CN112398372A - 一种用于弱磁控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种弱磁控制方法，用于通过接收到的输入母线电压Vdc、参考转速、实际转速、d轴电压Vd、q轴电压Vq、预设母线电压参考值
Figure DDA0002164830570000011
和/或平均电压余量设定值Vqmax确定q轴电流给定量和/或d轴电流给定量。再依据相电流(例如，ia、ib)、q轴电流给定量、d轴电流给定量来确定q轴电压给定量
Figure DDA0002164830570000012
及d轴电压给定量
Figure DDA0002164830570000013
可依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号实现对输入至电机的电压的调节。

Description

一种用于弱磁控制的方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，尤其涉及一种于弱磁控制的方法。
背景技术
目前永磁同步电机中采用的弱磁控制大多采用d轴电流梯度步进或测量实际母线电压及控制预测电压的误差来实时调整弱磁的深度及转速调节模块的反馈值，这几种方式能在稳定负载及稳定转速下运行。但是当运行转速的给定值及实际电压的幅值有大范围变动时，这几种方式的调节度跟不上实际变化量，控制模块就可能会出现失控的情况，从而导致电机运行失步或者其他控制模块及电机故障。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于弱磁控制的方法。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于永磁同步电机的方法，包括如下步骤：
a.计算q轴预留电压和q轴实际电压以及电机实际转速与参考转速；
b.判断q轴实际电压是否大于q轴预留电压；
c.当判断q轴实际电压大于q轴预留电压时，进入弱磁控制流程c1和c2，否则不进入弱磁控制流程；
c1.对所述实际转速与参考转速的转速差进行积分得到d轴电流给定量I* dRef；
c2.判断所述转速差是否大于零；
c21.当判断所述转速差大于零时，根据所述转速差的积分计算q轴电流给定量I* qRef和/或q轴电压给定量V* qRef，返回步骤b；
c22.当判断所述转速差不大于零时，根据所述转速差的比例得到q轴电流给定量I* qRef和/或q轴电压给定量V* qRef，返回步骤b；
d.当步骤b判断q轴实际电压不大于q轴预留电压时，退出弱磁控制流程；
d1.判断d轴电流给定量是否大于一阈值；
d11.当判断d轴电流给定量大于一阈值时，使d轴电流给定量等于该阈值；
d12.当判断d轴电流给定量不大于一阈值时，使d轴电流给定量步进累加。
依据本发明上述方面的方法，还包括在所述弱磁控制状态下，在所述转速差值为大于零时，通过公式IdRef+＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt来获得d轴电流给定量，其中ki为预设积分系数，和/或在所述转速差值为小于零时，通过公式IdRef-＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt来获得d轴电流给定量，其中ki为预设积分系数。
依据本发明上述方面的方法，还包括在退出所述弱磁控制状态下，在所述d轴电流给定量大于一阈值时，使所述d轴电流给定量等于所述阈值，和/或在所述d轴电流给定量不大于所述阈值时，根据公式IdRef+＝ΔIdStep来获得d轴电流给定量，其中ΔIdStep为预设d轴电流步长
依据本发明上述方面的方法，还包括在电机的输入母线电压小于q轴电流调节器输出电压时，通过具有第一电平的弱磁控制开关信号来控制进入弱磁控制状态；和/或在q轴电流调节器输出电压与输入母线电压的差值不为正时，通过具有第二电平的弱磁控制开关信号来控制退出弱磁控制状态。
依据本发明上述方面的方法，还包括：在所述弱磁控制状态下，在所述参考转速大于所述实际转速时，开启对所述转速差值的积分，以根据对所述转速差值进行比例积分运算来获得q轴电流给定量，和/或开启对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值的积分，以根据对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例积分运算来获得q轴电压给定量；和/或在所述弱磁控制状态下，在所述参考转速小于所述实际转速的差值时，关闭对所述转速差值的积分，以根据对所述转速差值进行比例运算来获得q轴电流给定量，和/或关闭对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值的积分，以根据对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例运算来获得q轴电压给定量。
