī)電 壓值； 依據(jù)所述電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn) 速估計(jì)值； 將所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值反饋回所述電機(jī)控制系統(tǒng)中的速度環(huán)控制電路的輸入端，將處 理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值反饋回所述電機(jī)控制系統(tǒng)中的速度環(huán)控制電路的輸出端，以使 得所述電機(jī)控制系統(tǒng)依據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值和處理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值進(jìn)行自動(dòng) 調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)控制方法，其特征在于，所述依據(jù)所述電機(jī)電壓值和電 機(jī)角度信息計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值，包括： 利用公式
，+C2(W_〇，計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì) 值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值； 其中i為所述電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值，^為所述電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值，Θ為電機(jī)角度信息， Uq為q軸電流控制器輸出的電機(jī)電壓值，Wf為永磁體勵(lì)磁磁鏈，kt為電機(jī)的力矩常數(shù)，k t =I. 5pnWf，R為定子相電阻，pn為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，C i、C2、C3為所述負(fù)載觀測器的可調(diào)參數(shù)， Q、C2、C3均為正數(shù)，J為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電機(jī)控制方法，其特征在于，所述處理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 估計(jì)值為將所述電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值除以電機(jī)的力矩常數(shù)kt后得到的值。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電機(jī)控制系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)包括負(fù)載觀測器，其負(fù)載觀測器的第一輸入端用于接收電流環(huán)控制電路輸出的電機(jī)電壓值，第二輸入端用于接收電機(jī)的電機(jī)角度信息；負(fù)載觀測器具體用于依據(jù)接收到的電機(jī)電壓值和電機(jī)角度信息計(jì)算得到電機(jī)的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值和電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值；并將電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值通過負(fù)載觀測器的第一輸出端發(fā)送至速度環(huán)控制電路的輸入端，將處理后的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值通過負(fù)載觀測器的第二輸出端發(fā)送至速度環(huán)控制電路的輸出端。本發(fā)明中的負(fù)載觀測器實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的觀測，即充分考慮了電機(jī)負(fù)載變化，且其與速度環(huán)控制電路的連接關(guān)系形成二自由度控制器，可有效提高速度環(huán)控制電路的性能，提高了電機(jī)控制的精度。
【IPC分類】H02P21-13, H02P21-14
【公開號(hào)】CN104660142
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510126649
【發(fā)明人】周翩, 吉程, 羅喜霜
【申請(qǐng)人】北京潤科通用技術(shù)有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日