CN110098776A - 电机控制器、电机控制方法和控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制器、电机控制方法和控制装置，所述方法包括以下步骤：根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流；根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流；以及根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。本发明实施例的控制方法，在较小的弱磁电压余量情况下，保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，从而能够有效防止电机电流失控，同时确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机控制方法、一种电机控制装置和一种电机控制器。
背景技术
永磁同步电机凭借其效率高、控制性能优越、调速范围广等特点被广泛应用于工业制造和新能源汽车等领域。为了拓宽永磁同步电机的调速范围，通常采用弱磁控制算法使电机运行在额定转速以上。当电机工作在额定转速以上时，需要预留一定的弱磁电压余量来调整电流，防止电流失控而出现电机过流以及电机失控等故障。在转矩指令突变的动态过程中，调整电流所需的弱磁电压余量较大，当预留的电压余量不足时，很容易引起电机电流失控；当预留的电压余量过多时，又会降低电机在弱磁区间的最大输出功率和转矩。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机控制方法，在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
本发明的第二个目的在于提出一种电机控制装置。
本发明的第三个目的在于提出一种电机控制器。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机控制方法，包括：根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流；根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流；以及根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制。
根据本发明实施例的电机控制方法，根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流，并根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，以及根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。由此，该方法能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
另外，根据本发明上述实施例提出的电机控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，包括：获取所述第一轴电流与所述上一控制周期的所述第一轴规划电流之间的第一差值；将所述第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值；根据所述第一输出值生成所述第一轴规划电流；获取所述第二轴电流与所述上一控制周期的所述第二轴规划电流之间的第二差值；将所述第二差值输入所述带死区的符号函数以生成第二输出值；以及根据所述第二输出值生成所述第二轴规划电流。
根据本发明的一个实施例，所述带死区的符号函数为：当所述第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，所述符号函数输出1；当所述第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，所述符号函数输出-1，其中，所述第一死区阈值大于所述第二死区阈值；当所述第一差值或第二差值大于或等于所述第二死区阈值，且小于或等于所述第一死区阈值时，所述符号函数输出0。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制，包括：根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；获取所述电机的转子当前位置；根据所述转子当前位置对所述第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；根据所述第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动所述电机的第一至第六驱动信号。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压，包括：获取所述电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；根据所述第一轴规划电流和所述第一轴反馈电流生成所述第一轴电压；根据所述第二轴规划电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴电压。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机控制装置，包括：电流生成模块，用于根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流；电流规划模块，用于根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流；控制模块，用于根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制。
根据本发明实施例的电机控制装置，电流生成模块根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流，电流规划模块根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，控制模块根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。由此，该装置能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
