阅读说明：本技术 永磁同步电机的启动方法、装置及电机 (Starting method and device of permanent magnet synchronous motor and motor ) 是由 唐婷婷 王声纲 朱绯 任艳华 潘军 陈跃 杨正 王璠 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种永磁同步电机的启动方法、装置及电机,在接收到上位机发送的启动指令时,采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时,采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制。本方案,在接收到启动指令时,采用电流闭环给电机一个电流,让转子开始转起来,在达到设定时间阈值时,转子会有一个转动的惯性,此时,直接切换到速度闭环对电极进行控制,省去了定位时间,从而可以快速实现永磁同步电机的启动。(The invention provides a starting method and a starting device of a permanent magnet synchronous motor and the motor, wherein when a starting instruction sent by an upper computer is received, the permanent magnet synchronous motor is subjected to first control in a current closed loop and speed open loop mode; and when the duration of the first control reaches a set time threshold, performing second control on the permanent magnet synchronous motor in a current closed-loop and speed closed-loop mode. According to the scheme, when a starting instruction is received, the current closed loop is adopted to supply the current to the motor, the rotor starts to rotate, when a set time threshold is reached, the rotor has rotating inertia, at the moment, the speed closed loop is directly switched to control the electrode, the positioning time is saved, and therefore the permanent magnet synchronous motor can be quickly started.)

永磁同步电机的启动方法、装置及电机

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的启动方法、装置及电机。

背景技术

永磁同步电机在运行时需要检测转子的实际速度、位置来实现绕组的换向，一般情况下通过检测电机的反电动势或其谐波来估计转子的速度、位置，然而，当永磁同步电机在零速度或低速时，由于反电势较小，难以进行检测，因此，永磁同步电机启动时需要采用特殊的方法进行启动。

常规的启动方法分为以下几个过程：

1、转子初始定位：向电机绕组通一直流电，使得转子定位在某个角度；

2、速度开环(电流闭环)控制：一边使用预定幅值的电流按照预定相序依次导通电子绕组，一边逐步提高换流频率，使电机加速到设定的转速(又称之为同步运转模式)；

3、速度开闭环切换到速度闭环(电流闭环)：当换流频率大于预定值，即有足够大的反电动势时，切换到速度闭环控制(又称为无传感器运转模式)，完成永磁同步电机的启动。

现有技术中，转子定位过程往往就需要耗费1～2秒的时长，然而，对电磁同步电机启动有要求的设备，例如，波轮洗衣机，一般要求电机1秒内就得达到最高转速，然后在最大转速运行，停机，反转，停机，正转，如此循环。现有的启动方法无法满足电机启动的快速性。

发明内容

本发明实施例提供了一种永磁同步电机的启动方法、装置及电机，以实现永磁同步电机的启动快速性。

第一方面，本发明提供了一种永磁同步电机的启动方法，包括：

在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；

在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制。

优选地，

所述启动指令携带加速度和目标转速；

所述采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行控制，包括：在所述加速度大于第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每隔设定时段增加一次转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；在所述加速度不大于所述第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每次增加设定步长的转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；所述转速命令和转速反馈的误差值作为速度PI环调节的输入端。

优选地，

进一步包括：确定洗衣机当前的工作模式，所述工作模式包括洗涤模式或脱水模式；

在所述工作模式为洗涤模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第二转速，则所述转速命令的初始速度值为第二转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第二转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速；

在所述工作模式为脱水模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第三转速，则所述转速命令的初始速度值为第三转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第三转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速。

优选地，所述第二转速大于所述第三转速。

第二方面，本发明提供了一种永磁同步电机的启动装置，包括：

第一控制单元，用于在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；

第二控制单元，用于在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制。

优选地，

所述启动指令携带加速度和目标转速；

所述采第二控制单元，具体用于在所述加速度大于第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每隔设定时段增加一次转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；在所述加速度不大于所述第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每次增加设定步长的转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；所述转速命令和转速反馈的误差值作为速度PI环调节的输入端。

优选地，

进一步包括：模式确定单元，用于确定洗衣机当前的工作模式，所述工作模式包括洗涤模式或脱水模式；

在所述工作模式为洗涤模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第二转速，则所述转速命令的初始速度值为第二转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第二转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速；

