CN110690837B - 基于矢量控制系统的电机控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于矢量控制系统的电机控制方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于矢量控制系统的电机控制方法、基于矢量控制系统的电机控制系统以及一种计算机可读存储介质。其中，方法包括：在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。通过假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换过程中永磁同步电机转速及电流振荡甚至启动失败的情况，提高了启动几率。

Description

基于矢量控制系统的电机控制方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体而言，涉及一种基于矢量控制系统的电机控制方法、一种基于矢量控制系统的电机控制系统以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
现有无速度传感器控制的永磁同步电机广泛应用在各个领域，常见的控制永磁同步电机启动的方式为将速度环开环，电流环闭环，控制永磁同步电机转子转动，直至转子以及角度观测器稳定之后，将速度环切换至闭环，然而，在速度环由开环状态切换至闭环时容易出现永磁同步电机的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的第一个方面在于，提出一种基于矢量控制系统的电机控制方法。
本发明的第二个方面在于，提出一种基于矢量控制系统的电机控制系统。
本发明的第三个方面在于，提出一种计算机可读存储介质。
有鉴于此，根据本发明的第一个方面，提供了一种基于矢量控制系统的电机控制方法，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环，其中基于矢量控制系统的电机控制方法包括：在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。
本发明提供的基于矢量控制系统的电机控制方法，在速度环开环时，向永磁电机的q轴注入第一预设电流，并持续第一预设时长，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，并在加速至预设转速的同时计算在d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环，通过假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
另外，根据本发明提供的上述技术方案中的基于矢量控制系统的电机控制方法，还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，优选地，计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度具体包括：根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度。
在该技术方案中，d轴的假定转子磁链角度通过在第二预设时长内根据预设加速度加速至预设转速的积分得到，其中第二预设时长和预设加速度以及预设转速根据永磁同步电机的启动需求合理设置。
在上述任一技术方案中，优选地，第二预设电流具体通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001721057420000021
其中，δ为时间的函数，
Figure BDA0001721057420000022
T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
在该技术方案中，第二预设电流按照时间不断变化，进而不断调整永磁同步电机的输入电流，直至到达假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，提高的启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环具体包括：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；判断角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该技术方案中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，当角度差值是否处于第一预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第一预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第一预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环具体包括：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；对角度差值进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果进行角度补偿；判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该技术方案中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，并对角度差值进行低通滤波以及角度补偿处理，剔除在转子磁链角度获取过程中存在的干扰波形，同时利用角度补偿对低通滤波处理结果进行处理，避免计算结束后出现角度偏差，致使在进行速度环切换过程中额外产生的转子转速以及切换过程的电流震荡，造成启动失败，当角度补偿结果处于第二预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第二预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第二预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还包括：获取d轴的电流和q轴的电流，并将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，q轴的电流输出至电流环的id指令控制器。
在该技术方案中，在计算永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还获取d轴和q轴的电流，将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，q轴的电流输出至电流环的id指令控制器，在速度环由开环切换至闭环时的电流指令相同，避免出现切换前后的电流指令存在差值致使启动失败。
在上述任一技术方案中，优选地，在控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d 轴的假定转子磁链角度之后，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度之前，还包括：控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长。
在该技术方案中，在控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度之后，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度之前，控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长以确保在预设转速下永磁电机的所有参数区域平稳，避免出现刚刚达到预设转速时仍存在的预设加速度对转子磁链角度计算造成的误差，进而提高了转子磁链角度的观测精度。
在上述任一技术方案中，优选地，对角度差值进行低通滤波处理具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000041