另外，根据本发明上述实施例提出的电机控制装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述电流规划模块包括：第一获取子模块，用于获取所述第一轴电流与所述上一控制周期的所述第一轴规划电流之间的第一差值，并获取所述第二轴电流与所述上一控制周期的所述第二轴规划电流之间的第二差值；输入子模块，用于将所述第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值，并将所述第二差值输入所述带死区的符号函数以生成第二输出值；第一生成子模块，用于根据所述第一输出值生成所述第一轴规划电流，并根据所述第二输出值生成所述第二轴规划电流。
根据本发明的一个实施例，所述带死区的符号函数为：当所述第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，所述符号函数输出1；当所述第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，所述符号函数输出-1，其中，所述第一死区阈值大于所述第二死区阈值；当所述第一差值或第二差值大于或等于所述第二死区阈值，且小于或等于所述第一死区阈值时，所述符号函数输出0。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块，包括：电压生成子模块，用于根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；第二获取子模块，用于获取所述电机的转子当前位置；电压变换子模块，用于根据所述转子当前位置对所述第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；信号生成子模块，用于根据所述第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动所述电机的第一至第六驱动信号。
根据本发明的一个实施例，所述电压生成子模块，包括：第三获取子模块，用于获取所述电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；第二生成子模块，用于根据所述第一轴规划电流和所述第一轴反馈电流生成所述第一轴电压，并根据所述第二轴规划电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴电压。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电机控制器，包括：驱动器，所述驱动器包括第一至第六开关管；用于驱动所述第一至第六开关管的控制器，所述控制器执行上述的电机控制方法。
本发明实施例的电机控制器，通过执行上述的控制方法，能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的电机控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的电流规划的具体实现框图；
图3是根据本发明一个实施例电机转矩控制过程的原理框图；
图4是根据本发明一个实施例的转矩突增时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形；
图5是根据本发明一个实施例的转矩突减时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形；
图6是根据本发明实施例的电机控制装置的方框示意图；
图7是根据本发明一个实施例的电机控制装置的方框示意图；
图8是根据本发明另一个实施例的电机控制装置的方框示意图；以及
图9是根据本发明又一个实施例的电机控制装置的方框示意图。
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。
下面参考附图描述本发明实施例的电机控制方法、电机控制装置和电机控制器。
图1是本发明实施例的电机控制方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例的电机控制方法可包括以下步骤：
S1，根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流。
具体地，可通过查询预先存储的表格(转矩-转速-d、q轴电流)，来获取d轴电流id_ref(第一轴电流)和q轴电流iq_ref(第二轴电流)。例如，将目标转矩Tref和当前转速n输入查找表(预设的表格)，根据当前的目标转矩Tref和转速n确定d轴电流id_ref和、q轴电流iq_ref。其中，转速n的初始值为0，查找表为根据当前控制对象电机所提前标定得到的转矩、转速与电流的对应关系表格。
S2，根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流。
根据本发明的一个实施例，根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，包括：获取第一轴电流与上一控制周期的第一轴规划电流之间的第一差值；将第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值；根据第一输出值生成第一轴规划电流；获取第二轴电流与上一控制周期的第二轴规划电流之间的第二差值；将第二差值输入带死区的符号函数以生成第二输出值；以及根据第二输出值生成第二轴规划电流。
具体地，如图2所示，将d轴电流id_ref(第一轴电流)与上一控制周期的d轴规划电流id_set2(上一周期的第一轴规划电流)作差，得到d轴规划电流差值Δid_set，记为第一差值，其中，上一控制周期的d轴规划电流id_set2的初始值为0。将d轴规划电流差值Δid_set输入到带死区的符号函数Sign，先将符号函数Sign的输出值(第一输出值)乘以K后，再进行积分(其中，K为常数)，得到d轴规划电流id_set(第一轴规划电流)。然后，将d轴规划电流经过存储模块Z变换(延时一个周期)，得到上一周期的d轴规划电流id_set2(上一周期的第一轴规划电流)。