在所述工作模式为脱水模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第三转速，则所述转速命令的初始速度值为第三转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第三转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速。

优选地，所述第二转速大于所述第三转速。

第三方面，本发明提供了一种电机，包括：上述任一项所述永磁同步电机的启动装置。

第四方面，本发明提供了一种波轮洗衣机，包括：上述的电机。

本发明实施例提供了一种永磁同步电机的启动方法、装置及电机，在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制，本方案，在接收到启动指令时，采用电流闭环给电机一个电流，让转子开始转起来，在达到设定时间阈值时，转子会有一个转动的惯性，此时，直接切换到速度闭环对电极进行控制，省去了定位时间，从而可以快速实现永磁同步电机的启动。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种启动方法流程图；

图2是本发明一个实施例提供的一种启动装置结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的另一种启动装置结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的一种永磁同步电机控制框图；

图5是本发明一个实施例提供的另一种启动方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种永磁同步电机的启动方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤01，在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；

步骤02，在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制。

在本发明实施例中，在接收到启动指令时，采用电流闭环给电机一个电流，让转子开始转起来，在达到设定时间阈值时，转子会有一个转动的惯性，此时，直接切换到速度闭环对电极进行控制，省去了定位时间，从而可以快速实现永磁同步电机的启动。

在本发明一个实施例中，由于洗衣机的工作模式不同，上位机发送的加速度也不同，在第二控制阶段，由速度开环切换到速度闭环，若速度幅度变化波动较大，会降低启动成功率，因此，为了让启动更平滑，根据不同的加速度，转速命令增加的方式不一样，其中所述启动指令携带加速度和目标转速；

所述采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行控制，包括：在所述加速度大于第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每隔设定时段增加一次转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；在所述加速度不大于所述第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每次增加设定步长的转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；所述转速命令和转速反馈的误差值作为速度PI环调节的输入端。

优选地，第一转速ω₁可以为400～600转每分钟；所述设定时段为3～7ms；所述设定步长为0.5～1.5转每分钟。

假设，初始速度值为ω₀，第一转速ω₁为500转每分钟，设定时段为5ms，设定步长为1转每分钟，那么若启动指令携带的加速度大于500转每分钟，转速命令从初始速度值ω₀开始，每隔5ms，转速命令增加一次转速，其中，每次增加的转速可以为0.5～1.5转每分钟,例如增加1转，在5ms时，转速命令为ω₀+1，10ms时，转速命令为ω₀+2……依次类推，直到永磁同步电机达到目标转速为止；若启动指令携带的加速度不大于500转每分钟，那么转速命令ω₀开始，当永磁同步电机转速达到ω₀，则增加1转，转速命令为ω₀+1，当永磁同步电机转速达到ω₀+1时，再增加1转，转速命令为ω₀+2，当当永磁同步电机转速达到ω₀+2时，再增加1转，转速命令为ω₀+3……依次类推，直到永磁同步电机达到目标转速为止。

如此，可以保证永磁同步电机在速度闭环控制过程中，速度变化平缓，使得永磁同步电机的启动过程更平滑，提高启动成功率。

其中，转速反馈可以通过估计反电动势来估算。

在本发明一个实施例中，由于用户选择洗衣机的工作模式不同，上位机会发不同的加速度，且位置估算算法在低速时估算不准，为了保证永磁同步电机的成功启动，在进入第二控制阶段时需要进一步包括：确定洗衣机当前的工作模式，所述工作模式包括洗涤模式或脱水模式；

在所述工作模式为洗涤模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第二转速，则所述转速命令的初始速度值为第二转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第二转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速；

在所述工作模式为脱水模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第三转速，则所述转速命令的初始速度值为第三转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第三转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速。

其中，在由速度开环切换到速度闭环后，转速命令从0开始累加，若在速度闭环初期，根据洗衣机的洗涤模式或脱水模式，转速命令对应的当前转速小于等于第二转速ω₂或第三转速ω₃，那么转速命令的初始速度值为ω₂或ω₃，否则，转速命令的初始速度值为该当前转速。

在本发明一个实施例中，所述第二转速大于所述第三转速。

请参考图2，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的启动装置，包括：

第一控制单元201，用于在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对所述永磁同步电机进行第一控制；

