CN110677088B - 永磁同步电机的控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的控制方法和装置，其中，方法包括以下步骤：获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，其中，弱磁电压余量根据d轴电压指令和q轴电压指令计算得到；根据转矩指令、转速和弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令；根据d轴电流指令和q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对永磁同步电机进行控制。该方法根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，有助于提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

Description

永磁同步电机的控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的控制方法和一种永磁同步电机的控制装置。

背景技术

近年来，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。在实际应用中，为了充分发挥永磁同步电机的功率，常采用最大转矩电流比结合最大转矩电压比的控制方式，当电机运行在基速以下时，通过查找最大转矩电流比表格获取电流指令并进行电流闭环控制；当电机运行在基速以上时，通过查找最大转矩电压比表格获取电流指令并进行电流闭环控制。

在实际系统中，由于电流传感器的量程需涵盖电机运行的最大电流，因此电流传感器在检测小电流时误差较大，信噪比低，从而导致电机在小转矩指令请求时转矩脉动大，稳定性差。为此，相关技术中采用更高精度的电流传感器可提高小电流的检测精度，但这显著增加了系统成本。

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永磁同步电机的控制方法，以根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，有助于提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，且降低电机控制系统成本。

本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种永磁同步电机的控制装置。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种永磁同步电机的控制方法，包括以下步骤：获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，其中，所述弱磁电压余量根据d轴电压指令和q轴电压指令计算得到，根据如下公式计算得到所述弱磁电压余量：

其中，ΔU为所述弱磁电压余量，U_dc为逆变器直流侧的电源电压，u_d、u_q分别为所述d轴电压指令、所述q轴电压指令；根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令；根据所述d轴电流指令和所述q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制；其中，所述根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令，包括：

根据所述转矩指令和所述转速分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

其中，所述恒电流变转矩表的标定步骤包括：

步骤1：根据所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set和dq轴电流夹角σ计算dq轴电流指令，其中，d轴电流指令i_{d_ref}＝-I_setcosσ，q轴电流指令i_{q_ref}＝I_setsinσ；

步骤2：采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制，以使d轴电流反馈值i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致；

步骤3：按照预设转矩梯度ΔT_ref增大转矩指令T_ref，其中，转矩指令T_ref的初始值为0；

步骤4：获取所述永磁同步电机的转速和转矩反馈值T_fdb，根据转矩指令T_ref和所述转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，并返回所述步骤1；

其中，每次循环中的转矩指令T_ref、转速n、dq轴电流指令i_{d_ref}和i_{q_ref}，组成所述恒电流变转矩表；

根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令，所述根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令，包括：

计算

的幅值I_s，其中，

计算所述幅值I_s与所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算所述弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；

如果所述第一差值大于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第一差值小于或等于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第二差值小于或等于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令。

根据本发明实施例的永磁同步电机的控制方法，首先获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，然后根据转矩指令、转速和弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令，最后根据d轴电流指令和q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对永磁同步电机进行控制。由此，根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，有助于提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，且降低电机控制系统成本。

另外，根据本发明实施例的永磁同步电机的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，所述根据转矩指令T_ref和转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，包括：判断T_ref与T_fdb之间的大小关系；如果T_ref>T_fdb，则按照预设角度梯度Δσ增大dq轴电流夹角σ；如果T_ref<T_fdb，则按照所述预设角度梯度Δσ减小dq轴电流夹角σ，直至T_ref＝T_fdb；其中，如果dq轴电流夹角σ在0°到90°范围调整过程中，T_ref始终大于T_fdb，则停止所述恒电流变转矩表的标定。

进一步地，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面实施例提出的永磁同步电机的控制方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的计算机程序被处理器执行时，能够根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，有助于提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种永磁同步电机的控制装置，包括：电压余量计算模块，用于获取逆变器直流侧的电源电压和dq轴电压指令，根据所述电源电压和所述dq轴电压指令计算得到弱磁电压余量，根据如下公式计算得到所述弱磁电压余量：