同样地，将q轴电流iq_ref(第二轴电流)与上一控制周期的q轴规划电流iq_set2(上一周期的第二轴规划电流)作差，得到q轴规划电流差值Δiq_set，记为第二差值，其中，上一控制周期的q轴规划电流iq_set2的初始值为0。将q轴规划电流差值Δiq_set输入到带死区的符号函数Sign，先将符号函数Sign的输出值(第二输出值)乘以K后，再进行积分(其中，K为常数)，得到q轴规划电流iq_set(第二轴规划电流)。然后，将q轴规划电流经过存储模块进行Z变换(延时一个周期)，得到上一周期的q轴规划电流iq_set2(上一周期的第二轴规划电流)。
其中，在本发明的一个实施例中，带死区的符号函数可以为：当第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，符号函数输出1；当第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，符号函数输出-1，其中，第一死区阈值大于第二死区阈值；当第一差值或第二差值大于或等于第二死区阈值，且小于或等于第一死区阈值时，符号函数输出0。其中，第一死区阈值和第二死区阈值可根据实际情况进行标定，第二死区阈值小于第一死区阈值，例如，第一死区阈值和第二死区阈值可以互为相反数。
以d轴电流为例，将得到的d轴规划电流差值Δid_set(第一差值)输入带死区的符号函数Sign，如果Δid_set大于死区阈值上限idead，则符号函数Sign的输出值为1；如果Δid_set小于死区阈值下限-idead，则符号函数Sign的输出值为-1；如果Δid_set处于死区阈值下限-idead和死区阈值上限idead之间，则符号函数Sign的输出值为0。同样地，q轴电流输入带死区的符号函数Sign后的输出值与d轴电流输入带死区的符号函数Sign后的输出值的判断方法相同。
S3，根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制，包括：根据第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；获取电机的转子当前位置；根据转子当前位置对第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；根据第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动电机的第一至第六驱动信号。
其中，在本申请的一个实施例中，根据第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压，包括：获取电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；根据第一轴规划电流和第一轴反馈电流生成第一轴电压；根据第二轴规划电流和第二轴反馈电流生成第二轴电压。
具体地，如图3所示，根据目标转矩Tref和当前转速n通过查表得到d轴电流id_ref和q轴电流iq_ref，然后按照上述步骤对d轴电流id_ref和q轴电流iq_ref进行规划，得到d轴规划电流id_set和q轴规划电流iq_set。
通过读取位置传感器输出的转子当前位置θ和转速n，检测电机的三相电流iA、iB和iC，经过CLARKE变换得到α轴电流iα和β轴电流iβ，根据转子当前位置θ对α轴电流iα和β轴电流iβ进行PARK变换，得到d轴反馈电流id(第一轴反馈电流)和q轴反馈电流iq(第二轴反馈电流)。
将d轴规划电流id_set与d轴电流反馈值id(第一轴反馈电流)作差，得到d轴电流偏差Δid，再经过PI调节器得到d轴电压ud(第一轴电压)。同样地，将q轴规划电流iq_set与q轴电流反馈值iq(第二轴反馈电流)作差，得到q轴电流偏差Δiq，再经过PI调节器得到q轴电压uq(第二轴电压)。其中，d、q轴电流反馈值id和iq的初始值均为0。
然后，获取电机的转子当前位置θ，并根据转子的当前位置θ对d轴电压ud和q轴电压uq进行PARK逆变换(PARK-1)，得到α轴电压uα(第一轴变换电压)和β轴电压uβ(第二轴变换电压)，其中，转子位置θ的初始值为0。根据α轴电压uα和β轴电压uq，通过SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)算法生成逆变器的六路驱动信号D。直流电源以Udc电压给逆变器供电，逆变器根据驱动信号D驱动永磁同步电机PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor，永磁同步电机)。
综上，本发明实施例的电机控制方法，在转矩控制过程中引入电流规划模块，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，该斜坡的斜率可通过电流规划模块中的比例系数K设定，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既保证了转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，从而防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。此外，电流规划模块中的符号函数由于有死区阈值设定，可有效避免规划电流达到电流指令附近时来回震荡的问题，提高电流控制的稳定性，从而提供电机控制的稳定性，并且死区阈值可根据电流控制精度需求和电机控制稳定性需求来调整。
为了验证本发明的正确性和有效性，下面通过Simulink仿真对其进行了建模仿真验证。
在Simulink仿真中，电机工作在弱磁区间，如图4所示，目标转矩从40Nm突增到60Nm时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形，其中，图4(a)对应采用规划电流前的仿真波形，图4(b)对应采用规划电流后的仿真波形。图5是目标转矩从60Nm突减到40Nm时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形，其中，图5(a)对应采用规划电流前的仿真波形，图5(b)对应采用规划电流后的仿真波形。
由图4(a)可知，采用规划电流前，当目标转矩突然增大时，d、q轴电流阶跃变化，d、q轴反馈电流存在较大尖峰和震荡，即d、q轴电流出现了瞬时失控现象，导致转矩也出现较大尖峰和震荡，同时弱磁电压余量降低到了0V以下，甚至降低至-200V，电机明显的存在失控风险。
