交流伺服电机的电流预测控制方法及其系统

摘要

一种交流伺服电机的电流预测控制方法，包括如下步骤：根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前负载转矩预测值；根据预设电磁转矩函数关系以及当前负载转矩预测值，得到当前电磁转矩值；根据预设交轴电流函数关系以及当前电磁转矩值，得到交轴电流值。本发明的交流伺服电机的电流预测控制方法能够预测出交流伺服电机的实际电流值，从而可以采用软件算法的方式来代替传统电流传感器检测方式，使得能够无需配置电流霍尔传感器，以及能够更精确地得到交轴电流的数据，由此降低交流伺服驱动系统的硬件成本，提高行业竞争力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流伺服电机控制技术领域，特别是涉及一种交流伺服电机的电流预测控制方法及其系统。

背景技术

目前，交流交流伺服电机的应用越来越广，对成本的控制也要求越来越低。20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时交流伺服电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。交流伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

进一步地，传统交流伺服电机的电流预测控制方法是基于矢量控制算法，然而，该算法需要配置两个以上的电流霍尔传感器，而电流霍尔传感器成本较高，在行业内还较难生产出技术和成本都合乎要求的电流霍尔传感器，因此交流交流伺服电机的驱动系统的成本长期处于高位。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够无需配置电流霍尔传感器，以及能够更精确地得到交轴电流数据的交流伺服电机的电流预测控制方法及其系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种交流伺服电机的电流预测控制方法，包括如下步骤：

根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前负载转矩预测值；

根据预设电磁转矩函数关系以及当前所述负载转矩预测值，得到当前电磁转矩值；

根据预设交轴电流函数关系以及所述当前所述电磁转矩值，得到交轴电流值。

在其中一个实施例中，所述根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前负载转矩预测值的操作具体包括如下步骤：

采集当前交轴输入电压；

根据所述预设负载转矩预测函数关系：

其中，β为第一预测增益值、a为第二预测增益值、ω_r为电机的转速值、u_q为当前交轴输入电压、a为第一预设转速函数关系、b为第二预设转速函数关系、c为第三预设转速函数关系、为负载转矩预测值，

得到当前所述负载转矩预测值。

在其中一个实施例中，所述第一预设转速函数关系a为所述第二预设转速函数关系b为所述第三预设转速函数关系c为其中B_m为摩擦系数、J为转动惯量、k_p为预设应用矢量控制函数。

在其中一个实施例中，所述根据预设电磁转矩函数关系以及所述当前负载转矩预测值，得到当前电磁转矩值的操作具体包括如下步骤：

根据所述预设电磁转矩函数关系：其中，T_e为电磁转矩值、B_m为摩擦系数、J为转动惯量、为负载转矩预测值、ω_r为电机的转速值，

根据当前所述负载转矩预测值及所述预设电磁转矩函数关系，得到所述当前电磁转矩值。

在其中一个实施例中，所述根据预设交轴电流函数关系以及所述当前所述电磁转矩值，得到交轴电流值的操作具体包括如下步骤：

根据所述交轴电流函数关系：i_q＝T_e/k_p，其中，T_e为电磁转矩值，k_p为预设应用矢量控制函数，

根据当前所述电磁转矩值及所述预设电磁转矩函数关系，得到所述当前电磁转矩值。

一种电流预测控制系统，包括：当前负载转矩预测值处理模块，所述当前负载转矩预测值处理模块用于根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前负载转矩预测值；

当前电磁转矩值处理模块，根据预设电磁转矩函数关系以及当前所述负载转矩预测值，得到当前电磁转矩值；

当前交轴电流值处理模块，根据预设交轴电流函数关系以及所述当前所述电磁转矩值，得到交轴电流值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的交流伺服电机的电流预测控制方法能够预测出交流伺服电机的实际电流值，从而可以采用软件算法的方式来代替传统电流传感器检测方式，使得能够无需配置电流霍尔传感器，以及能够更精确地得到交轴电流的数据，由此降低交流伺服驱动系统的硬件成本，提高行业竞争力。

附图说明

图1为本发明一实施方式的交流伺服电机的电流预测控制方法的步骤流程图；

图2为本发明一实施方式的电流预测控制系统的功能模块图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，为本发明一实施方式的交流伺服电机的电流预测控制方法的步骤流程图。

