CN104639002A - 同步电机的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步电机的控制方法、装置及系统。其中，该控制系统包括：获取装置，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；内模控制器，与获取装置连接，用于使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；计算器，与内模控制器连接，用于根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；反馈控制器，连接于计算器与内模控制器之间，用于使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；电机控制器，与内模控制器连接，用于控制同步电机。通过本发明，解决了现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，实现了准确高效地对同步电机进行矢量控制的效果。

Description

同步电机的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体而言，涉及一种同步电机的控制方法、装置及系统。

背景技术

目前永磁同步电机矢量控制系统中的位置、速度和电流环均采用常规的PI或者PID调节器，这些调节器一般是基于线性理论设计的，只能在一个特定运行点或有限的范围内得到较好的控制。为获得良好的动态性能和消除静差，如图1所示的永磁同步电机矢量控制系统，该系统主要由同步电机（PMSM）、三相逆变器（IPM，可以采用电压源型逆变器）、控制器（PI，也即PI调节器）、调制解调器、电压电流采样和保护电路组成，在该系统中还可以包括：Park变换器、Clarke变换器以及Park逆变器，其中，PI调节器增益计算需要系统准确的数学模型。事实证明，这类调节器对扰动和系统参数的变化是非常敏感的，然而，电机在高速动态变化时dq轴电压存在耦合关系，造成电磁转矩波动，使用传统的PI调节会降低系统对加速度的控制精度。

现有技术中还可以使用内模控制对电机进行控制，使用内模控制对模型精度的依赖性不高,当参数估计值与实际值存有偏差时，具有较好的补偿效果，但是当电机参数变化较大时，控制效果变差。

电流前馈解耦是在d轴和q轴电流控制器的输出端分别引入与永磁同步电机d，q轴电压方程的耦合项，大小相等符号相反作为耦合补偿，因此也称为电压前馈解耦控制。但电机运行时参数估计误差会造成补偿误差，延迟d轴和q轴电流动态变化，导致解耦控制效果严重变差。

偏差解耦是将电流指令值与实际值的偏差进行计算得到耦合电压，并将其作为补偿量加到直接控制器的输出端，但是偏差解耦的程序运行中所占用的时间过长，这就限制了伺服系统其它功能的应用。

目前的解耦技术方案和专利都没有解决对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题。

针对现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种同步电机的控制方法、装置及系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种同步电机的控制系统，该系统包括：获取装置，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；内模控制器，与获取装置连接，用于使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；计算器，与内模控制器连接，用于根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；反馈控制器，连接于计算器与内模控制器之间，用于使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；电机控制器，与内模控制器连接，用于根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机。

进一步地，获取装置包括：电流采样电路，用于采集同步电机的定子的初始电流；第一传感器，用于采集转速；Clarke变换器和Park变换器，用于对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

进一步地，电机控制器包括：Park逆变器，与内模控制器连接，用于对更新电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；空间矢量脉冲调制器，与Park逆变器连接，用于根据相电压分量产生调制解调信号；三相逆变器，连接于空间矢量脉冲调制器与同步电机之间，用于使用根据调制解调信号生成的控制信号控制同步电机。

进一步地，控制系统还包括：第二传感器，用于采集同步电机的转子机械角度；角度转换器，连接于第二传感器与内模控制器之间，用于将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。

进一步地，第一传感器和第二传感器为位置传感器或无位置传感器。

进一步地，控制系统还包括：速度转换器，分别与内模控制器和第一传感器连接，用于根据转速与预定转速的偏差确定q轴电流参考量。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种同步电机的控制方法，该方法包括：获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机。

进一步地，获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速的步骤包括：采集同步电机的定子的初始电流和转速；对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

进一步地，根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机的步骤包括：对电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；使用相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生调制解调信号；使用调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；使用控制信号控制同步电机。

进一步地，在对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量之前，方法还包括：采集同步电机的转子机械角度；将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。