第二控制单元202，用于在进行所述第一控制的时长达到设定时间阈值时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述永磁同步电机进行第二控制。

在本发明一个实施例中，所述启动指令携带加速度和目标转速；

所述采第二控制单元202，具体用于在所述加速度大于第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每隔设定时段增加一次转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；在所述加速度不大于所述第一转速时，转速命令从初始速度值开始，每次增加设定步长的转速，直到所述永磁同步电机达到所述目标转速；所述转速命令和转速反馈的误差值作为速度PI环调节的输入端。

在本发明一个实施例中，请参考图3，所述永磁同步电机的启动装置可以进一步包括：模式确定单元203，用于确定洗衣机当前的工作模式，所述工作模式包括洗涤模式或脱水模式；

在所述工作模式为洗涤模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第二转速，则所述转速命令的初始速度值为第二转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第二转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速；

在所述工作模式为脱水模式时，若所述转速命令对应的当前转速小于等于第三转速，则所述转速命令的初始速度值为第三转速，若所述转速命令对应的当前转速大于所述第三转速，则所述转速命令的初始速度值为该当前转速。

在本发明一个实施例中，所述第二转速大于所述第三转速。

本发明实施例还提供了一种电机，包括：上述实施例中任一所述永磁同步电机的启动装置。

本发明实施例还提供了一种波轮洗衣机，包括：上述电机。

现以波轮洗衣机为例，对永磁同步电机的启动过程进行说明，请参考图4和图5，其中图4为永磁同步电机控制框图，图5为启动过程流程图，该启动过程包括以下步骤：

步骤501，预先设定时间阈值。

其中，该时间阈值的设定是对电流闭环速度开环控制方式进行的控制时长，目的是让永磁同步电机动起来，存在一个转动惯性，优选地，该时间阈值可以为80～150ms。

步骤502，用户在波轮洗衣机上选择好相应的工作模式，点击开始后，上位机根据用户的选择生成启动指令。

其中，波轮洗衣机在洗涤模式和脱水模式下，均需要启动波轮洗衣机内的电机，因此，上位机可以根据用户的选择生成启动指令，其中，启动指令携带加速度和目标转速。

需要说明的是，波轮洗衣机在洗涤模式和脱水模式下，对应的加速度和目标转速均不同，其中对应的加速度和目标转速为预先设定的值。

步骤503，第一控制单元在接收到上位机发送的启动指令时，采用电流闭环、速度开环的方式对波轮洗衣机内的永磁同步电机进行第一控制。

图4中，

是q轴(交轴)电流设定值，

是d轴(直轴)电流设定值。i_u、i_v、i_w分别是U相、V相、W相的采样电流，是可以直接通过AD采样得到的，通常直接采样其中两相，利用公式i_u+i_v+i_w＝0计算得到第三相。电角度

可以通过实时读取磁编码器的值计算得到。

在电流闭环、速度开环时，图4中

前方的速度PI环断开，在得到三相电流和电角度后，即可以进行电流环的执行了：三相电流i_u、i_v、i_w经过Clark变换得到i_α,i_β；然后经过Park变换得到i_q,i_d；然后分别与他们的设定值

计算误差值；然后分别将q轴电流误差值代入q轴电流PI环计算得到V_q，将d轴电流误差值代入d轴电流PI环计算得到V_d；然后对V_q,V_d进行反Park变换得到V_α,V_β；然后经过SVPWM算法得到V_a,V_b,V_c，最后输入到电机三相上，这样就完成了一次电流环的控制。

其中，在电流闭环、速度开环阶段，可以只给电机一个小电流，使转子转动起来即可，无需进行定位。

步骤504，在进行第一控制的时长达到设定时间阈值时，切换到电流闭环、速度闭环进行控制。

其中，切换到速度闭环后，控制模式请参考图4，ω_ref为转速命令对应的速度值，

为转速反馈，其中，转速反馈可以通过电机编码器计算得到。将ω_ref与

进行误差计算，计算的的误差值作为速度PI环的输入端，此时，电流PI环中d轴电流被设定为零，因为d轴电流对于驱动电机的转动不会产生输出力，所以通常情况下都会将d轴电流设定为零，