其中，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值，τ为低通滤波的时间常数，s为拉普拉斯变换中的复变量，θerr为未低通滤波的角度差值。
在该技术方案中，低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接通过低通滤波的时间常数τ、拉普拉斯变换中的复变量s、低通滤波的角度差值θerr计算得到，无需复杂的技术过程。
在上述任一技术方案中，优选地，对低通滤波处理结果进行角度补偿具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000051
其中，θerr_cri为角度补偿结果，τ为低通滤波的时间常数，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值。
在该技术方案中，角度补偿结果θerr_cri由低通滤波的时间常数τ、δ由90°变化至0°的第三预设时长T以及低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接计算得到，无需复杂的技术过程。
根据本发明的第二个方面，提供了基于矢量控制系统的电机控制系统，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环，其中基于矢量控制系统的电机控制系统包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以：在速度环开环时，向永磁同步电机的q 轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。
本发明提供的基于矢量控制系统的电机控制系统，处理器执行存储在存储器中的计算机程序以：在速度环开环时，向永磁电机的q轴注入第一预设电流，并持续第一预设时长，按照最大转矩电流比控制，减少定子铜耗，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，并在加速至预设转速的同时计算在d轴的假定转子磁链角度；向q 轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环，通过假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机输出速度转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
另外，根据本发明提供的上述技术方案中的基于矢量控制系统的电机控制系统，还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度。
在该技术方案中，d轴的假定转子磁链角度通过在第二预设时长内根据预设加速度加速至预设转速的积分得到，其中第二预设时长和预设加速度以及预设转速根据永磁同步电机的启动需求合理设置。
在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：第二预设电流具体通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001721057420000061
其中，δ为时间的函数，
Figure BDA0001721057420000062
T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
在该技术方案中，第二预设电流按照时间不断变化，进而不断调整永磁同步电机的输入电流，直至到达假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机输出速度转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；判断角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该技术方案中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，当角度差值是否处于第一预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第一预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的转子转速以及的电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第一预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；对角度差值进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果进行角度补偿；判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该技术方案中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，并对角度差值进行低通滤波以及角度补偿处理，剔除在转子磁链角度获取过程中存在的干扰波形，同时利用角度补偿对低通滤波处理结果进行处理，避免计算结束后出现角度偏差，致使在进行速度环切换过程中额外产生的转子转速以及的电流震荡，造成启动失败，当角度补偿结果处于第二预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第二预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第二预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
在上述任一技术方案中，优选地，处理器，还用于执行计算机程序以：
获取d轴和q轴的电流，并将q轴的电流输出至速度环的PI控制器， d轴的电流输出至电流环的id指令控制器。
在该技术方案中，在计算永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还获取d轴和q轴的电流，其中将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，q轴的电流输出至电流环的id指令控制器，在速度环由开环切换至闭环时的电流指令相同，避免出现切换前后的电流指令存在差值致使启动失败。
在上述任一技术方案中，优选地，处理器，还用于执行计算机程序以：控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长。
在该技术方案中，在控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度之后，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度之前，控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长以确保在预设转速下永磁电机的所有参数区域平稳，避免出现刚刚达到预设转速时仍存在的预设加速度对转子磁链角度计算造成的误差，进而提高了转子磁链角度的观测精度。
在上述任一技术方案中，优选地，对角度差值进行低通滤波处理具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000081
其中，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值，τ为低通滤波的时间常数， s为拉普拉斯变换中的复变量，θerr为未低通滤波的角度差值。
在该技术方案中，低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接通过低通滤波的时间常数τ、拉普拉斯变换中的复变量s、低通滤波的角度差值θerr计算得到，无需复杂的技术过程。
在上述任一技术方案中，优选地，对低通滤波处理结果进行角度补偿具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000082
其中，θerr_cri为角度补偿结果，τ为低通滤波的时间常数，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值。