进一步地，使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量的步骤包括：建立内模控制模型；通过内模控制模型根据电流分量、电流预定量和转速确定电压分量。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种同步电机的控制装置，该装置包括：获取模块，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；电压分量确定模块，用于使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；电压参数获取模块，用于根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；更新模块，用于使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；控制模块，用于根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机。

进一步地，获取模块包括：第一采集模块，用于采集同步电机的定子的初始电流和转速；变换模块，用于对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

进一步地，控制模块包括：逆变换模块，用于对电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；信号处理模块，用于使用相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生调制解调信号；控制信号生成模块，用于使用调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；控制子模块，用于使用控制信号控制同步电机。

进一步地，装置还包括：第二采集模块，用于采集同步电机的转子机械角度；转换模块，用于将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。

进一步地，电压分量确定模块包括：创建模块，用于建立内模控制模型；电压分量确定子模块，用于通过内模控制模型根据电流分量、电流预定量和转速确定电压分量。

采用本发明，通过获取装置获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速，通过内模控制器使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量，使用计算器计算同步电机实时运行的电机参数，然后通过反馈控制器使用电机参数更新内模控制模型对内模控制器进行反馈控制，使用重新确定的更新电压分量通过电机控制器控制同步电机。使用内模控制器代替传统的电流环PI控制器结构，对电流环进行控制，并且将在线参数辨识得到的电机参数（定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψf）代入内模控制器，实时更新内模控制模型，从而在当电机运行范围较宽导致参数发生明显变化时，通过反馈控制可以提高内模算法鲁棒性，使永磁同步电机矢量控制系统具有更良好的动态性能和静态精度，从而解决了现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，实现了准确高效地对同步电机进行矢量控制的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术中的同步电机的控制框图；

图2是根据本发明实施例的同步电机的控制系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的同步电机的控制系统的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的三相逆变器的结构图；

图5是根据本发明实施例的同步电机的控制方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的初始控制器的框图；

图7是根据本发明实施例的内模控制器的框图；

图8是根据本发明实施例的同步电机的LdLq变化曲线图；以及

图9是根据本发明实施例的同步电机的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2是根据本发明实施例的同步电机的控制系统的结构示意图。图3是根据本发明实施例的一种可选的同步电机的控制系统的结构示意图。

如图2和图3所示，该系统可以包括：获取装置10，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；内模控制器30，与获取装置10连接，用于使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；计算器50，与内模控制器30连接，用于根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；反馈控制器70，连接于计算器50与内模控制器30之间，用于使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；电机控制器90，与内模控制器30连接，用于根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机110。

采用本发明，通过获取装置获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速，通过内模控制器使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量，使用计算器计算同步电机实时运行的电机参数，然后通过反馈控制器使用电机参数更新内模控制模型对内模控制器进行反馈控制，使用重新确定的更新电压分量通过电机控制器控制同步电机。使用内模控制器代替传统的电流环PI控制器结构，对电流环进行控制，并且将在线参数辨识得到的电机参数（定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψ_f）代入内模控制器，实时更新内模控制模型，从而在当电机运行范围较宽导致参数发生明显变化时，通过反馈控制可以提高内模算法鲁棒性，使永磁同步电机矢量控制系统具有更良好的动态性能和静态精度，从而解决了现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，实现了准确高效地对同步电机进行矢量控制的效果。

本发明的上述实施例为电流环为内模控制结构，分别调节转矩电流分量和励磁电流分量跟踪给定值的变化，提高系统响应的快速性，并能及时抑制参数变化干扰，输出的dq轴电压矢量通过Park逆变换得到αβ轴电压矢量，加在SVPWM逆变器上，输出PWM波控制电机。

在本发明的上述实施例中，获取装置10可以包括：电流采样电路，用于采集同步电机的定子的初始电流；第一传感器，用于采集转速；Clarke变换器11和Park变换器13，用于对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