由图4(b)可见，采用规划电流后，当目标转矩突然增大时，d、q轴电流斜坡变化，d、q轴反馈电流平稳变化，基本无误差，转矩控制平稳，同时弱磁电压余量始终在0V以上，提高了电机控制的稳定性。
由图5(a)可见，采用规划电流前，当目标转矩突然减小时，d、q轴电流阶跃变化，d、q轴反馈电流存在较大尖峰和震荡，即d、q轴电流出现了瞬时失控现象，导致转矩也出现较大尖峰和震荡，同时弱磁电压余量降低到了0V以下，电机明显的存在失控风险。
由图5(b)可见，采用规划电流后，当目标转矩突然减小时，d、q轴电流斜坡变化，d、q轴反馈电流平稳变化，基本无误差，转矩控制平稳，同时弱磁电压余量始终在0V以上，提高了电机控制的稳定性。
综上，根据图4和图5的仿真结果表明，本发明所提的电机控制方法具有正确性和有效性。
综上所述，根据本发明实施例的电机控制方法，根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流，并根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，以及根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。由此，该方法能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
图6是根据本发明实施例的电机控制装置的方框示意图。
如图6所示，本发明实施例的电机控制装置可包括：电流生成模块10、电流规划模块20和控制模块30。
其中，电流生成模块10用于根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流。电流规划模块20用于根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流。控制模块30用于根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，如图7所示，电流规划模块20可包括：第一获取子模块21，用于获取第一轴电流与上一控制周期的第一轴规划电流之间的第一差值，并获取第二轴电流与上一控制周期的第二轴规划电流之间的第二差值；输入子模块22用于将第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值，并将第二差值输入带死区的符号函数以生成第二输出值；第一生成子模块23用于根据第一输出值生成第一轴规划电流，并根据第二输出值生成第二轴规划电流。
根据本发明的一个实施例，带死区的符号函数为：当第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，符号函数输出1；当第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，符号函数输出-1，其中，第一死区阈值大于第二死区阈值；当第一差值或第二差值大于或等于第二死区阈值，且小于或等于第一死区阈值时，符号函数输出0。
根据本发明的一个实施例，如图8所示，控制模块30可包括：电压生成子模块31用于根据第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；第二获取子模块32用于获取电机的转子当前位置；电压变换子模块33用于根据转子当前位置对第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；信号生成子模块34用于根据第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动电机的第一至第六驱动信号。
根据本发明的一个实施例，如图9所示，电压生成子模块31可包括：第三获取子模块311用于获取电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；第二生成子模块312用于根据第一轴规划电流和第一轴反馈电流生成第一轴电压，并根据第二轴规划电流和第二轴反馈电流生成第二轴电压。
具体地，电流生成模块10可通过查询预先存储的表格(转矩-转速-d、q轴电流)，来获取d轴电流id_ref(第一轴电流)和q轴电流iq_ref(第二轴电流)。例如，将目标转矩Tref和当前转速n输入查找表(预设的表格)，根据当前的目标转矩Tref和转速n确定d轴电流id_ref和、q轴电流iq_ref。其中，转速n的初始值为0，查找表为根据当前控制对象电机所提前标定得到的转矩、转速与电流的对应关系表格。
第一获取子模块21将d轴电流id_ref(第一轴电流)与上一控制周期的d轴规划电流id_set2(上一周期的第一轴规划电流)作差，得到d轴规划电流差值Δid_set，记为第一差值，其中，上一控制周期的d轴规划电流id_set2的初始值为0。输入子模块22将d轴规划电流差值Δid_set输入到带死区的符号函数Sign，第一生成子模块23将符号函数Sign的输出值(第一输出值)乘以K后，再进行积分(其中，K为常数)，得到d轴规划电流id_set(第一轴规划电流)。然后，将d轴规划电流经过存储模块Z变换(延时一个周期)，得到上一周期的d轴规划电流id_set2(上一周期的第一轴规划电流)。
同样地，第一获取子模块21将q轴电流iq_ref(第二轴电流)与上一控制周期的q轴规划电流iq_set2(上一周期的第二轴规划电流)作差，得到q轴规划电流差值Δiq_set，记为第二差值，其中，上一控制周期的q轴规划电流iq_set2的初始值为0。输入子模块22将q轴规划电流差值Δiq_set输入到带死区的符号函数Sign，第一生成子模块23将符号函数Sign的输出值(第二输出值)乘以K后，再进行积分(其中，K为常数)，得到q轴规划电流iq_set(第二轴规划电流)。然后，将q轴规划电流经过存储模块进行Z变换(延时一个周期)，得到上一周期的q轴规划电流iq_set2(上一周期的第二轴规划电流)。
其中，以d轴电流为例，输入子模块22将得到的d轴规划电流差值Δid_set(第一差值)输入带死区的符号函数Sign，如果Δid_set大于死区阈值上限idead，则符号函数Sign的输出值为1；如果Δid_set小于死区阈值下限-idead，则符号函数Sign的输出值为-1；如果Δid_set处于死区阈值下限-idead和死区阈值上限idead之间，则符号函数Sign的输出值为0。同样地，q轴电流输入带死区的符号函数Sign后的输出值与d轴电流输入带死区的符号函数Sign后的输出值的判断方法相同。