在该技术方案中，角度补偿结果θerr_cri由低通滤波的时间常数τ、δ由90°变化至0°的第三预设时长T以及低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接计算得到，无需复杂的技术过程。
根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案所述的方法的步骤。
本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被处理器执行时可实现上述任一技术方案所述的方法的步骤，因而具有上述基于矢量控制系统的电机控制方法的全部有益技术效果，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，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示出了根据本发明一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图2示出了根据本发明另一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图3示出了根据本发明再一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图4示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图5示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图6示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图7示出了根据本发明一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制系统的示意框图；
图8示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图；
图9示出了本发明一个实施例中基于矢量控制系统的电机控制框图；
图10示出了本发明一个实施例中频率，第一预设电流、第二预设电流以及角度差值的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的第一方面的实施例提供了一种基于矢量控制系统的电机控制方法，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环。
图1示出了根据本发明一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图1所示，本发明的一个实施例的压缩机的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S102，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S104，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S106，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；
S108，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。
本发明提供的基于矢量控制系统的电机控制方法，在速度环开环时，向永磁电机的q轴注入第一预设电流，并持续第一预设时长，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，并在加速至预设转速的同时计算在d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环，通过假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
图2示出了根据本发明另一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图2所示，本发明的另一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S202，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S204，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S206，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；
S208，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。
在该实施例中，d轴的假定转子磁链角度通过在第二预设时长内根据预设加速度加速至预设转速的积分得到，其中第二预设时长和预设加速度以及预设转速根据永磁同步电机的启动需求合理设置。
在本发明的一个实施例中，第二预设电流具体通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001721057420000111
其中，δ为时间的函数，
Figure BDA0001721057420000112
T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
在该实施例中，第二预设电流按照时间不断变化，进而不断调整永磁同步电机的输入电流，直至到达假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
图3示出了根据本发明再一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图3所示，本发明的再一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S302，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S304，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S306，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；
S308，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；
S310，判断角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，当角度差值是否处于第一预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第一预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第一预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
图4示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图4所示，本发明的又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S402，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S404，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S406，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；
S408，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；
S410，对角度差值进行低通滤波处理；
S412，对低通滤波处理结果进行角度补偿；