在本发明的上述实施例中，电机控制器90包括：Park逆变器91，与内模控制器30连接，用于对更新电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；空间矢量脉冲调制器93，与Park逆变器91连接，用于根据相电压分量产生调制解调信号；三相逆变器95（在图4中示出），连接于空间矢量脉冲调制器与同步电机之间，用于使用根据调制解调信号生成的控制信号控制同步电机。

根据本发明的上述实施例，控制系统还可以包括：第二传感器，用于采集同步电机的转子机械角度；角度转换器，连接于第二传感器与内模控制器之间，用于将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。优选地，第一传感器和第二传感器为位置传感器或无位置传感器。

具体地，通过电流采样电路测量电机得到定子的初始电流iA和iB，再经Clarke变换器和Park变换器得到dq轴的电流分量id和iq，将电流分量作为内模控制器的输入；通过位置传感器或无位置传感器可得到电机转子机械角度和转速，通过角度转换器将转子机械角度转换为电角度，将电角度提供给Park变换器及Park逆变换器的计算，转速ωe作为内模控制器和计算器的速度外环的负反馈量。

具体地，内模控制器输出交直轴电压，通过SVPWM模块（即上述实施例中的空间矢量脉冲调制器）控制电机。

更具体地，内模控制器输出dq轴的电压分量ud和uq，再通过Park逆变换输出αβ直角坐标系的相电压分量u_α和u_β，用于控制空间矢量脉冲调制器产生PWM控制信号，从而控制三相逆变器的输出，以实现对嵌入式永磁同步电机的矢量控制的准确性和稳定性，并且该控制方法不受参数变换幅度的影响。

图4是三相逆变器的结构图。在该三相逆变器中每个桥臂上下两个开关管状态互补，则逆变器有8种不同的开关状态。具体地，参考电压矢量u_s可由电压分量u_d、u_q和转子角度计算得到。图中的a,b,c,分别对应电机的三相，U为对电源的示意性说明。

根据本发明的上述实施例，控制系统还可以包括：速度转换器，分别与内模控制器30和第一传感器连接，用于根据转速与预定转速的偏差确定q轴电流参考量。

具体地，采用矢量控制策略，给定转速（即上述实施例中的预定转速）与转速ωe的偏差经过速度调节器，输出q轴电流的参考量iq’。

在内模控制器使用的内模控制模型中，可以令d轴电流的参考量id’=0（也可以是其他算法），id’、iq’与id、iq经过内模控制器，输出dq轴的电压分量ud和uq。

如图3所示，dq轴的电流分量id和iq和dq轴的电压分量ud和uq，以及转速ωe作为计算器的输入，通过参数辨识算法计算得到实时运行的电机参数：定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψ_f。

更具体地，当电机起动时，计算器不工作，电机参数采用离线状态下测量得到的电机的初始参数数值；电机开始加速并逐渐稳定的过程中，计算器开始工作，此时计算得到的电机参数准备切入到内模控制模型算法中。为了避免该时刻的参数与初始参数差别太大，导致电机运行震荡，计算器优选使用低通滤波算法，以减小电机参数变化对计算结果的影响，将电机参数代入内模控制器，实时更新内模控制模型。

图5是根据本发明实施例的同步电机的控制方法的流程图，如图5所示该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速。

步骤S104，使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量。

步骤S106，根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数。

步骤S108，使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量。

步骤S110，根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机。

采用本发明，通过获取装置获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速，通过内模控制器使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量，使用计算器计算同步电机实时运行的电机参数，然后通过反馈控制器使用电机参数更新内模控制模型对内模控制器进行反馈控制，使用重新确定的更新电压分量通过电机控制器控制同步电机。使用内模控制器代替传统的电流环PI控制器结构，对电流环进行控制，并且将在线参数辨识得到的电机参数（定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψ_f）代入内模控制器，实时更新内模控制模型，从而在当电机运行范围较宽导致参数发生明显变化时，通过反馈控制可以提高内模算法鲁棒性，使永磁同步电机矢量控制系统具有更良好的动态性能和静态精度，从而解决了现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，实现了准确高效地对同步电机进行矢量控制的效果。