其中，ΔU为所述弱磁电压余量，U_dc为逆变器直流侧的电源电压，u_d、u_q分别为所述d轴电压指令、所述q轴电压指令；电流指令生成模块，用于获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，并根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成dq电流指令；控制模块，用于根据所述d轴电流指令和所述q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制；所述电流指令生成模块，具体用于：根据所述转矩指令和所述转速分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

其中，所述恒电流变转矩表的标定步骤包括：

步骤1：根据所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set和dq轴电流夹角σ计算dq轴电流指令，其中，d轴电流指令i_{d_ref}＝-I_setcosσ，q轴电流指令i_{q_ref}＝I_setsinσ；

步骤2：采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制，以使d轴电流反馈值i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致；

步骤3：按照预设转矩梯度ΔT_ref增大转矩指令T_ref，其中，转矩指令T_ref的初始值为0；

步骤4：获取所述永磁同步电机的转速和转矩反馈值T_fdb，根据转矩指令T_ref和所述转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，并返回所述步骤1；

其中，每次循环中的转矩指令T_ref、转速n、dq轴电流指令i_{d_ref}和i_{q_ref}，组成所述恒电流变转矩表；

根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

所述电流指令生成模块根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令时，具体用于：

计算

的幅值I_s，其中，

计算所述幅值I_s与所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算所述弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；

如果所述第一差值大于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第一差值小于或等于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第二差值小于或等于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令。

根据本发明实施例的永磁同步电机的控制装置，根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，有助于提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

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

图1是根据本发明实施例的永磁同步电机的控制方法的流程图；

图2是根据本发明一个示例的永磁同步电机的控制方法的原理图；

图3是根据本发明一个示例的生成三组dq轴电流值的原理图；

图4是根据本发明一个示例的标定恒电流变转矩表的原理图；

图5是根据本发明实施例的永磁同步电机的控制装置的结构框图。

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永磁同步电机的控制方法和装置。

图1是根据本发明实施例的永磁同步电机的控制方法的流程图。

需要说明的是，在该实施例中，可定义两相静止坐标系α-β，在永磁同步电机转子上建立一个两相旋转坐标系d-q，进而该坐标系d-q与转子同步转动，d轴即为转子磁场的方向，q轴即为垂直于转子磁场的方向。可定义永磁同步电机转子的位置为θ。

在该实施例中，可设定MTPA(Maximum Torque Per Ampere，最大转矩电流比)表、最大转矩电压比MTPV(Maximum Torque Per Voltage，最大转矩电压比)表和恒电流变转矩表，其中，最大转矩电流比表是以最大转矩电流比为目的，设定一定的电流幅值，调整dq轴电流夹角，以寻求最大转矩电流比点，进而标定得到的电机转矩、转速与dq轴电流的对应关系表；最大转矩电压比表是以最大转矩电压比为目的，即设定一定的电流幅值和弱磁电压余量，调整dq轴电流夹角，在满足弱磁电压余量的前提下寻求最大转矩电压比点，进而标定得到的电机转矩、转速与dq轴电流的对应关系表。

也就是说，根据转矩指令和转速分别查找最大转矩电流比表和最大转矩电压比表，能够得到最大转矩比和最大转矩电压比下的dq轴电流。

如图1所示，该永磁同步电机的控制方法包括以下步骤：

S101，获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，其中，弱磁电压余量根据d轴电压指令和q轴电压指令计算得到。

其中，根据如下公式计算得到弱磁电压余量：

其中，ΔU为弱磁电压余量，U_dc为逆变器直流侧的电源电压，u_d、u_q分别为d轴电压指令、q轴电压指令。

具体地，如图2所示，在开始永磁同步电机控制时，可获取用户输入的转矩指令T_ref、永磁同步电机的转速n和弱磁电压余量ΔU，其中，永磁同步电机的转速n与弱磁电压余量ΔU的初始值均可为0。也就是说，在开始永磁同步电机控制时，获取到的转矩指令T_ref为永磁同步电机接收到的转矩指令、转速n为0、弱磁电压余量ΔU为逆变器直流侧的电源电压U_dc。