S414，判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，并对角度差值进行低通滤波以及角度补偿处理，剔除在转子磁链角度获取过程中存在的干扰波形，同时利用角度补偿对低通滤波处理结果进行处理，避免计算结束后出现角度偏差，致使在进行速度环切换过程中额外产生的转子转速以及切换过程的电流震荡，造成启动失败，当角度补偿结果处于第二预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第二预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第二预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
其中，第一预设范围和第二预设范围根据永磁同步电机的需求合理设置，优选地，第一预设范围小于第二预设范围。
图5示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图5所示，本发明的又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S502，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S504，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S506，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，以及获取d轴的电流和q轴的电流，并将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，d轴的电流输出至电流环的id指令控制器；
S508，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；
S510，对角度差值进行低通滤波处理；
S512，对低通滤波处理结果进行角度补偿；
S514，判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，在计算永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还获取 d轴和q轴的电流，将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，q轴的电流输出至电流环的id指令控制器，在速度环由开环切换至闭环时的电流指令相同，避免出现切换前后的电流指令存在差值致使启动失败。
图6示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
如图6所示，本发明的又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S602，在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
S604，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
S606，控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长；
S608，向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，以及获取d轴和q轴的电流，并将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，d轴的电流输出至电流环的id指令控制器；
S610，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；
S612，判断角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，在控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度之后，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度之前，控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长以确保在预设转速下永磁电机的所有参数区域平稳，避免出现刚刚达到预设转速时仍存在的预设加速度对转子磁链角度计算造成的误差，进而提高了转子磁链角度的观测精度。
在本发明的一个实施例中，优选地，对角度差值进行低通滤波处理具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000151
其中，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值，τ为低通滤波的时间常数， s为拉普拉斯变换中的复变量，θerr为未低通滤波的角度差值。
在该实施例中，低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接通过低通滤波的时间常数τ、拉普拉斯变换中的复变量s、低通滤波的角度差值θerr计算得到，无需复杂的技术过程。
在本发明的一个实施例中，优选地，对低通滤波处理结果进行角度补偿具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000152
其中，θerr_cri为角度补偿结果，τ为低通滤波的时间常数，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值。
在该实施例中，角度补偿结果θerr_cri由低通滤波的时间常数τ、δ由90°变化至0°的第三预设时长T以及低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接计算得到，无需复杂的技术过程。
本发明的第二方面的实施例提供了一种基于矢量控制系统的电机控制系统，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环。
图7示出了根据本发明一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制系统700的示意框图。
如图7所示，本发明的一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制系统700包括：存储器702，用于存储计算机程序；处理器704，用于执行计算机程序以：在速度环开环时，向永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度；根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环。
在该实施例中，处理器704执行存储在存储器中的计算机程序以：在速度环开环时，向永磁电机的q轴注入第一预设电流，并持续第一预设时长，控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，并在加速至预设转速的同时计算在d轴的假定转子磁链角度；向q轴和d轴注入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环，通过假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机的转子转速以及电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
在本发明的一个实施例中，处理器704具体用于执行计算机程序以：根据加速度、预设转速以及第二预设时长计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度。
在该实施例中，处理器704执行计算机程序通过在第二预设时长内根据预设加速度加速至预设转速的积分得到d轴的假定转子磁链角度，其中第二预设时长和预设加速度以及预设转速根据永磁同步电机的启动需求合理设置。
在本发明的一个实施例中，处理器704，具体用于执行计算机程序以：通过以下公式计算得到第二预设电流具体：
Figure BDA0001721057420000171
其中，δ为时间的函数，
Figure BDA0001721057420000172
T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
在该实施例中，第二预设电流按照时间不断变化，进而不断调整永磁同步电机的输入电流，直至到达假定转子磁链角度与转子磁链角度判断速度环的切换时机，避免了直接切换容易出现的切换后永磁同步电机输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，提高了启动几率。