根据本发明的上述实施例，获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速的步骤可以包括：采集同步电机的定子的初始电流和转速；对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

在上述实施例中，在对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量之前，方法还可以包括：采集同步电机的转子机械角度；将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。

具体地，通过电流采样电路测量电机得到定子的初始电流iA和iB，再经Clarke变换器和Park变换器得到dq轴的电流分量id和iq，将电流分量作为内模控制器的输入；通过位置传感器或无位置传感器可得到电机转子机械角度和转速，通过角度转换器将转子机械角度转换为电角度，将电角度提供给Park变换器及Park逆变换器的计算，转速ωe作为内模控制器和计算器的速度外环的负反馈量。

根据本发明的上述实施例中，根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机的步骤可以包括：对电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；使用相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生调制解调信号；使用调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；使用控制信号控制同步电机。

具体地，内模控制器输出交直轴电压，通过SVPWM模块（即上述实施例中的空间矢量脉冲调制器）控制电机。

更具体地，内模控制器输出dq轴的电压分量ud和uq，再通过Park逆变换输出αβ直角坐标系的相电压分量u_α和u_β，用于控制空间矢量脉冲调制器产生PWM控制信号，从而控制三相逆变器的输出，以实现对嵌入式永磁同步电机的矢量控制的准确性和稳定性，并且该控制方法不受参数变换幅度的影响。

在本发明的上述实施例中，使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量的步骤可以包括：建立内模控制模型；通过内模控制模型根据电流分量、电流预定量和转速确定电压分量。

具体地，在本实施例中，可以忽略电机铁心饱和，不计电机中的涡流和磁滞损耗；永磁材料的电导率设置为零；转子上没有阻尼绕组；相绕组中感应电动势波形为正弦。

下面以嵌入式永磁同步电机为例，详细介绍本发明的上述方法。具体地，在同步旋转轴系下的电压方程和磁链方程为：

（1） $u_d={\mathrm{Ri}}_d+\frac{{\mathrm{d\ψ}}_d}{\mathrm{dt}}-{\mathrm{\ψ}}_q{\mathrm{\ω}}_e;$

（2） $u_q={\mathrm{Ri}}_q+\frac{d{\mathrm{\ψ}}_q}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\ψ}}_d{\mathrm{\ω}}_e;$

（3）ψ_d=L_di_d+ψ_f；

（4）ψ_q=L_qi_q。

其中，（1）和（2）为电压方程，（3）和（4）为磁链方程，ψ_d为直轴磁链；ψ_q为交轴磁链；u_d、u_q、i_d、i_q分别为直交轴电压和电流；ω_e为电角速度；ψ_f、R、L_d、L_q分别为永磁体磁链、定子电阻和交直轴的电感。

根据初始控制器构建内模控制器。具体地，将电压方程进行Laplace变换（即拉普拉斯变换），令U_q(s)'=U_q(s)-ω_eψ_f，其中，s是Laplace变换因子，U_q(s)'为对U_q(s)的辨识量，则上述的电压方程和磁链方程可改为：

U_d(s)=(R+sL_d)I_d(s)-ω_eL_qI_q(s)；

U_q(s)'=(R+sL_q)I_q(s)+ω_eL_dI_d(s)，其中，I_d(s)表示对i_d进行Laplace变换之后的参数，I_q(s)表示对i_q进行Laplace变换之后的参数，U_d(s)为对u_d进行Laplace变换之后的参数，U_q(s)为对u_q进行Laplace变换之后的参数。