S102，根据转矩指令、转速和弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令。

在一个示例中，如图3所示，根据转矩指令T_ref、转速n和弱磁电压余量ΔU生成dq轴电流指令可包括：根据转矩指令T_ref和转速n分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

根据弱磁电压余量从三组dq轴电流值中选择一组，作为d轴电流指令和q轴电流指令。

进一步地，根据弱磁电压余量从三组dq轴电流值中选择一组，作为d轴电流指令和q轴电流指令，可包括：计算

的幅值I_s，其中，

计算幅值I_s与永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；如果第一差值大于0，且第二差值大于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令；如果第一差值小于或等于0，且第二差值大于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令；如果第二差值小于或等于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令。

具体地，如图3所示，首先，根据步骤S101中获取到的转矩指令T_ref、转速n查找MTPA表，得到最大转矩电流比对应的dq轴电流指令

并输入到双路选择开关S1的1号端口；根据步骤S101中获取到的转矩指令T_ref、转速n查找MTPV表，得到最大转矩电压比对应的dq轴电流指令

并输入到双路选择开关S2的3号端口；根据步骤S101中获取到的转矩指令T_ref、转速n查找CAVT(恒电流变转矩)表，得到与该转矩指令和转速对应的dq轴电流指令

以保证在一定转矩(例如小转矩)指令时，控制电机中流过的电流恒大于最小电流阈值I_set，并将该dq轴电流指令输入到双路选择开关S1的3号端口。由此，对应得到了三组dq轴电流值

和

然后，通过公式

计算MTPA表对应的dq轴电流指令

的幅值I_s，并计算幅值I_s与永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值ΔI_s，即为双路选择开关S1的2号端口的信号，并计算弱磁电压余量ΔU与弱磁电压阈值U_set之间的差值，记为第二差值ΔU_s，即为双路选择开关S2的2号端口的信号。其中，最小电流阈值I_set根据电机电流的采样精度需求而设定，若要求电流的采样误差与实际电流的比值不大于η，且最大采样误差为ΔI_sample，则I_set＝ΔI_a/η。

最后，参照图3，双路选择开关S1和双路选择开关S2均分别通过2号端口信号(分别为第一差值ΔI_s和第二差值ΔU_s)的符号进行动作，从而选择最优的一组dq轴电流指令作为最优的d轴电流指令i_{d_ref}和q轴电流指令i_{q_ref}，其中，对于双路选择开关S1而言，如果2号端口的信号大于0，则输出1号端口的dq轴电流值，反之，则输出3号端口的dq轴电流值；对于双路选择开关S2而言，如果2号端口的信号大于0，则输出1号端口的dq轴电流值，反之，则输出3号端口的dq轴电流值，该控制过程具体描述如下：

如果ΔI_s>0，则双路选择开关S1输出1号端口的dq轴电流指令

并输入到双路选择开关S2的1号端口，此时，如果ΔU_s>0，则双路选择开关S2输出其1号端口的dq轴电流指令

即将

分别作为d轴电流指令i_{d_ref}和q轴电流指令i_{q_ref}。

如果ΔI_s≤0，则双路选择开关S1输出3号端口的dq轴电流指令

并输入到双路选择开关S2的1号端口，此时，如果ΔU_s>0，则双路选择开关S2输出其1号端口的dq轴电流指令

即将

分别作为d轴电流指令i_{d_ref}和q轴电流指令i_{q_ref}。

如果ΔU_s≤0，则双路选择开关S2输出其3号端口的dq轴电流指令

即将

分别作为d轴电流指令i_{d_ref}和q轴电流指令i_{q_ref}。

S103，根据d轴电流指令和q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对永磁同步电机进行控制。

具体地，参照图2，在上述步骤是102执行结束后，即得到dq轴电流指令i_{d_ref}、i_{q_ref}后，根据该dq轴电流指令i_{d_ref}、i_{q_ref}对永磁同步电机进行控制可包括如下步骤：