依据本发明的另一个方面，提供一种用于永磁同步电机的方法，包括如下步骤：
a.计算直流母线电压和实际电压以及电机实际转速与参考转速；
b.判断实际电压是否大于直流母线电压；
c.当判断实际电压大于直流母线电压时，进入弱磁控制流程c1，否则不进入弱磁控制流程；
c1.对所述实际转速与参考转速的转速差进行积分得到d轴电流给定量I* dRef，返回步骤b；
d.当步骤b判断实际电压不大于直流母线电压时，退出弱磁控制流程；
d1.判断d轴电流给定量是否大于一阈值；
d11.当判断d轴电流给定量大于一阈值时，使d轴电流给定量等于该阈值；
d12.当判断d轴电流给定量不大于一阈值时，使d轴电流给定量步进累加。
依据本发明上述方面的方法，还包括对所述实际转速、参考转速、直流母线电压、和/或实际电压进行累积平均。
依据本发明上述方面的方法，还包括在电机的直流母线电压小于实际电压时，通过具有第一电平的弱磁控制开关信号来控制进入弱磁控制状态；和/或在所述实际电压与所述直流母线电压的差值不为正时，通过具有第二电平的弱磁控制开关信号来控制退出弱磁控制状态。
依据本发明上述方面的方法，还包括按照以下公式来确定弱磁参考电压：
Figure BDA0002164830550000041
其中，Vqmax为弱磁参考电压，Vmax为直流母线电压，Vd为d轴电压。
依据本发明上述方面的方法，还包括按照以公式来获得实际电压：
Figure BDA0002164830550000042
其中VReal表示实际电压，VqReal表示q轴实际电压，VdReal表示d轴实际电压。
依据本发明的另一个方面，提供了一种非易失性机器可读存储介质，包括一个或多个指令，其特征在于所述一个或多个指令响应于被执行而使得一个或多个处理器执行依据本发明以上方面的方法的一个或多个步骤。
依据本发明的又一个方面，提供了一种计算设备，包括一个或多个处理器；与所述一个或多个处理器耦合的一个或多个存储器，所述存储器用于存储一个或多个指令，其中所述一个或多个响应于被执行而使得所述一个或多个处理器执行依据本发明以上方面的方法的一个或多个步骤。
如上所述，依据本发明的上述方面，由于在电机状态变化(例如，外部电路板能提供的最大电压不够电机高转速运行所需的电压)时，通过采用对实际转速与参考转速的差值进行积分来获得d轴电流给定量的技术手段，所以克服了现有技术中因运行转速的给定值及实际电压的幅值有大范围变动时现有弱磁控制方式的调节度跟不上实际变化量，从而使控制器可能失控继而导致电机运行失步或其他控制器及电机故障等技术问题，进而达到了使电机的转速能够保持稳定，以避免现有的弱磁方法在负载功率大、输出饱和后电压跌落的情况下，电机转速超调或失控而引起电机运行过程中失步或其他故障出现等技术效果。
如上所述，依据本发明的上述方面，可采用通过接收到的输入母线电压Vdc、参考转速、实际转速、d轴电压Vd、q轴电压Vq、预设的q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000051
(预设的母线电压参考值)和/或弱磁参考电压Vqmax(预设的平均电压余量设定值)来确定d轴电流给定量和/或q轴电流给定量，和/或依据相电流(例如，ia、ib)、q轴电流给定量、和/或d轴电流给定量来确定q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000052
和/或d轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000053
和/或依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号对输入至电机的电压的调节，其中，在计算d轴电流给定量中，引入平均电压余量(例如，
Figure BDA0002164830550000054
或VReal)平均转速以及预设的平均电压余量设定值(例如，Vqmax或Vmax)，以使电机所需电压超过最大母线电压矢量时，输出的d轴电流给定量可通过电机所需电压与逆变器输出最大电压的差来确定等技术手段。由于采用了上述技术手段，所以克服了现有技术中因运行转速的给定值及实际电压的幅值有大范围变动时现有弱磁控制方式的调节度跟不上实际变化量，从而使控制器可能失控继而导致电机运行失步或其他控制器及电机故障等技术问题。进而，本发明达到了通过给定转速与实际转速的差值进运算的道，而且能保证在外部输出母线电压波动很大的情况下快速地进入及退出弱磁，并且根据输入电压的大小，输出不同的弱磁深度，维持电机稳定运行，提高电机的运行效率等技术效果。