在本发明的一个实施例中，处理器704，具体用于执行计算机程序以：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；判断角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，当角度差值是否处于第一预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第一预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第一预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
在本发明的一个实施例中，处理器704，具体用于执行计算机程序以：计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值；对角度差值进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果进行角度补偿；判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制速度环由开环切换至闭环；否则，重复实时计算永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
在该实施例中，计算假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值，并对角度差值进行低通滤波以及角度补偿处理，剔除在转子磁链角度获取过程中存在的干扰波形，同时利用角度补偿对低通滤波处理结果进行处理，避免计算结束后出现角度偏差，致使在进行速度环切换过程中额外产生的转子转速以及切换过程的电流震荡，造成启动失败，当角度补偿结果处于第二预设范围时，认为符合速度环进行切换的时机，控制速度环由开环切换至闭环，否则重新实时计算永磁同步电机的转子磁链角度，并根据假定转子磁链角度和转子磁链角度判断是否控制速度环由开环切换至闭环的过程，通过设定假定转子磁链角度与转子磁链角度的角度差值的变化范围，利用第二预设范围将假定转子磁链角度与观测得到的转子磁链角度限定在一定范围内，进而减少在速度环切换过程中出现的输出速度转子转速以及切换过程的电流震荡，出现启动失败的情况，通过设定第二预设范围能够有效提高永磁同步电机的启动几率。
其中，第一预设范围和第二预设范围根据永磁同步电机的需求合理设置，优选地，第一预设范围小于第二预设范围。
在本发明的一个实施例中，处理器704，还用于执行计算机程序以：获取d轴的电流和q轴的电流，并将q轴的电流输出至速度环的PI控制器， q轴的电流输出至电流环的id指令控制器。
在该实施例中，在计算永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还获取 d轴和q轴的电流，将q轴的电流输出至速度环的PI控制器，q轴的电流输出至电流环的id指令控制器，在速度环由开环切换至闭环时的电流指令相同，避免出现切换前后的电流指令存在差值致使启动失败。
在本发明的一个实施例中，处理器704，还用于执行计算机程序以：控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长。
在该实施例中，在控制永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度之后，在向q轴和d轴输入第二预设电流，并实时计算永磁同步电机的转子磁链角度之前，控制永磁同步电机的转子按照预设转速运行第四预设时长以确保在预设转速下永磁电机的所有参数区域平稳，避免出现刚刚达到预设转速时仍存在的预设加速度对转子磁链角度计算造成的误差，进而提高了转子磁链角度的观测精度。
在本发明的一个实施例中，对角度差值进行低通滤波处理具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000191
其中，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值，τ为低通滤波的时间常数， s为拉普拉斯变换中的复变量，θerr为未低通滤波的角度差值。
在该实施例中，低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接通过低通滤波的时间常数τ、拉普拉斯变换中的复变量s、低通滤波的角度差值θerr计算得到，无需复杂的技术过程。
在本发明的一个实施例中，对低通滤波处理结果进行角度补偿具体通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001721057420000192
其中，θerr_cri为角度补偿结果，τ为低通滤波的时间常数，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长，θerr_lpf为低通滤波处理后的角度差值。
在该实施例中，角度补偿结果θerr_cri由低通滤波的时间常数τ、δ由90°变化至0°的第三预设时长T以及低通滤波处理后的角度差值θerr_lpf直接计算得到，无需复杂的技术过程。
本发明的第三方面的实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案所述的方法的步骤。
本发明提供的计算机可读存储介质，其上存储的计算机程序被处理器执行时可实现上述任一技术方案所述的方法的步骤，因而具有上述基于矢量控制系统的电机控制方法的全部有益技术效果，在此不再赘述。
图8示出了根据本发明又一个实施例的基于矢量控制系统的电机控制方法的示意流程图。
图9示出了本发明一个实施例中基于矢量控制系统的电机控制框图。
图10示出了本发明一个实施例中频率，第一预设电流、第二预设电流以及角度差值的示意图。
如图8所示，基于矢量控制系统的电机控制方法包括：
S1：速度环旁路，电流环闭环，如图9所示，将图中的3个开关均放置在位置1，在q轴给定电流指令iop*sinδ，δ＝90°并保持1秒钟，如图10 中t1阶段所示，之后跳转到S2；
S2：缓慢加速至指定速度，如图10中t2阶段所示，此时的假定转子磁链角度θop由速度指令积分获得，如图10所示，之后跳转到S3；
S3：保持速度1秒钟，如图10的t3阶段所示，之后跳转至S4；
S4：q轴给定电流指令iop*sinδ，d轴给定电流指令iop*cosδ，δ按照
Figure BDA0001721057420000201
的规律，匀速地逐渐从90°变为0°，如图10的t4阶段所示，需要注意的是在后续环节S8中，当不符合条件时需回到本步骤继续δ的变化；
S5：在上述步骤进行的同时，运行转子磁链角度θobs计算；
S6：在上述步骤进行的同时，d/q轴电流指令反馈回速度环输出；
S7：将假定转子磁链角度θop减去观测角度θobs得到角度差θerr，并经过以下处理：
(1)一阶低通滤波，
Figure BDA0001721057420000202
(2)补偿，
Figure BDA0001721057420000203
最终将θerr_cri作为判据角度差；
S8：当θerr_cri满足-1°＜θerr_cri＜1°以时，进入到S9；
S9：速度环从旁路切换至闭环，在图9，将各个开关切换到位置2。
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 (17)

1.一种基于矢量控制系统的电机控制方法，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环，其特征在于，包括：
在所述速度环开环时，向所述永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
控制所述永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
向所述q轴和所述d轴注入第二预设电流，并实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度；
根据所述假定转子磁链角度和所述转子磁链角度判断是否控制所述速度环由开环切换至闭环，具体包括：