进一步地，电流生成模块10根据目标转矩Tref和当前转速n通过查表得到d轴电流id_ref和q轴电流iq_ref，然后按照上述步骤对d轴电流id_ref和q轴电流iq_ref进行规划，得到d轴规划电流id_set和q轴规划电流iq_set。
第二获取子模块32通过读取位置传感器输出的转子当前位置θ和转速n，检测电机的三相电流iA、iB和iC，经过CLARKE变换得到α轴电流iα和β轴电流iβ，第三获取子模块311根据转子当前位置θ对α轴电流iα和β轴电流iβ进行PARK变换，得到d轴反馈电流id(第一轴反馈电流)和q轴反馈电流iq(第二轴反馈电流)。
电压生成子模块31将d轴规划电流id_set与d轴电流反馈值id(第一轴反馈电流)作差，得到d轴电流偏差Δid，再经过PI调节器得到d轴电压ud(第一轴电压)。同样地，电压生成子模块31将q轴规划电流iq_set与q轴电流反馈值iq(第二轴反馈电流)作差，得到q轴电流偏差Δiq，再经过PI调节器得到q轴电压uq(第二轴电压)。其中，d、q轴电流反馈值id和iq的初始值均为0。
然后，第二获取子模块32获取电机的转子当前位置θ，电压变换子模块33根据转子的当前位置θ对d轴电压ud和q轴电压uq进行PARK逆变换(PARK-1)，得到α轴电压uα(第一轴变换电压)和β轴电压uβ(第二轴变换电压)，其中，转子位置θ的初始值为0。信号生成模块34根据α轴电压uα和β轴电压uq，通过SVPWM算法生成逆变器的六路驱动信号D。直流电源以Udc电压给逆变器供电，逆变器根据驱动信号D驱动永磁同步电机PMSM。
综上，本发明实施例的电机控制装置，在转矩控制过程中引入电流规划模块，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，该斜坡的斜率可通过电流规划模块中的比例系数K设定，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既保证了转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，从而防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。此外，电流规划模块中的符号函数由于有死区阈值设定，可有效避免规划电流达到电流指令附近时来回震荡的问题，提高电流控制的稳定性，从而提供电机控制的稳定性，并且死区阈值可根据电流控制精度需求和电机控制稳定性需求来调整。
为了验证本发明的正确性和有效性，下面通过Simulink仿真对其进行了建模仿真验证。
在Simulink仿真中，电机工作在弱磁区间，如图4所示，目标转矩从40Nm突增到60Nm时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形，其中，图4(a)对应采用规划电流前的仿真波形，图4(b)对应采用规划电流后的仿真波形。图5是目标转矩从60Nm突减到40Nm时采用规划电流前后电机的d、q轴电流、转矩和弱磁电压余量的仿真波形，其中，图5(a)对应采用规划电流前的仿真波形，图5(b)对应采用规划电流后的仿真波形。
由图4(a)可知，采用规划电流前，当目标转矩突然增大时，d、q轴电流阶跃变化，d、q轴反馈电流存在较大尖峰和震荡，即d、q轴电流出现了瞬时失控现象，导致转矩也出现较大尖峰和震荡，同时弱磁电压余量降低到了0V以下，甚至降低至-200V，电机明显的存在失控风险。
由图4(b)可见，采用规划电流后，当目标转矩突然增大时，d、q轴电流斜坡变化，d、q轴反馈电流平稳变化，基本无误差，转矩控制平稳，同时弱磁电压余量始终在0V以上，提高了电机控制的稳定性。
由图5(a)可见，采用规划电流前，当目标转矩突然减小时，d、q轴电流阶跃变化，d、q轴反馈电流存在较大尖峰和震荡，即d、q轴电流出现了瞬时失控现象，导致转矩也出现较大尖峰和震荡，同时弱磁电压余量降低到了0V以下，电机明显的存在失控风险。
由图5(b)可见，采用规划电流后，当目标转矩突然减小时，d、q轴电流斜坡变化，d、q轴反馈电流平稳变化，基本无误差，转矩控制平稳，同时弱磁电压余量始终在0V以上，提高了电机控制的稳定性。
综上，根据图4和图5的仿真结果表明，本发明所提的电机控制装置具有正确性和有效性。
综上所述，根据本发明实施例的电机控制装置，电流生成模块根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流，电流规划模块根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对第一轴电流和第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，控制模块根据第一轴规划电流和第二轴规划电流对电机进行控制。由此，该装置能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
本发明还提出了一种电机控制器，包括：驱动器，驱动器包括第一至第六开关管；用于驱动第一至第六开关管的控制器，控制器执行上述的电机控制方法。
本发明实施例的电机控制器，通过执行上述的控制方法，能够在转矩控制过程中对电流进行规划，使得电流指令能够按照规划的斜坡路径变化，从而在较小的弱磁电压余量情况下，既能保证转矩指令突变的动态过程中弱磁电压余量不会降低到零，防止电机电流失控，又能确保电机在弱磁区间稳定运行的前提下输出最大功率和转矩。
对应上述实施例，本发明还提出了一种电子设备，其包括存储器、处理器；其中，处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现上述的家电设备的交互方法。
本发明实施例的电子设备，通过执行上述的家电设备的交互方法，能够通过对用户身份进行认证，针对性的为用户提供服务，在节省用户时间的同时，提高用户的操作体验。
对应上述实施例，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的家电设备的交互方法。
本发明实施例的计算机可读存储介质，通过执行上述的家电设备的交互方法，能够通过对用户身份进行认证，针对性的为用户提供服务，在节省用户时间的同时，提高用户的操作体验。