上述初始的控制器的框图如图6所示，其内模控制模型表达式为：

F(s)=[I-C(s)G(s)']^-1C(s)，其中，I为单位矩阵，C(s)为内模控制函数，G(s)为参考模型传递函数，G(s)'为反馈模型传递函数，并且在上述内模控制模型的表达式中，电压向量 $U\left(s\right)=\left[\begin{array}{c}{U}_d\left(s\right)\\ U_q{\left(s\right)}^{\′}\end{array}\right],$ 电流向量 $Y\left(s\right)=\left[\begin{array}{c}{I}_d\left(s\right)\\ I_q\left(s\right)\end{array}\right],$ $G\left(s\right)={\left[\begin{array}{cc}R+s{L}_d& -\mathrm{\ω}{L}_q\\ \mathrm{\ω}{L}_d& R+s{L}_q\end{array}\right]}^{-1},$ Y(s)=G(s)U(s)， $G^{-1}\left(s\right)=\left[\begin{array}{cc}R+s{L}_d& 0\\ 0& R+s{L}_q\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& -\mathrm{\ω}{L}_q\\ \mathrm{\ω}{L}_d& 0\end{array}\right],$ 并且C(s)=G^-1(s)'L(s)，具体地，永磁同步电机的反馈模型传递函数G(s)在左半平面无零点，L(s)为低通滤波函数，可提高系统的鲁棒性。

上述实施例中的L(s)可以设置为其中，I为单位矩阵，a为调节参数，s是Laplace变换因子，s和a可以是预设的参数，则：

$C\left(s\right)=G^{-1}{\left(s\right)}^{\′}L\left(s\right)=\left[\begin{array}{cc}{R}^{\′}+s{L^{\′}}_d& -\mathrm{\ω}{L^{\′}}_q\\ \mathrm{\ω}{L^{\′}}_d& R^{\′}+s{L^{\′}}_q\end{array}\right]L\left(s\right),$ 其中的R'为定子电阻辨识值，L'_d、L'_q为dq轴的电感辨识值，C(s)为内模控制函数。

根据本发明的上述实施例建立的内模控制模型可以为：

$F\left(s\right)={[I-\frac{a}{a+s}]}^{-1}{G}^{-1}{\left(s\right)}^{\′}\frac{a}{a+s}=\frac{a}{s}{G}^{-1}{\left(s\right)}^{\′}=a\left[\begin{array}{cc}{L^{\′}}_d(1+\frac{R^{\′}}{s})& \frac{-\mathrm{\ω}{L^{\′}}_q}{s}\\ \frac{\mathrm{\ω}{L^{\′}}_d}{s}& {L^{\′}}_q(1+\frac{R^{\′}}{s})\end{array}\right].$

利用参数辨识算法得到电机参数：定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψ_f，代入内模控制器，实时更新定子电压的计算公式，解馈后的控制器框图如图7所示。

采用本发明，随着嵌入式永磁同步电机转速升高、负载变化，其直轴电感Ld、交轴电感Lq会发生明显变化，如图8所示，嵌入式永磁同步电机的直轴电感Ld（连续线）、交轴电感Lq（短划线）随定子电流ie变化而明显变化；同时电机的温度也会发生变化，导致定子绕组的电阻值也改变，此时电机的控制算法中的电机参数必须准确辨识才能保证控制精确度。

本发明优选使用最小二乘辨识方法辨识定子电阻、直轴电感、交轴电感。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种同步电机的控制装置，如图9所示，该装置可以包括：获取模块1，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速；电压分量确定模块3，用于使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量；电压参数获取模块5，用于根据电压分量、电流分量以及转速计算同步电机实时运行的电机参数；更新模块7，用于使用电机参数更新内模控制模型，重新确定电压分量得到更新电压分量；控制模块9，用于根据更新电压分量生成调制解调信号，以控制同步电机。

采用本发明，通过获取模块获取同步电机的dq轴的电流分量和同步电机的转速，通过电压分量确定模块使用内模控制模型根据电流分量和转速确定dq轴的电压分量，使用电压参数获取模块计算同步电机实时运行的电机参数，然后通过更新模块使用电机参数更新内模控制模型对内模控制器进行反馈控制，使用重新确定的更新电压分量通过电机控制器控制同步电机。采用本发明，使用内模控制器代替传统的电流环PI控制器结构，对电流环进行控制，并且将在线参数辨识得到的电机参数（定子电阻R、直轴电感Ld、交轴电感Lq、永磁体磁链ψf）代入内模控制器，实时更新内模控制模型，从而在当电机运行范围较宽导致参数发生明显变化时，通过反馈控制可以提高内模算法鲁棒性，使永磁同步电机矢量控制系统具有更良好的动态性能和静态精度，从而解决了现有技术中对永磁同步电机矢量的控制随电机参数变化而效果变差的问题，实现了准确高效地对同步电机进行矢量控制的效果。