附图说明
图1示意地示出依据本发明一个实施例的变频驱动系统的一个例子的方框图；
图2示意地示出依据本发明一个实施例的弱磁控制模块的一个例子的方框图；
图3示意地示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子的流程图；
图4示意地示出依据本发明另一个实施例的弱磁控制模块的一个例子的方框图；
图5示意地示出依据本发明另一个实施例的方法的一个例子的流程图；
图6示意地示出依据本发明又一个实施例的方法的一个例子的流程图；
图7示意地示出依据本发明再一个实施例的方法的一个例子的流程图；
图8示意地示出依据本发明还有一个实施例的方法的一个例子的流程图。
图9示意地示出依据本发明再一个实施例的设备的一个例子的方框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
虽然以下描述阐述可以例如在系统架构中示出的各个实现方式，但本文所描述的技术和/或布置的实现方式不限于特定系统架构和/或计算系统，并且可以通过用于相似目的的任何架构和/或计算系统得以实现。例如，采用例如一个多个集成电路芯片和/或封装的各种架构和/或各种计算设备和/或电子设备可以实现本文所描述的技术和/或布置。此外，虽然以下描述可以阐述大量具体细节(例如系统组件的逻辑实现方式、类型和相互关系、逻辑分区/集成选取等)，但可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求的主题。在其它实例中，为了不模糊本文所公开的材料，可以并不详细地示出一些材料(例如控制结构和完整软件指令序列)。可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实现本文所公开的材料。
本文所公开的材料也可以实现为可以由一个或多个处理器读取并且执行的机器可读介质或存储器上所存储的指令。计算机可读介质可以包括用于存储或发送机器(例如计算设备)可读的形式的信息的任何介质和/或机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；和/或其它介质。在另一形式中，非易失性物品(例如非易失性计算机可读介质)可以用于以上所提及的任何示例或其它示例，包括可以通过“瞬时”方式临时保存数据的这些元件(例如RAM等)。
图1示出依据本发明一个实施例的变频驱动系统100的一个例子。在一个实施例中，所述变频驱动系统100可用于内置式永磁同步电机(internal permanent magnetsynchronous motor(IPMSM)142。虽然图1中示出内部永磁同步电机，在其他实施例中，所述变频驱动系统100可用于其他永磁同步电机。
依据本发明的一个实施例，在永磁同步电机144的状态变化时，所述变频驱动系统100可用于对电机144的实际转速ωrReal与参考转速
Figure BDA0002164830550000071
的差值进行比例积分运算，以获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000072
继而可使电机144的转速保持稳定，以避免在负载功率大、输出饱和后和/或电压跌落的情况下电机转速超调或失控而引起电机运行过程中的失步或其他故障。例如，所述电机状态变化可包括外部电路板142能提供的最大电压Vqmax低于电机144高转速运行所需电压Vqref。
如图1所示，变频驱动系统100可包括限幅模块102、第一比较模块104、第一比例积分(微分)(proportion/integration(differentiation)(PI(D))模块106、弱磁控制模块108、第二比较模块110、第三比较模块112、第二比例积分模块114、第三比例积分模块116、积分模块118、第一坐标变换模块120、脉宽调制模块122、计时器124、运算放大器(operational amplifier(OPA))126、模-数转换器(analog-digital converter(ADC))128、电压控制器130、第二坐标变换模块132、第三坐标变换模块134和/或检测模块136。
在一个实施例中，限幅模块102可用于对设定转速进行限幅以获得参考转速
Figure BDA0002164830550000081
并提供给第一比较模块104。第一比较模块104可用于对实际转速(ωrReal)与参考转速进行比较以获得转速差
Figure BDA0002164830550000082
