一种电机转速控制方法及系统
阅读说明：本技术 一种电机转速控制方法及系统 (Motor rotating speed control method and system ) 是由 高乐 孙楠楠 陈文淼 赵强 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电机转速控制方法及系统,获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速,将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算,得到给定电磁转矩,将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型,得到当前时刻的电机转速,基于当前时刻的电机转速,执行电机转速控制操作。通过上述方案,基于预先建立的电机转速模型,得到当前时刻的电机转速,即为优化后的电机转速,基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。此外,通过增强电机转速控制系统阻尼,使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速,防止出现转速超调现象和振荡现象,从而有利于电机转速控制系统的稳定性。(The invention discloses a motor rotating speed control method and a system, which are used for obtaining motor output electromagnetic torque and motor rotating speed at the previous moment, carrying out integral operation on preset given rotating speed and the motor rotating speed at the previous moment to obtain given electromagnetic torque, inputting the given electromagnetic torque, the preset given rotating speed, preset cut-off frequency and the motor output electromagnetic torque to a preset motor rotating speed model to obtain the motor rotating speed at the current moment, and executing motor rotating speed control operation based on the motor rotating speed at the current moment. According to the scheme, the motor rotating speed at the current moment is obtained based on the pre-established motor rotating speed model, namely the optimized motor rotating speed, and the motor rotating speed control operation is executed based on the optimized motor rotating speed. In addition, the damping of the motor rotating speed control system is enhanced, so that the rotating speed of the motor at the current moment follows the preset given rotating speed, the phenomenon of rotating speed overshoot and the phenomenon of oscillation are prevented, and the stability of the motor rotating speed control system is facilitated.)
技术领域
本发明涉及电机转速技术领域，更具体地说，涉及一种电机转速控制方法及系统。
背景技术
电动车辆的电机转速控制系统通过电机控制器控制。通常电机控制器的转速控制采用PI调节器。
PI调节器是一种线性控制器，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将控制偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对电机的转速进行控制。
由于PI调节器的控制算法简单，虽然可以满足常规的转速要求，但是在控制转速的过程中，容易出现实际转速值超过给定转速值的转速超调现象和实际转速值围绕给定转速值上下变化的振荡现象，不利于电机转速控制系统的稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种电机转速控制方法及系统，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
为了实现上述目的，其公开的技术方案如下：
本发明第一方面公开了一种电机转速控制方法，所述方法包括：
获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速；
将预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩；
将所述给定电磁转矩、所述预设的给定转速、预设的截止频率和所述电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速；
基于所述当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。
优选的，所述将预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，包括：
将预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速进行求差计算，得到所述预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速的差值；
基于所述差值进行积分运算，得到给定电磁转矩。
优选的，所述将所述给定电磁转矩、所述预设的给定转速、预设的截止频率和所述电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，包括：
基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数；
将所述积分系数、所述主动阻尼系数、所述抗饱和系数、所述给定电磁转矩、所述预设的给定转速、所述预设的截止频率和所述电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型进行处理，输出当前时刻的电机转速；
其中，所述预先建立的电机转速模型表示为：
其中，s为微分算子，ωc为所述截止频率，n*为所述给定转速，为所述给定电磁转矩，Te为所述电机输出电磁转矩，n为所述当前时刻的电机转速。
优选的，预先建立电机转速模型的过程，包括：
基于所述电机输出电磁转矩、预设的电机转动惯量和所述当前时刻的电机转速构建电机运动方程模型；
基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数；
基于所述积分系数，所述主动阻尼系数、所述抗饱和系数、所述给定转速和所述给定电磁转矩构建电机控制方程模型；
基于所述电机运动方程模型和所述电机控制方程模型，确定初始电机转速模型；