根据本发明的上述实施例，获取模块1可以包括：第一采集模块，用于采集同步电机的定子的初始电流和转速；变换模块，用于对初始电流进行Clarke变换和Park变换得到电流分量。

在本发明的上述实施例中，装置还可以包括：第二采集模块，用于采集同步电机的转子机械角度；转换模块，用于将转子机械角度转换为电角度，其中，电角度用于Park变换和Park逆变换的计算。

具体地，通过电流采样电路测量电机得到定子的初始电流iA和iB，再经Clarke变换器和Park变换器得到dq轴的电流分量id和iq，将电流分量作为内模控制器的输入；通过位置传感器或无位置传感器可得到电机转子机械角度和转速，通过角度转换器将转子机械角度转换为电角度，将电角度提供给Park变换器及Park逆变换器的计算，转速ωe作为内模控制器和计算器的速度外环的负反馈量。

根据本发明的上述实施例，控制模块9可以包括：逆变换模块，用于对电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；信号处理模块，用于使用相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生调制解调信号；控制信号生成模块，用于使用调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；控制子模块，用于使用控制信号控制同步电机。

具体地，内模控制器输出交直轴电压，通过SVPWM模块（即上述实施例中的空间矢量脉冲调制器）控制电机。

更具体地，内模控制器输出dq轴的电压分量ud和uq，再通过Park逆变换输出αβ直角坐标系的相电压分量u_α和u_β，用于控制空间矢量脉冲调制器产生PWM控制信号，从而控制三相逆变器的输出，以实现对嵌入式永磁同步电机的矢量控制的准确性和稳定性，并且该控制方法不受参数变换幅度的影响。

在本发明的上述实施例中，电压分量确定模块3可以包括：创建模块，用于建立内模控制模型；电压分量确定子模块，用于通过内模控制模型根据电流分量、电流预定量和转速确定电压分量。

使用本发明的上述实施例，可以实现嵌入式永磁同步电机在转速范围较宽、电机参数变化较大的情况下运行稳定，使系统具有良好的动态特性和稳态性能。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：采用本发明的方案，采用电流环为内模控制的结构，分别调节转矩电流分量和励磁电流分量跟踪给定值的变化，提高系统响应的快速性，并能及时抑制参数变化干扰，输出的dq轴电压矢量通过Park逆变换得到αβ轴电压矢量，加在SVPWM逆变器上，输出PWM波控制电机，采用上述方案，当嵌入式永磁同步电机运行范围较宽时，电机参数会发生明显变化，电机性能降低。本发明可以精确地控制电机电流跟随给定的变化，解决永磁同步电机参数变化较大导致内模控制鲁棒性变差，从而使嵌入式永磁同步电机矢量控制系统具有更良好的动态性能和静态精度。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种同步电机的控制系统，其特征在于，包括：

获取装置，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和所述同步电机的转速；

内模控制器，与所述获取装置连接，用于使用内模控制模型根据所述电流分量和所述转速确定所述dq轴的电压分量；

计算器，与所述内模控制器连接，用于根据所述电压分量、所述电流分量以及所述转速计算所述同步电机实时运行的电机参数；

反馈控制器，连接于所述计算器与所述内模控制器之间，用于使用所述电机参数更新所述内模控制模型，重新确定所述电压分量得到更新电压分量；

电机控制器，与所述内模控制器连接，用于根据所述更新电压分量生成调制解调信号，以控制所述同步电机。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述获取装置包括：