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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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。
Claims (11)
1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：
根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流；
根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流；以及
根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制。
2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流，包括：
获取所述第一轴电流与所述上一控制周期的所述第一轴规划电流之间的第一差值；
将所述第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值；
根据所述第一输出值生成所述第一轴规划电流；
获取所述第二轴电流与所述上一控制周期的所述第二轴规划电流之间的第二差值；
将所述第二差值输入所述带死区的符号函数以生成第二输出值；以及
根据所述第二输出值生成所述第二轴规划电流。
3.如权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，所述带死区的符号函数为：
当所述第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，所述符号函数输出1；
当所述第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，所述符号函数输出-1，其中，所述第一死区阈值大于所述第二死区阈值；
当所述第一差值或第二差值大于或等于所述第二死区阈值，且小于或等于所述第一死区阈值时，所述符号函数输出0。
4.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制，包括：
根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；
获取所述电机的转子当前位置；
根据所述转子当前位置对所述第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；
根据所述第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动所述电机的第一至第六驱动信号。
5.如权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压，包括：
获取所述电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；
根据所述第一轴规划电流和所述第一轴反馈电流生成所述第一轴电压；
根据所述第二轴规划电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴电压。
6.一种电机控制装置，其特征在于，包括：
电流生成模块，用于根据目标转矩和当前转速生成第一轴电流和第二轴电流；
电流规划模块，用于根据上一控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流对所述第一轴电流和所述第二轴电流进行规划以生成当前控制周期的第一轴规划电流和第二轴规划电流；
控制模块，用于根据所述第一轴规划电流和所述第二轴规划电流对所述电机进行控制。
7.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，所述电流规划模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述第一轴电流与所述上一控制周期的所述第一轴规划电流之间的第一差值，并获取所述第二轴电流与所述上一控制周期的所述第二轴规划电流之间的第二差值；
输入子模块，用于将所述第一差值输入带死区的符号函数以生成第一输出值，并将所述第二差值输入所述带死区的符号函数以生成第二输出值；
第一生成子模块，用于根据所述第一输出值生成所述第一轴规划电流，并根据所述第二输出值生成所述第二轴规划电流。
8.如权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，所述带死区的符号函数为：
当所述第一差值或第二差值大于第一死区阈值时，所述符号函数输出1；
当所述第一差值或第二差值小于第二死区阈值时，所述符号函数输出-1，其中，所述第一死区阈值大于所述第二死区阈值；
当所述第一差值或第二差值大于或等于所述第二死区阈值，且小于或等于所述第一死区阈值时，所述符号函数输出0。
9.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，所述控制模块，包括：
电压生成子模块，用于根据所述第一轴规划电流和第二轴规划电流生成第一轴电压和第二轴电压；
第二获取子模块，用于获取所述电机的转子当前位置；
电压变换子模块，用于根据所述转子当前位置对所述第一轴电压和第二轴电压进行逆变换以生成第一轴变换电压和第二轴变换电压；
信号生成子模块，用于根据所述第一轴变换电压和第二轴变换电压生成驱动所述电机的第一至第六驱动信号。
10.如权利要求9所述的电机控制装置，其特征在于，所述电压生成子模块，包括：
第三获取子模块，用于获取所述电机的第一轴反馈电流和第二轴反馈电流；
第二生成子模块，用于根据所述第一轴规划电流和所述第一轴反馈电流生成所述第一轴电压，并根据所述第二轴规划电流和所述第二轴反馈电流生成所述第二轴电压。
11.一种电机控制器，包括：
驱动器，所述驱动器包括第一至第六开关管；
用于驱动所述第一至第六开关管的控制器，所述控制器执行如权利要求1-5任一所述的电机控制方法。
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