基于所述初始电机转速模型、所述积分系数、所述主动阻尼系数和所述抗饱和系数，确定电机转速模型；
其中，所述电机转速模型表示为：
其中，s为微分算子，ωc为所述截止频率，n*为所述给定转速，
本发明第二方面公开了一种电机转速控制系统，所述系统包括：
第一获取单元，用于获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速；
计算单元，用于将预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩；
第二获取单元，用于将所述给定电磁转矩、所述预设的给定转速、预设的截止频率和所述电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速；
执行单元，用于基于所述当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。
优选的，所述计算单元，包括：
计算模块，用于将预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速进行求差计算，得到所述预设的给定转速和所述上一时刻的电机转速的差值；
第一获取模块，用于基于所述差值进行积分运算，得到给定电磁转矩。
优选的，所述第二获取单元，包括：
第二获取模块，用于基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数；
第三获取模块，用于将所述积分系数、所述主动阻尼系数、所述抗饱和系数、所述给定电磁转矩、所述预设的给定转速、所述预设的截止频率和所述电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型进行处理，输出当前时刻的电机转速；
其中，所述预先建立的电机转速模型表示为：
其中，s为微分算子，ωc为所述截止频率，n*为所述给定转速，
优选的，预先建立电机转速模型的过程的所述第二获取单元，包括：
第一构建模块，用于基于所述电机输出电磁转矩、预设的电机转动惯量和所述当前时刻的电机转速构建电机运动方程模型；
第四获取模块，用于基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数；
第二构建模块，用于基于所述积分系数，所述主动阻尼系数、所述抗饱和系数、所述给定转速和所述给定电磁转矩构建电机控制方程模型；
第一确定模块，用于基于所述电机运动方程模型和所述电机控制方程模型，确定初始电机转速模型；
第二确定模块，用于基于所述初始电机转速模型、所述积分系数、所述主动阻尼系数和所述抗饱和系数，确定电机转速模型；
其中，所述电机转速模型的表示为：
其中，s为微分算子，ωc为所述截止频率，n*为所述给定转速，为所述给定电磁转矩，Te为所述电机输出电磁转矩，n为所述当前时刻的电机转速。
经由上述技术方案可知，获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速，将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。通过上述方案，基于预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，即为优化后的电机转速，基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。此外，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种电机转速控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例公开的带有主动阻尼功能和抗饱和环节的电机转速控制系统的逻辑示意图；
图3为本发明实施例公开的一种电机转速控制系统的流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
由背景技术可知，现有技术中，由于PI调节器的控制算法简单，虽然可以满足常规的转速要求，但是在控制转速的过程中，容易出现实际转速值超过给定转速值的转速超调现象和实际转速值围绕给定转速值上下变化的振荡现象，不利于电机转速控制系统的稳定性。
为了解决该问题，本发明公开了一种电机转速控制方法及系统，获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速，将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。通过上述方案，基于预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，即为优化后的电机转速，基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。此外，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。具体实现方式通过下述实施例具体进行说明。
如图1所示，为本发明实施例公开的一种电机转速控制方法的流程示意图，该电机转速控制方法应用于电机控制器，该电机转速控制方法主要包括如下步骤：
S101：获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速。
其中，电机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩。
S102：将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩。
在执行S102中涉及到将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩的过程，如A1-A2所示：
A1：将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行求差计算，得到预设的给定转速和上一时刻的电机转速的差值。
A2：基于差值进行积分运算，得到给定电磁转矩。
采用积分运算，能确保电机转速控制系统的静态误差，有利于提高电机转速控制系统的控制精度。
S103：将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速。
基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数。
预设的截止频率，其值取决于电机转速控制系统的动态响应要求。
其中，积分系数、主动阻尼系数和抗饱和系数的计算式，如公式(1)所示。
其中，Ki为积分系数，Kd为主动阻尼系数，Ka为抗饱和系数，ωc为截止频率。
积分系数用于降低静差，主动阻尼系数用于提升电机控制系统阻尼，抗饱和系数用于提升退出饱和状态的速度。
当给定电磁转矩大于电机输出电磁转矩时，电机转速控制系的转速调节器进入饱和状态，通过抗饱和系数提升退出饱和状态的速度，使得转速调节器快速退出饱和状态。
为确保电机转速控制系统的稳定性，通过对上一时刻的电机转速进行主动阻尼运算，能预测电机转速的变化趋势，增加系统的阻尼程度，减小电机转速控制系统的转速超调和振荡。
其中，转速超调是指实际电机转速值超过给定转速值。
振荡是指实际电机转速值围绕预设的给定转速值上下变化。
将积分系数、主动阻尼系数、抗饱和系数、给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型进行处理，输出当前时刻的电机转速。
其中，预先建立的电机转速模型，如公式(2)所示。
其中，s为微分算子，ωc为截止频率，n*为预设的给定转速，为给定电磁转矩，Te为电机输出电磁转矩，n为当前时刻的电机转速。
预先建立电机转速模型的过程，如B1-B5所示：
B1：基于电机输出电磁转矩、预设的电机转动惯量和当前时刻的电机转速构建电机运动方程模型。
电机运动方程模型的计算式，如公式(3)所示。
其中，Te为电机输出电磁转矩，J为电机转动惯量，π为圆周率，s为微分算子，n为当前时刻的电机转速。