就等于速度环的输出，结合电流环，从而实现电流环、速度环的双闭环控制。

由于波轮洗衣机的工作模式不同，上位机发送的加速度也不同，在第二控制阶段，由速度开环切换到速度闭环，若速度幅度变化波动较大，会降低启动成功率，因此，为了让启动更平滑，根据不同的加速度，转速命令增加的方式不一样，具体控制方式如下：

(1)启动指令携带的加速度大于第一转速ω₁。

(1.1)波轮洗衣机的工作模式为洗涤模式。

转速命令ω_ref从0开始逐渐累加，若在切换初期，转速命令ω_ref对应的当前转速小于等于第二转速ω₂，那么转速命令的初始速度值为ω₂，转速命令从ω₂开始每隔设定时段增加一次转速，直到永磁同步电机达到目标转速为止；若转速命令ω_ref对应的当前转速大于第二转速ω₂，那么转速命令的初始速度值为当前转速，转速命令从当前转速开始每隔设定时段增加一次转速，直到永磁同步电机达到目标转速为止。

(1.2)波轮洗衣机的工作模式为脱水模式。

转速命令ω_ref从0开始逐渐累加，若在切换初期，转速命令ω_ref对应的当前转速小于等于第三转速ω₃，那么转速命令的初始速度值为ω₃，转速命令从ω₃开始每隔设定时段增加一次转速，直到永磁同步电机达到目标转速为止；若转速命令ω_ref对应的当前转速大于第三转速ω₃，那么转速命令的初始速度值为当前转速，转速命令从当前转速开始每隔设定时段增加一次转速，直到永磁同步电机达到目标转速为止。

(2)启动指令携带的加速度大于第一转速ω₁。

(2.1)波轮洗衣机的工作模式为洗涤模式。

转速命令ω_ref从0开始逐渐累加，若在切换初期，转速命令ω_ref对应的当前转速小于等于第二转速ω₂，那么转速命令的初始速度值为ω₂，转速命令从ω₂开始，当永磁同步电机转速达到ω₂，则增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₂+1，当永磁同步电机转速达到ω₂+1时，再增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₂+2，当永磁同步电机转速达到ω₂+2时，再增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₂+3……依次类推，直到永磁同步电机达到目标转速为止。

(2.2)波轮洗衣机的工作模式为脱水模式。

转速命令ω_ref从0开始逐渐累加，若在切换初期，转速命令ω_ref对应的当前转速小于等于第三转速ω₃，那么转速命令的初始速度值为ω₃，转速命令从ω₃开始，当永磁同步电机转速达到ω₃，则增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₃+1，当永磁同步电机转速达到ω₃+1时，再增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₃+2，当永磁同步电机转速达到ω₃+2时，再增加一次转速，例如1转，转速命令为ω₃+3……依次类推，直到永磁同步电机达到目标转速为止。

其中，ω₂大于ω₃。

以上实现了从0启动到最大速度的一次电机启动过程，若为洗涤模式，在电机启动后达到最大速后，停止，然后反转，反转过程与正转过程相同，均由上述步骤实现，反转达到最大速后，停止，然后正转，从而完成洗涤模式的工作；若为脱水模式，在电机启动后达到最大速，可以保持一定时长，然后停止。

综上，本发明各个实施例至少可以实现如下有益效果：

1、在本发明实施例中，在接收到启动指令时，采用电流闭环给电机一个电流，让转子开始转起来，在达到设定时间阈值时，转子会有一个转动的惯性，此时，直接切换到速度闭环对电极进行控制，省去了定位时间，从而可以快速实现永磁同步电机的启动。

2、在本发明实施例中，由于洗衣机的工作模式不同，上位机发送的加速度也不同，在第二控制阶段，由速度开环切换到速度闭环，若速度幅度变化波动较大，会降低启动成功率，通过根据不同的加速度，控制转速命令不一样的增加方式，从而可以保证电机启动更平滑，提高启动成功率。

3、在本发明实施例中，由于位置估算算法在低速时估算不准，为了保证永磁同步电机的成功启动，需要设定一个初始速度值，在切换初期，若转速命令对应的当前转速小于等于该初始速度值，则将初始速度值作为转速命令，从而可以保证有一个适当的速度，使得位置估算算法更准确，提高电机启动的成功率。

上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二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因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。