并把此转速差提供给第一比例积分模块106。第一比例积分模块106用于对此转速差进行比例和/或积分以获得第一比例积分结果(例如，q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000083
)，并把此第一比例积分结果提供给弱磁控制模块108。弱磁控制模块108可向第二比较模块110提供d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000084
和/或把第一比例积分模块106所产生的q轴电流给定量提供给第三比较模块112。例如，弱磁控制模块108可包括最大电流比(maximum torque per ampere(MTPA))控制模块或类似模块。
第二比较模块110可用于将来自弱磁控制模块108的d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000085
与d轴电流id(IdReal)相比较以产生第二差值(例如，
Figure BDA0002164830550000086
)，并提供给第二比例积分模块114进行比例和/或积分。第二比例积分模块114将其产生的第二比例积分结果(例如，d轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000087
)提供给第一坐标变换模块120。
第三比较模块112可用于将来自弱磁控制模块108和/或第一积分比例模块106的q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000088
与q轴电流iq(IqReal)相比较以产生第三差值(例如，
Figure BDA0002164830550000091
)，并提供给第三比例积分模块116进行比例和/或积分。第三比例积分模块116将其产生的第三比例积分结果(例如，q轴电流调节器输出电压或q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000092
)提供给第一坐标变换模块120和/或发送给弱磁控制模块108。
第一坐标变换模块120可对所述第二比例积分结果和第三比例积分结果进行坐标转换，以分别提供α轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000093
和β轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000094
第一坐标变换模块120与脉宽调制模块122和/或寄存器136耦合，以提供所述α轴电压给定量和β轴电压给定量。
脉宽调制模块122可用于根据α轴电压给定量和β轴电压给定量产生一个或多个脉宽调制信号。在一个实施例中，所述脉宽调制模块122可包括空间矢量脉宽调制模块(spacevector pulse width modulator)或其他脉宽调制模块。计时器124可用于根据来自脉宽调制模块122的脉宽调制信号来控制用于永磁同步电机144的外部电路板142。
所述外部电路板142可包括门驱动器138、逆变器140和/或其他模块。所述逆变器140可与电机144、运算放大器126和/或电压控制器(voltage controller(VC))130耦合，以用于在经由门驱动器138接收到的脉宽调制信号的控制下，输出外部电压至电机144来实现对电机144的控制。所述外部电路板142还可与运算放大器126和/或电压控制器130耦合，以输出外部电压和/或外部电流至运算放大器126和/或电压控制器130。
如图1所示，计时器124可用于实现独立/关联比较输出、配置死区时间和/或对ADC128的触发功能，和/或其他功能。虽然图1中示出计时器124可包括48MHz的16位计时器，在其他实施例中，可使用其他计时器。运算放大器126可用于接收来自逆变器140的外部电流并执行运算放大，并传送到模-数转换器128。
模-数转换器128可用于对所述来自运算放大器126的外部电流进行扫描采样、优先级采样和/或模-数转换等，以产生例如相电流ia、ib等。例如，所述模-数转换器128可包括1×16通道，并可具有12比特(bit)@每秒采样百万次(million samples per second(msps))的采样速率。所述模-数转换器128可使用先进先出(first input first output(FIFO)模式。所述模-数转换器128可使用直接存储器存取(direct memory access(DMA))传输。但在其他实施例中，可使用其他模-数转换器。