计算所述假定转子磁链角度与所述转子磁链角度的角度差值；判断所述角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制所述速度环由开环切换至闭环；或
计算所述假定转子磁链角度与所述转子磁链角度的角度差值；对所述角度差值进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果进行角度补偿；判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制所述速度环由开环切换至闭环。
2.根据权利要求1所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度具体包括：
根据所述加速度、所述预设转速以及所述第二预设时长计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度。
3.根据权利要求2所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述第二预设电流具体通过以下公式计算得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，δ为时间的函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
4.根据权利要求3所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述根据所述假定转子磁链角度和所述转子磁链角度判断是否控制所述速度环由开环切换至闭环具体还包括：
判断所述角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为否时，重复实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
5.根据权利要求3所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述根据所述假定转子磁链角度和所述转子磁链角度判断是否控制所述速度环由开环切换至闭环具体还包括：
判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为否时，重复实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
6.根据权利要求1所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
在所述向所述q轴和所述d轴输入第二预设电流，并实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度的同时，还包括：
获取所述d轴的电流和所述q轴的电流，并将所述q轴的电流输出至所述速度环的PI控制器，所述d轴的电流输出至所述电流环的id指令控制器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
在所述控制所述永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度之后，在所述向所述q轴和所述d轴输入第二预设电流，并实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度之前，还包括：
控制所述永磁同步电机的转子按照所述预设转速运行第四预设时长。
8.根据权利要求7所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述对所述角度差值进行低通滤波处理具体通过以下公式进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，θ err_lpf 为低通滤波处理后的角度差值，τ为低通滤波的时间常数，s为拉普拉斯变换中的复变量，θ err 为未低通滤波的角度差值。
9.根据权利要求7所述的基于矢量控制系统的电机控制方法，其特征在于，
所述对低通滤波处理结果进行角度补偿具体通过以下公式进行计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，θ err_cri 为角度补偿结果，τ为低通滤波的时间常数，δ为时间的函数，
Figure 532055DEST_PATH_IMAGE002
，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长，θ err_lpf 为低通滤波处理后的角度差值。
10.一种基于矢量控制系统的电机控制系统，应用于永磁同步电机，其中矢量控制系统至少包括速度环和电流环，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以：
在所述速度环开环时，向所述永磁同步电机的q轴注入第一预设电流并维持第一预设时长；
控制所述永磁同步电机的转子按照预设加速度加速至预设转速并运行第二预设时长，以及计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度；
向所述q轴和所述d轴注入第二预设电流，并实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度；
根据所述假定转子磁链角度和所述转子磁链角度判断是否控制所述速度环由开环切换至闭环；
计算所述假定转子磁链角度与所述转子磁链角度的角度差值；判断所述角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为是时，控制所述速度环由开环切换至闭环；或
计算所述假定转子磁链角度与所述转子磁链角度的角度差值；对所述角度差值进行低通滤波处理；对低通滤波处理结果进行角度补偿；判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为是时，控制所述速度环由开环切换至闭环。
11.根据权利要求10所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器，具体用于执行所述计算机程序以：
根据所述加速度、所述预设转速以及所述第二预设时长计算所述永磁同步电机的d轴的假定转子磁链角度。
12.根据权利要求11所述的电机控制系统，其特征在于，所述第二预设电流具体通过以下公式计算得到：
Figure 527824DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，δ为时间的函数，
Figure 510824DEST_PATH_IMAGE002
，T为δ由90°变化至0°的第三预设时长。
13.根据权利要求12所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器，具体还用于执行所述计算机程序以：
判断所述角度差值是否处于第一预设范围，在判断结果为否时，重复所述实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
14.根据权利要求12所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器，具体还用于执行所述计算机程序以：
判断角度补偿结果是否处于第二预设范围，在判断结果为否时，重复所述实时计算所述永磁同步电机的转子磁链角度的步骤。
15.根据权利要求10所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器，还用于执行所述计算机程序以：
获取所述d轴的电流和所述q轴的电流，并将所述q轴的电流输出至所述速度环的PI控制器，所述q轴的电流输出至所述电流环的id指令控制器。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的电机控制系统，其特征在于，所述处理器，还用于执行所述计算机程序以：
控制所述永磁同步电机的转子按照所述预设转速运行第四预设时长。
17.一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至9中任一项所述的电机控制方法的步骤。
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