电流采样电路，用于采集所述同步电机的定子的初始电流；

第一传感器，用于采集所述转速；

Clarke变换器和Park变换器，用于对所述初始电流进行Clarke变换和Park变换得到所述电流分量。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述电机控制器包括：

Park逆变器，与所述内模控制器连接，用于对所述更新电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；

空间矢量脉冲调制器，与所述Park逆变器连接，用于根据所述相电压分量产生所述调制解调信号；

三相逆变器，连接于所述空间矢量脉冲调制器与所述同步电机之间，用于使用根据所述调制解调信号生成的控制信号控制所述同步电机。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

第二传感器，用于采集所述同步电机的转子机械角度；

角度转换器，连接于所述第二传感器与所述内模控制器之间，用于将所述转子机械角度转换为电角度，其中，所述电角度用于所述Park变换和所述Park逆变换的计算。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器为位置传感器或无位置传感器。

6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

速度转换器，分别与所述内模控制器和所述第一传感器连接，用于根据所述转速与预定转速的偏差确定q轴电流参考量。

7.一种同步电机的控制方法，其特征在于，包括：

获取同步电机的dq轴的电流分量和所述同步电机的转速；

使用内模控制模型根据所述电流分量和所述转速确定所述dq轴的电压分量；

根据所述电压分量、所述电流分量以及所述转速计算所述同步电机实时运行的电机参数；

使用所述电机参数更新所述内模控制模型，重新确定所述电压分量得到更新电压分量；

根据所述更新电压分量生成调制解调信号，以控制所述同步电机。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，获取同步电机的dq轴的电流分量和所述同步电机的转速的步骤包括：

采集所述同步电机的定子的初始电流和所述转速；

对所述初始电流进行Clarke变换和Park变换得到所述电流分量。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，根据所述更新电压分量生成调制解调信号，以控制所述同步电机的步骤包括：

对所述电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；

使用所述相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生所述调制解调信号；

使用所述调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；

使用所述控制信号控制所述同步电机。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在对所述初始电流进行Clarke变换和Park变换得到所述电流分量之前，所述方法还包括：

采集所述同步电机的转子机械角度；

将所述转子机械角度转换为电角度，其中，所述电角度用于所述Park变换和所述Park逆变换的计算。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，使用内模控制模型根据所述电流分量和所述转速确定所述dq轴的电压分量的步骤包括：

建立所述内模控制模型；

通过所述内模控制模型根据所述电流分量、电流预定量和所述转速确定所述电压分量。

12.一种同步电机的控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取同步电机的dq轴的电流分量和所述同步电机的转速；

电压分量确定模块，用于使用内模控制模型根据所述电流分量和所述转速确定所述dq轴的电压分量；

电压参数获取模块，用于根据所述电压分量、所述电流分量以及所述转速计算所述同步电机实时运行的电机参数；

更新模块，用于使用所述电机参数更新所述内模控制模型，重新确定所述电压分量得到更新电压分量；

控制模块，用于根据所述更新电压分量生成调制解调信号，以控制所述同步电机。

13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述获取模块包括：

第一采集模块，用于采集所述同步电机的定子的初始电流和所述转速；

变换模块，用于对所述初始电流进行Clarke变换和Park变换得到所述电流分量。

14.根据权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：

逆变换模块，用于对所述电压分量进行Park逆变换得到αβ直角坐标系的相电压分量；

信号处理模块，用于使用所述相电压分量控制空间矢量脉冲调制器产生所述调制解调信号；

控制信号生成模块，用于使用所述调制解调信号控制三相逆变器生成控制信号；

控制子模块，用于使用所述控制信号控制所述同步电机。

15.根据权利要求14所述的控制装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二采集模块，用于采集所述同步电机的转子机械角度；

转换模块，用于将所述转子机械角度转换为电角度，其中，所述电角度用于所述Park变换和所述Park逆变换的计算。

16.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述电压分量确定模块包括：

创建模块，用于建立所述内模控制模型；

电压分量确定子模块，用于通过所述内模控制模型根据所述电流分量、电流预定量和所述转速确定所述电压分量。