步骤1031，将d轴电流指令i_{d_ref}与d轴电流反馈值i_d作差，得到d轴电流偏差Δi_d，该偏差经PI调节得到d轴电压指令u_d；将q轴电流指令i_{q_ref}与q轴电流反馈值i_q作差，得到q轴电流偏差Δi_q，该偏差经PI调节得到q轴电压指令u_q。其中，dq轴电流反馈值i_d和i_q的初始值均可为0。

步骤1032，根据逆变器直流侧的电源电压U_dc、d轴电压指令u_d和q轴电压指令u_q计算弱磁电压余量ΔU，即根据公式

计算弱磁电压余量ΔU，从而更新磁电压余量ΔU，以待后续循环控制时使用。

步骤1033，根据转子位置θ对dq轴电压指令u_d和u_q进行PARK逆变换(PARK-1)得到αβ轴电压u_α和u_β。其中，转子位置θ的初始值为0，在后续循环控制中，转子位置θ可通过位置传感器在永磁同步电机PMSM的运行过程中检测并输出。

步骤1034，根据αβ轴电压u_α和u_β，采用SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制)技术生成六路驱动信号D，以使逆变器根据六路驱动信号D驱动永磁同步电机PMSM运行。

步骤1035，在永磁同步电机PMSM的运行过程中，位置传感器检测转子位置并输出转子位置θ和转速n。

步骤1036，检测永磁同步电机的三相电流i_A、i_B和i_C，并将该三相电流经过CLARKE变换得到αβ轴电流i_α和i_β。

步骤1037，根据步骤5得到的转子位置θ对αβ轴电流i_α和i_β进行PARK变换，得到dq轴电流反馈值i_d和i_q。

也就是说，上述步骤5至步骤7均是在永磁同步电机PMSM运行过程中检测反馈值：转子位置θ、转速n和dq轴电流反馈值i_d和i_q，以根据转子位置θ对αβ轴电流i_α和i_β进行PARK变换，得到dq轴电流反馈值i_d和i_q，以待下一次控制时使用(根据i_d和i_q计算第一差值和第二差值，根据转速n计算dq轴电流指令)。

总的来说，该实施例中，可对永磁同步电机进行三种控制方式：根据dq轴电流指令

对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制；根据dq轴电流指令

对永磁同步电机进行恒电流变转矩控制方式，以保证在一定转矩(例如小转矩)指令时，控制电机中流过的恒大于最小电流阈值I_set；根据dq轴电流指令

对永磁同步电机进行最大转矩电压比控制方式。相较于传统仅采用最大转矩电流比和最大转矩电压比结合的控制方式，能够提高电流检测信噪比和电流检测精度，降低电机控制系统成本。

由此，该控制方法根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，无需更高精度的电流传感器，能够提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

在本发明的一个示例中，如图4所示，恒电流变转矩表的标定步骤可包括：

步骤1：根据永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set和dq轴电流夹角σ计算dq轴电流指令，其中，d轴电流指令i_{d_ref}＝-I_setcosσ，q轴电流指令i_{q_ref}＝I_setsinσ。需要说明的是，dq轴电流夹角σ可以是根据具体实际情况设定的，此处不做限定。

步骤2：采用电流单闭环矢量控制技术对永磁同步电机进行控制，以使d轴电流反馈值i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致。

具体而言，参照图4，在计算出dq轴电流指令i_{d_ref}、i_{q_ref}后，首先，可将d轴电流指令i_{d_ref}与d轴电流反馈值i_d作差，得到d轴电流偏差Δi_d，该偏差经PI调节得到d轴电压指令u_d；将q轴电流指令i_{q_ref}与q轴电流反馈值i_q作差，得到q轴电流偏差Δi_q，该偏差经PI调节得到q轴电压指令u_q，其中，dq轴电流反馈值i_d和i_q的初始值均可为0；然后，根据转子位置θ对dq轴电压指令u_d和u_q进行PARK逆变换(PARK^-1)得到αβ轴电压u_α和u_β。其中，转子位置θ的初始值为0；最后，根据αβ轴电压u_α和u_β对永磁同步电机进行控制，在永磁同步电机的运行过程中，检测三相电流i_A、i_B和i_C，并将该三相电流经过CLARKE变换得到αβ轴电流i_α和i_β，并检测转子位置θ，以根据转子位置θ对αβ轴电流i_α和i_β进行PARK变换，得到dq轴电流反馈值i_d和i_q，如此循环控制，直至i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致。

