CN106712624A - 一种永磁同步电机控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种永磁同步电机控制方法及系统，包括：根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流；获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。本发明可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。

Description

一种永磁同步电机控制方法及系统

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控制方法及系统。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、和高效率等特点，在电动汽车等调速驱动系统中得到了广泛的应用。

永磁同步电机的转子由特定形状的永磁体构成，磁链可以由永磁体自身产生，转子旋转时会产生感应电动势，按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、嵌入式和爪极式。表面式转子磁路结构又分为插入式和凸出式两种。

因为人们对永磁同步电机的不断探索，出现了各种各样的控制方法，如空间矢量控制、直接转矩控制、模型参量自适应系统控制等。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制为多。

矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩就取决于id和iq，控制id和iq便可以控制转矩。通过控制电流跟踪给定便实现了电动机转矩和转速的控制。

弱磁控制大多采用基于磁场定向控制(field-oriented control，FOC)和最大转矩电流比(maximum torque per ampere，MTPA)控制。MTPA控制主要用于低转速运行时提高电机效率，而FOC控制主要在于设计d轴、q轴电流调节器。常见的弱磁控制策略有公式计算法、查表法、梯度下降法、负id补偿法、单电流调节法、电流角度法等。

但是上述方法分别存在不同程度的不足：

公式计算法的精度依赖于电机数学模型的精度，实际中要想建立一个准确的模型很难，故很少在实际工程中应用。

查表法通过大量的实验数据并制成表格，减少了电机控制芯片的实时计算量，实现起来较为复杂。梯度下降法计算量大，实现较复杂。

负id补偿法实现简单，但可实现的弱磁区域范围有限制。

单电流调节法以电压为调节对象，实现了深度弱磁，具有一定发展前景，同时也存在一定缺点，有待改进。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种永磁同步电机控制方法及系统，可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；

步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：

根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；

对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；

比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；

步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

进一步，在所述步骤S1中，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

进一步，在所述步骤S2中，所述给定的定子电流幅值和相位，通过以下方式生成：

对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；

根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；

对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

进一步，在所述步骤S3中，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。

本发明实施例还提出一种永磁同步电机控制系统，包括：能量最优估计装置、PWM控制装置和微扰优化装置，其中，

所述能量最优估计装置用于根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；

所述PWM控制装置用于根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，其中，所述PWM控制装置包括：差值运算模块、滤波放大模块、三角波载波模块、比较输出模块和功率驱动模块，

所述差值运算模块与永磁同步电机相连，用于根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；

所述滤波放大模块与所述差值运算模块相连，用于对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；

所述三角波载波模块用于生成周期三角波信号；

所述比较输出模块与所述滤波放大模块和所述三角波载波模块相连，用于比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流；

所述功率驱动模块与所述比较输出模块相连，用于根据所述比较输出模块输出的定子驱动电流，驱动所述永磁同步电机工作；

所述微扰优化装置与所述能量最优估计装置、PWM控制装置和所述永磁同步电机相连，用于获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述PWM控制装置的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

进一步，所述能量优化装置以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

进一步，本发明实施例的永磁同步电机控制系统还包括：电机控制算法模块，用于提供给定的定子电流幅值和相位，包括：比例积分PI调节模块、相位处理模块和直接数字式DDS模块，

所述PI调节模块用于对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；

所述相位处理模块用于根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；

所述DDS模块用于对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，发送至所述差值计算模块，由所述差值计算模块将其与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

进一步，所述微扰优化装置用于以逐步微扰优化算法对所述电机控制算法模块提供的给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。

根据本发明实施例的永磁同步电机的控制方法及系统，可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，同时该最高效率点基本上也是电磁转矩最大点，从而提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。特别是在实际城市的拥堵的车况中，可以很大程度节省电源能耗，增加电动汽车的续航里程。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的永磁同步电机控制方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的单周电流实时调制PWM控制流程图；

图3为根据本发明实施例的微扰法计算定子电流的幅度与相位的示意图；

图4为根据本发明实施例的永磁同步电机控制方法初始状态流程图；

图5为根据本发明实施例的主驱动电路的电路图；

图6为根据本发明实施例的速度环路设计的示意图；

图7为根据本发明另一个实施例的永磁同步电机控制方法流程图；

图8为根据本发明实施例的永磁同步电机控制系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种永磁同步电机控制方法及系统，可以应用于车用永磁同步电机的控制中。

