[发明专利]一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法

说明书

本发明涉及恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制技术领域，尤其为一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法。本发明针对采用恒转矩控制方式或者恒功率控制方式的电机驱动系统，按照本发明的运行控制逻辑，可以避免电机长时间运行在共振频率区域，达到了防止电机共振噪音的目的，解决了通常恒转矩控制方式或者恒功率控制方式工作的驱动器无法避开共振点的问题，通过采用的运算控制逻辑，在上位机或者外部指令值发生变化时，或者负载发生变化时，可以随时调整驱动器的运行状态，避开共振频率区域；以及通过切换控制模式至恒转速控制的方法，能够精确的避开电机的共振频率区域。

技术领域

本发明涉及恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制技术领域，具体为一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法。

背景技术

通常，驱动器(也被称为变频器、逆变器或者驱动装置等，下文统一称呼为驱动器)驱动电机时，必须按照最终系统工程的要求进行电机的控制。例如，控制电机速度的被称为恒转速控制方式，这是比较通用的控制方法。也有以控制电机输出转矩为目的的，被称为恒转矩控制方式，或者以控制电机输入输出功率为目的的，被称为恒功率控制方式。另一方面，电机和负载在高速旋转时，由于设计或制造原因，经常性地在某个转速区域下存在着共振点。系统共振点的存在，造成电机和负载运行在共振点所对应的转速区域时，会产生强烈的振动或者噪音。为了解决电机的共振和噪音问题，通常在电机设计和制造时采用改变电机定转子结构设计、修改电机的齿槽配合、定子或转子进行斜槽处理、增加减震措施、校正转子同心度等等各种措施，尽可能的在源头上消除电机和系统的共振点，或者使电机的共振点远离系统运行的工作区域。但是，由于驱动器在驱动电机时宽广的可变速运行范围，使得电机很难完全避开共振点。因此，驱动器控制电机运行时，在共振点所对应的转速区域时必须采取相应措施。

业界有论文报告，当电机工作在共振点所对应的转速区域时，驱动器通过将高次谐波频率电流注入到电机正常运行相电流中的手法，使得电机的振动频率转移，避免电机和负载的共振。但是，这种方法首先在工程上需要超高速运算速度的硬件控制手段和软件编程手段，代价相当高；同时，相电流中混入高次谐波电流后将很容易干扰到正常的电机运行控制，例如高次谐波电流可能干扰到无位置传感器FOC的电流采样和位置推测算法，进而打乱整个系统的运行控制机制，造成电机运行时跳保护；而且更为重要的是，这种做法与电机和负载的机械结构有关，实际上并不能解决所有电机的共振噪音问题。

因此，一般而言，在工程上较为常见和实用的方法是避免电机运行在共振点所对应的转速区域。例如，驱动器使用恒转速控制方式时，预先测试得到电机和负载系统共振点所对应的共振频率区域，然后在设置电机转速指令时，避开上述共振频率区域，即可简单地达到解决电机的共振噪音的目的。

但是，当驱动器在恒转矩控制方式或者恒功率控制方式驱动电机时，由于电机的运行指令值是电机的输出转矩或者输入输出功率，在这两种控制方式下，电机的实际转速同时受到指令值和负载的转矩-速度特性的影响。这里，用一个驱动器以恒转矩控制方式驱动电机，电机的负载是水泵作为例子。此时，驱动器工作在恒转矩控制方式，电机输出一个与转速无关的恒定转矩，而水泵的负载转矩与速度呈如图4所示的曲线①的关系，所以电机拖动水泵的速度稳定在曲线①和电机输出转矩的交点1上。在水泵管道的阀门改变时，水泵的转矩-速度特性曲线随之改变，由曲线①变成曲线②。如果电机输出转矩不变时，电机拖动水泵的速度变成曲线②和电机输出转矩的交点2，电机速度发生了较大的变化。反过来，阀门不变而电机输出转矩发生变化时，电机转速也会发生变化。很明显，这个应用例表明，在恒转矩控制方式下电机的输出转矩受控，但电机速度是不受控的。同样，恒功率控制方式时，尽管电机的输出功率受控，但电机速度也是不受控的。

因此，在上述两种控制方式下，无法简单的通过设置转速指令值避开共振频率区域的办法来解决电机的共振噪音。

发明内容

本发明的目的在于提供一种恒转矩或恒功率控制时的避免电机共振的运算控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。