步骤3：按照预设转矩梯度ΔT_ref增大转矩指令T_ref，其中，转矩指令T_ref的初始值为0。

步骤4：获取永磁同步电机的转速n和转矩反馈值T_fdb，根据转矩指令T_ref和转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，并返回步骤1。

其中，每次循环中的转矩指令T_ref、转速n、dq轴电流指令i_{d_ref}和i_{q_ref}，组成恒电流变转矩表。

进一步地，根据转矩指令T_ref和转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，包括：判断T_ref与T_fdb之间的大小关系；如果T_ref>T_fdb，则按照预设角度梯度Δσ增大dq轴电流夹角σ；如果T_ref<T_fdb，则按照预设角度梯度Δσ减小dq轴电流夹角σ，直至T_ref＝T_fdb；其中，如果dq轴电流夹角σ在0°到90°范围调整过程中，T_ref始终大于T_fdb，则停止恒电流变转矩表的标定，以保证转矩较小时电机绕组中流过的电流不小于最小电流阈值I_set。

综上所述，本发明实施例的永磁同步电机的控制方法，根据转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量对永磁同步电机进行控制，通过恒电流变转矩控制，能够保证在转矩较小时电机绕组中流过的电流不小于最小电流阈值，能够提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性；无需更高精度的电流传感器，相较于通过更高精度的电流传感器来提高小电流的检测精度，能够降低电机控制系统成本。

进一步地，本发明提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的永磁同步电机的控制方法。

该计算机可读存储介质，在其上存储的与上述永磁同步电机的控制方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够通过恒电流变转矩控制，提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

图5是根据本发明实施例的永磁同步电机的控制装置。

如图5所示，该永磁同步电机的控制装置100包括：电压余量计算模块10、电流指令生成模块20和控制模块30。

其中，电压余量计算模块10用于获取逆变器直流侧的电源电压和dq轴电压指令，根据电源电压和dq轴电压指令计算得到弱磁电压余量；电流指令生成模块20用于获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，并根据转矩指令、转速和弱磁电压余量生成dq电流指令；控制模块30用于根据d轴电流指令和q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对永磁同步电机进行控制。

在本发明的一个实施例中，电流指令生成模块20可具体用于：根据转矩指令和转速分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

根据弱磁电压余量从三组dq轴电流值中选择一组，作为d轴电流指令和q轴电流指令。

进一步地，电流指令生成模块20可根据弱磁电压余量从三组dq轴电流值中选择一组，作为d轴电流指令和q轴电流指令时，具体用于：计算

的幅值I_s，其中，

计算幅值I_s与永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；如果第一差值大于0，且第二差值大于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令；如果第一差值小于或等于0，且第二差值大于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令；如果第二差值小于或等于0，则将

分别作为d轴电流指令和q轴电流指令。

需要说明的是，本发明实施例的永磁同步电机的控制装置的其他具体实施方式可参见本发明上述永磁同步电机的控制方法的具体实施方式，此处不再赘述。

本发明实施例的永磁同步电机的控制装置，能够通过恒电流变转矩控制，提高电流检测信噪比和电流检测精度，从而提高电机控制的稳定性，降低电机控制系统成本。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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 (4)

1.一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，其中，所述弱磁电压余量根据d轴电压指令和q轴电压指令计算得到，根据如下公式计算得到所述弱磁电压余量：

其中，ΔU为所述弱磁电压余量，U_dc为逆变器直流侧的电源电压，u_d、u_q分别为所述d轴电压指令、所述q轴电压指令；

根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令；

根据所述d轴电流指令和所述q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制；

其中，所述根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令，包括：

根据所述转矩指令和所述转速分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

其中，所述恒电流变转矩表的标定步骤包括：

步骤1：根据所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set和dq轴电流夹角σ计算dq轴电流指令，其中，d轴电流指令i_{d_ref}＝-I_setcosσ，q轴电流指令i_{q_ref}＝I_setsinσ；