如图1所示，本发明实施例的永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角。

具体来说，对于给定的需求扭矩和转速值，以定子电流最小为优化指标，采用能量最优估计算法求解全局近似极小值，确定前馈定子电流的初始幅度与相位。

具体地，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

图4为实施例控制流程初始状态所采取的策略。参考图4，对于给定的转速和转矩给定，可以令id＝0作为初始值，(这时算法退化为一般的永磁同步电机矢量算法，)采用此初始值的优点在于：

在一般情况下，该初始值与最优值很接近，系统收敛很快。

计算简单，可以直接引用公式：计算iq，如图4所示。

步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流。

图2为PWM控制的流程图。

步骤S21，根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号。即，对给定信号(定子电流幅值和相位)和电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号。

在本步骤中，给定的定子电流幅值和相位，可以通过以下方式生成：

首先，对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号。然后，根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位。最后，对同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据幅度输入信号和正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

需要说明的是，本发明提供的永磁同步电机控制方法是基于DDS技术的电机控制器上。DDS技术是实现本发明方法的基础，因为本发明提供的电机控制方法要求随机改变正弦信号的相角。图5为车用电机控制器主驱动回路设计原理框图。图6为转速控制环路的通用设计。参考图5和图6是对本发明实施例永磁同步电机控制方法应用于车用永磁同步电机控制中，具体的电路设计。

步骤S22，对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量。

步骤S23，比较控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动永磁同步电机工作。

步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

图3和图7为微扰优化算法的流程图。参考图3和图7，以逐步微扰法求解局部极小值，进一步优化给定定子电流的幅度与相位。

具体地，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。具体地，在实际中，只取2个微扰项，即可满足要求。

当保持定子电流幅值和频率不变的情况下，通过不断地改变φ时，可以得到不同的电磁转矩。由此推知，永磁同步电机在磁通未饱和阶段和磁通饱和阶段分别以上述对应阶段的φ工作时，可以达到最大转矩点和最佳效率点。

如图8所示，本发明还提出一种永磁同步电机控制系统，包括：能量最优估计装置1、PWM控制装置2和微扰优化装置3。

具体地，能量最优估计装置1用于根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角。

在本发明的实施例中，能量优化装置以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

图4为实施例控制流程初始状态所采取的策略。参考图4，对于给定的转速和转矩给定，可以令id＝0作为初始值，(这时算法退化为一般的永磁同步电机矢量算法，)采用此初始值的优点在于：

在一般情况下，该初始值与最优值很接近，系统收敛很快。

计算简单，可以直接引用公式：计算iq，如图4所示。

PWM控制装置2用于根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流。

其中，参考图2，PWM控制装置2包括：差值运算模块、滤波放大模块、三角波载波模块、比较输出模块和功率驱动模块。

具体地，参考图2，差值运算模块与永磁同步电机相连，用于根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号。

需要说明的是，本发明实施例的永磁同步电机控制系统还包括：电机控制算法模块，用于提供给定的定子电流幅值和相位，包括：比例积分PI调节模块、相位处理模块和直接数字式DDS模块。

具体地，PI调节模块用于对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号。相位处理模块用于根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位。DDS模块用于对同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据幅度输入信号和正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，发送至差值计算模块，由差值计算模块将其与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

需要说明的是，本发明提供的永磁同步电机控制方法是基于DDS技术的电机控制器上。DDS技术是实现本发明方法的基础，因为本发明提供的电机控制方法要求随机改变正弦信号的相角。图5为车用电机控制器主驱动回路设计原理框图。图6为转速控制环路的通用设计。参考图5和图6是对本发明实施例永磁同步电机控制方法应用于车用永磁同步电机控制中，具体的电路设计。

滤波放大模块与差值运算模块相连，用于对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量。三角波载波模块用于生成周期三角波信号。

比较输出模块与滤波放大模块和三角波载波模块相连，用于比较控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流。功率驱动模块与比较输出模块相连，用于根据比较输出模块输出的定子驱动电流，驱动永磁同步电机工作。