一种交流伺服电机的电流预测控制方法，包括如下步骤：

步骤S10，根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前交流伺服电机的负载转矩预测值。

具体的，步骤S10中得到当前交流伺服电机的负载转矩预测值的操作具体包括如下步骤：

采集当前交流伺服电机的交轴输入电压；

根据预设负载转矩预测函数关系：从而得到当前交流伺服电机的负载转矩预测值。

其中，β为第一预测增益值、a为第二预测增益值、ω_r为交流伺服电机的转速值、u_q为当前交流伺服的交轴输入电压、a为第一预设转速函数关系、b为第二预设转速函数关系、c为第三预设转速函数关系、为负载转矩预测值。要说明的是，β与a在不同的电机中具有不同的数值，为常量，具体如何得到，请参考现有技术实现，在此不再赘述。ω_r在不同的电机中具有不同的数值，该数值由本领域普通技术人员根据实验数据或者电机其余参数值进行推导可得，具体如何得到，请参考现有技术实现，在此不再赘述。如此，通过根据预设负载转矩预测函数关系：就可以更好的得到负载转矩预测值。

在本实施例中，第一预设转速函数关系a为第二预设转速函数关系b为第三预设转速函数关系c为其中B_m为摩擦系数、J为转动惯量、k_p为预设应用矢量控制函数。关于B_m、J与k_p具体如何得到，请参考下文的具体描述。如此，通过上述预设转速函数关系，就可以更好的得到第一预设转速函数关系a、第二预设转速函数关系b与第三预设转速函数关系c。

步骤S20，根据预设电磁转矩函数关系以及当前交流伺服电机的负载转矩预测值，得到当前交流伺服电机的电磁转矩值；

具体的，步骤S20中得到当前交流伺服电机的电磁转矩值的操作具体包括如下步骤：

根据预设电磁转矩函数关系：及步骤S10中得到的当前交流伺服电机的负载转矩预测值，得到当前交流伺服电机的电磁转矩值。

其中，T_e为电磁转矩值、B_m为摩擦系数、J为转动惯量、为负载转矩预测值、ω_r为电机的转速值。如此，通过上述电磁转矩函数关系，就可以更好的得到当前交流伺服电机的电磁转矩值。

步骤S30，根据预设交轴电流函数关系以及当前交流伺服电机的电磁转矩值，得到交流伺服电机的交轴电流值。

具体的，步骤S30中得到交流伺服电机的交轴电流值的操作具体包括如下步骤：

根据交轴电流函数关系：及步骤20中得到的当前交流伺服电机的电磁转矩值，得到交流伺服电机的交轴电流值。因为k_p＝3n_pL_mdI_df/2，即可将交轴电流函数关系简化为i_q＝T_e/k_p，其中，T_e为电磁转矩值，k_p为预设应用矢量控制函数。如此，通过上述交轴电流函数关系，就可以更好的得到当前交流伺服电机的交轴电流值。

因此，通过上述交流伺服电机的电流预测控制方法，能够预测出交流伺服电机的实际电流值，从而可以采用软件算法的方式来代替传统电流传感器检测方式，使得能够无需配置电流霍尔传感器，以及能够更精确地得到交轴电流的数据，由此降低交流伺服驱动系统的硬件成本，提高行业竞争力。

如图2所示，为本发明一实施方式的电流预测控制系统10的功能模块图。

一种电流预测控制系统10，包括：

当前负载转矩预测值处理模块100，当前负载转矩预测值处理模块100用于根据预设负载转矩预测函数关系，得到当前负载转矩预测值。

当前电磁转矩值处理模块200，根据预设电磁转矩函数关系以及当前负载转矩预测值，得到当前电磁转矩值；

当前交轴电流值处理模块300，根据预设交轴电流函数关系以及当前电磁转矩值，得到交轴电流值。

在本发明一实施方式中，交流伺服电机在旋转坐标系中的函数关系为：

其中，是d，q在坐标下的定子电压；是定子电流；λ_d，λ_q是定子磁链；L_d，L_q电感分量；ω_f、分别是电机电角度和给定转速；L_md是定子相电感；I_df是等效电流；n_p是定子磁极对数；R_s是定子电阻。

其中，电磁转矩方程为：

动力方程：

其中，T_l为负载力矩，B_m是摩擦系数，J是转动惯量。

通过应用矢量控制方程，可以将动力方程可以简化如下：

将动力方程电磁转矩方程代入动力方程，可得电机的转速方程：

上述矢量控制方法是通过电机的转速方程，然后利用电流霍尔传感器检测电机两相或三相电流，再经过坐标变换成iq进行控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。