B2：基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数。
B3：基于积分系数，主动阻尼系数、抗饱和系数、给定转速，给定电磁转矩构建电机控制方程模型。
电机控制方程模型的计算式，如公式(4)所示。
其中，为给定电磁转矩，Te为电机输出电磁转矩，s为微分算子，n*为预设的给定转速，n为当前时刻的电机转速，Ki为积分系数，Kd为主动阻尼系数，Ka为抗饱和系数。
B4：基于电机运动方程模型和电机控制方程模型，确定初始电机转速模型。
由公式(3)和公式(4)整理可得公式(5)，公式(5)即为初始电机转速模型的计算式。
其中，为给定电磁转矩，Te为电机输出电磁转矩，s为微分算子，n*为预设的给定转速，n为当前时刻的电机转速，Ki为积分系数，Kd为主动阻尼系数，Ka为抗饱和系数，π为圆周率，J为电机转动惯量。
B5：基于初始电机转速模型、积分系数、主动阻尼系数和抗饱和系数，确定电机转速模型。
电机转速模型的计算式，如公式(6)所示。
其中，s为微分算子，ωc为截止频率，n*为预设的给定转速，
当前时刻的电机转速以截止频率为二阶低通滤波轨迹跟踪给定转速，其调节器参数包括积分系数、主动阻尼系数、抗饱和系数都由设定的转速控制系统截止频率和负载转动惯量计算得到。
由于当前时刻的电机转速按照二阶闭环系统跟踪预设的给定转速，而常规转速控制系统是按照一阶闭环系统跟踪预设的给定转速，因为二阶闭环系统比一阶闭环系统有更好的稳态精度和动态响应，因此本方案有着更优的带宽频率，使得当前时刻的电机转速跟踪给定转速的能力更强，对高于带宽频率的输入信号，电机转速控制系统输出衰减速度更快。
S104：基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。
当在驾驶车辆中需要进行换挡操作时，需要精确的转速控制，通过电机转速模型得到的精确的电机转速执行电机转速控制，完成换挡操作。
通过电机转速模型得到的当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速执行电机转速控制操作，不会出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
为了方便理解电机转速控制的过程，且考虑到电机转速控制系统机械时间常数远大于电流环电气时间常数，因此忽略电流环和电机逆变器的电气时间常数，如图2所示，示出了带有主动阻尼功能和抗饱和环节的电机转速控制系统的逻辑示意图。
图2中，n*为预设的给定转速，
预设的给定转速和上一时刻的电机转速的差值经过积分环节Ki/s，得到给定转矩，由于控制器转矩输出能力受由性能曲线所限制，当转速调节器输出的给定转矩大于电机输出电磁转矩时，转速调节器调制器进入饱和，通过抗饱和环节Ka/s退出饱和状态。电机输出电磁转矩作用到电机上，根据上述电机的运动方程模型，得到当前时刻的电机转速，并将该当前时刻的转速执行电机转速控制操作。
本发明实施例公开了一种电机转速控制方法，本发明公开了一种电机转速控制方法及系统，获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速，将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。通过上述方案，基于预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，即为优化后的电机转速，基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。此外，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
基于上述实施例公开的一种电机转速控制方法，本发明实施例还对应公开了一种电机转速控制系统，如图3所示，该电机转速控制系统包括第一获取单元301，计算单元302，第二获取单元303和执行单元304。
第一获取单元301，用于获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速。
其中，电机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩。
计算单元302，用于将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩。
进一步的，计算单元302包括计算模块和第一获取模块。
计算模块，用于将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行求差计算，得到上一时刻的电机转速和预设的给定转速的差值。
第一获取模块，用于基于差值进行积分运算，得到给定电磁转矩。
第二获取单元303，用于将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速。
进一步的，第二获取单元303包括第二获取模块和第三获取模块。
第二获取模块，用于基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数。
其中，预设的截止频率，其值取决于电机转速控制系统的动态响应要求。
积分系数用于降低静差，主动阻尼系数用于提升电机控制系统阻尼，抗饱和系数用于提升退出饱和状态的速度。
第三获取模块，用于将积分系数、主动阻尼系数、抗饱和系数、给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型进行处理，输出当前时刻的电机转速。
其中，预先建立的电机转速模型表示为：
其中，s为微分算子，ωc为截止频率，n*为给定转速，为给定电磁转矩，Te为电机输出电磁转矩，n为当前时刻的电机转速。
进一步的，第二获取单元303还包括第一构建模块、第四获取模块、第二构建模块、第一确定模块和第二确定模块。
第一构建模块，用于基于电机输出电磁转矩、预设的电机转动惯量和当前时刻的电机转速构建电机运动方程模型。
第四获取模块，用于基于预设的截止频率，分别得到积分系数，主动阻尼系数和抗饱和系数。
第二构建模块，用于基于积分系数，主动阻尼系数、抗饱和系数、给定转速和给定电磁转矩构建电机控制方程模型。
第一确定模块，用于基于电机运动方程模型和电机控制方程模型，确定初始电机转速模型。
第二确定模块，用于基于初始电机转速模型、积分系数、主动阻尼系数和抗饱和系数，确定电机转速模型。
其中，电机转速模型的表示为：
其中，s为微分算子，ωc为截止频率，n*预设的给定转速，
执行单元304，用于基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。
当在驾驶车辆中需要进行换挡操作时，需要精确的转速控制，通过电机转速模型得到的精确的电机转速执行电机转速控制，完成换挡操作。
通过电机转速模型得到的当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速执行电机转速控制操作，不会出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
本发明公开了一种电机转速控制系统，获取电机输出电磁转矩和上一时刻的电机转速，将预设的给定转速和上一时刻的电机转速进行积分运算，得到给定电磁转矩，将给定电磁转矩、预设的给定转速、预设的截止频率和电机输出电磁转矩输入至预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，基于当前时刻的电机转速，执行电机转速控制操作。通过上述系统，基于预先建立的电机转速模型，得到当前时刻的电机转速，即为优化后的电机转速，基于该优化后的电机转速执行电机转速控制操作。此外，通过增强电机转速控制系统阻尼，使得当前时刻的电机转速跟随预设的给定转速，防止出现转速超调现象和振荡现象，从而有利于电机转速控制系统的稳定性。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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