步骤2：采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制，以使d轴电流反馈值i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致；

步骤3：按照预设转矩梯度ΔT_ref增大转矩指令T_ref，其中，转矩指令T_ref的初始值为0；

步骤4：获取所述永磁同步电机的转速和转矩反馈值T_fdb，根据转矩指令T_ref和所述转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，并返回所述步骤1；

其中，每次循环中的转矩指令T_ref、转速n、dq轴电流指令i_{d_ref}和i_{q_ref}，组成所述恒电流变转矩表；

根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令，所述根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令，包括：

计算

的幅值I_s，其中，

计算所述幅值I_s与所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算所述弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；

如果所述第一差值大于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第一差值小于或等于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第二差值小于或等于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述根据转矩指令T_ref和转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，包括：

判断T_ref与T_fdb之间的大小关系；

如果T_ref>T_fdb，则按照预设角度梯度Δσ增大dq轴电流夹角σ；

如果T_ref<T_fdb，则按照所述预设角度梯度Δσ减小dq轴电流夹角σ，直至T_ref＝T_fdb；

其中，如果dq轴电流夹角σ在0°到90°范围调整过程中，T_ref始终大于T_fdb，则停止所述恒电流变转矩表的标定。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-2中任一项所述的永磁同步电机的控制方法。

4.一种永磁同步电机的控制装置，其特征在于，包括：

电压余量计算模块，用于获取逆变器直流侧的电源电压和dq轴电压指令，根据所述电源电压和所述dq轴电压指令计算得到弱磁电压余量，根据如下公式计算得到所述弱磁电压余量：

其中，ΔU为所述弱磁电压余量，U_dc为逆变器直流侧的电源电压，u_d、u_q分别为d轴电压指令、q轴电压指令；

电流指令生成模块，用于获取转矩指令、永磁同步电机的转速和弱磁电压余量，并根据所述转矩指令、所述转速和所述弱磁电压余量生成d轴电流指令和q轴电流指令；

控制模块，用于根据所述d轴电流指令和所述q轴电流指令采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制；

所述电流指令生成模块，具体用于：

根据所述转矩指令和所述转速分别查找最大转矩电流比表、最大转矩电压比表和恒电流变转矩表，对应得到三组dq轴电流值

和

其中，所述恒电流变转矩表的标定步骤包括：

步骤1：根据所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set和dq轴电流夹角σ计算dq轴电流指令，其中，d轴电流指令i_{d_ref}＝-I_setcosσ，q轴电流指令i_{q_ref}＝I_setsinσ；

步骤2：采用电流单闭环矢量控制技术对所述永磁同步电机进行控制，以使d轴电流反馈值i_d与i_{d_ref}一致，q轴电流反馈值i_q与i_{q_ref}一致；

步骤3：按照预设转矩梯度ΔT_ref增大转矩指令T_ref，其中，转矩指令T_ref的初始值为0；

步骤4：获取所述永磁同步电机的转速和转矩反馈值T_fdb，根据转矩指令T_ref和所述转矩反馈值T_fdb调整dq轴电流夹角σ，并返回所述步骤1；

其中，每次循环中的转矩指令T_ref、转速n、dq轴电流指令i_{d_ref}和i_{q_ref}，组成所述恒电流变转矩表；

根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

所述电流指令生成模块根据弱磁电压余量从所述三组dq轴电流值中选择一组，作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令时，具体用于：

计算

的幅值I_s，其中，

计算所述幅值I_s与所述永磁同步电机中允许流过的最小电流阈值I_set之间的差值，记为第一差值，并计算所述弱磁电压余量与弱磁电压阈值之间的差值，记为第二差值；

如果所述第一差值大于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第一差值小于或等于0，且所述第二差值大于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令；

如果所述第二差值小于或等于0，则将

分别作为所述d轴电流指令和所述q轴电流指令。

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