微扰优化装置3与能量最优估计装置1、PWM控制装置2和永磁同步电机相连，用于获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为PWM控制装置2的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

具体地，微扰优化装置3用于以逐步微扰优化算法对电机控制算法模块提供的给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。具体地，在实际中，只取2个微扰项，即可满足要求。

当保持定子电流幅值和频率不变的情况下，通过不断地改变φ时，可以得到不同的电磁转矩。由此推知，永磁同步电机在磁通未饱和阶段和磁通饱和阶段分别以上述对应阶段的φ工作时，可以达到最大转矩点和最佳效率点。

在效率测试中对比了不同的控制器，基于本发明技术的电机控制器在小扭矩低转速区及弱磁高速区的效率要明显高于其他类型电机控制器。

根据本发明实施例的永磁同步电机的控制方法及系统，可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，同时该最高效率点基本上也是电磁转矩最大点，从而提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。特别是在实际城市的拥堵的车况中，可以很大程度节省电源能耗，增加电动汽车的续航里程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；

步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：

根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；

对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；

比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；

步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_r Isin(φ)+(L_d-L_q)I² sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

$I\left[\begin{array}{c}cos\left(\mathrm{\φ}\right)\\ sin\left(\mathrm{\φ}\right)\end{array}\right]=\frac{2}{3}I\left[\begin{array}{cc}cos\left(\mathrm{\θ}\right)& sin\left(\mathrm{\θ}\right)\\ -sin\left(\mathrm{\θ}\right)& cos\left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ})\\ \cos (\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

3.如权利要求2所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述给定的定子电流幅值和相位，通过以下方式生成：

对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；

根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；

对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

4.如权利要求3所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_r Isin(φ)+(L_d-L_q)I² sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

$\frac{df}{d\mathrm{\φ}}=D\left(\mathrm{\φ}\right)=0;$

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。

5.一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：能量最优估计装置、PWM控制装置和微扰优化装置，其中，

所述能量最优估计装置用于根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；

所述PWM控制装置用于根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，其中，所述PWM控制装置包括：差值运算模块、滤波放大模块、三角波载波模块、比较输出模块和功率驱动模块，

所述差值运算模块与永磁同步电机相连，用于根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；

所述滤波放大模块与所述差值运算模块相连，用于对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；

所述三角波载波模块用于生成周期三角波信号；

所述比较输出模块与所述滤波放大模块和所述三角波载波模块相连，用于比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流；

所述功率驱动模块与所述比较输出模块相连，用于根据所述比较输出模块输出的定子驱动电流，驱动所述永磁同步电机工作；

所述微扰优化装置与所述能量最优估计装置、PWM控制装置和所述永磁同步电机相连，用于获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述PWM控制装置的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

6.如权利要求5所述的永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述能量优化装置以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_r Isin(φ)+(L_d-L_q)I² sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

$I\left[\begin{array}{c}cos\left(\mathrm{\φ}\right)\\ sin\left(\mathrm{\φ}\right)\end{array}\right]=\frac{2}{3}I\left[\begin{array}{cc}cos\left(\mathrm{\θ}\right)& sin\left(\mathrm{\θ}\right)\\ -sin\left(\mathrm{\θ}\right)& cos\left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ})\\ \cos (\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\θ}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right];$

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机控制系统，其特征在于，还包括：电机控制算法模块，用于提供给定的定子电流幅值和相位，包括：比例积分PI调节模块、相位处理模块和直接数字式DDS模块，

所述PI调节模块用于对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；

所述相位处理模块用于根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；

所述DDS模块用于对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，发送至所述差值计算模块，由所述差值计算模块将其与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。

8.如权利要求7所述的永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述微扰优化装置用于以逐步微扰优化算法对所述电机控制算法模块提供的给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：

根据约束条件T_e＝1.5P_n[ψ_r Isin(φ)+(L_d-L_q)I² sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：

I＝f(Te，φ)；

对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：

$\frac{df}{d\mathrm{\φ}}=D\left(\mathrm{\φ}\right)=0;$

对上述非线性方程，可以级数方式展开：

(D⁽⁰⁾+D⁽¹⁾+D⁽²⁾+…)(φ⁽⁰⁾+φ⁽¹⁾+φ⁽²⁾+…)＝0

通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。