第三坐标变换模块132可对来自所述模-数转换器128的电流ia和ib进行坐标变换，以分别产生α轴电流iα和β轴电流iβ，并分别提供给第二坐标变换模块134和/或检测模块136。第二坐标变换模块134可用于根据所述α轴电流和β轴电流分别产生d轴电流id和q轴电流iq，并分别前馈给第二比较模块110和第三比较模块112。
检测模块136可用于监测α轴电压给定量、β轴电压给定量、α轴电流和/或β轴电流。例如，检测模块136可用于根据α轴电压给定量、β轴电压给定量、α轴电流和/或β轴电流来产生实际转速ωr，以传送给第一比较模块104。检测模块136还可用于将α轴电流和/或β轴电流提供给积分模块118。积分模块118可用于根据所述α轴电流和/或β轴电流而产生电机144的转子永磁体磁链的实际角度θr，并提供给第一坐标变换模块120和/或第三坐标变换模块134。
电压控制器130可根据来自逆变器140的外部电流进行电压控制，以在过载时产生过流保护信号，和/或控制所述计时器124紧急停机。
图1中示出变频驱动系统的一个例子，在其他实施例中，所述变频驱动系统的一个或多个部分可由软件、硬件、固件和/或其各种组合来实现，以用于执行图3、5-8所示流程中的一个或多个。在另一个实施例中，所述变频驱动系统的一部分或全部可由软件来实现，以用于执行图3、5-8所示流程中的一个或多个。
图6示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子的流程图。在一个实施例中，可利用所述方法来生成脉宽调制信号。参考图1和6，在一个实施例中，在框602，可依据输入控制板母线电压(Vdc)、q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000112
实际转速(ωrReal)和/或参考转速
Figure BDA0002164830550000113
来确定d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000114
和/或q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000115
其中，参考转速可由外部给出，例如通过遥控器指令或面板控制转速等。起始阶段的电流可使用一给定的参考电流初始值。起始阶段的q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000116
可使用所述给定的参考电流初始值根据电流比例积分(proportion/integration(PI))来得到。在框604，可依据d轴电流给定量和q轴电流给定量来分别确定d轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000117
和/或q轴电流调节器输出电压或q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000118
在框606，还可依据d轴电压给定量(对应于
Figure BDA0002164830550000119
)和q轴电压给定量(对应于
Figure BDA00021648305500001110
)来生成脉宽调制信号。
图7示出依据本发明另一个实施例的方法的一个例子的流程图。在一个实施例实施例中，利用所述方法可确定q轴电流给定量和/或d轴电流给定量。如图1和7所示，在一个实施例中，依据输入控制板母线电压、q轴电流调节器输出电压、实际转速和/或参考转速来确定q轴电流给定量和/或d轴电流给定量(例如，框602)可包括图7所示流程中的一个或多个。
在框702，可按照以下公式(1)依据母线电压来确定弱磁参考电压矢量Vqmax：
Figure BDA0002164830550000111
其中，Vmax为直流母线电压(Vdc)，Vd为d轴电压。
在框704，可对弱磁参考电压矢量(Vqmax)、q轴电流调节器输出电压
Figure BDA00021648305500001111
实际转速(ωrReal)和/或参考转速
Figure BDA00021648305500001112
进行累积平均。在一些实施例中，可不进行所述累积平均。
在框706，可将q轴电流调节器输出电压与弱磁参考电压进行比对并生成比对结果。在另一个实施例中，可将实际电压VReal与直流母线电压Vmax相比对来生成比对结果。
在框708，可依据所述比对结果和/或根据参考转速与实际转速的差值来确认d轴电流给定量和/或q轴电流给定量。
在框710，可依据所述转速差值，来确定对q轴电流调节器的积分是开或关。例如，可根据所述转速差的正负来确定开启或关闭对q轴转矩给定量和/或q轴电流调节器的积分。在所述转速差大于零时，开启积分；在所述转速差小于零时，关闭积分(例如，如以下参考图3所述)。虽然图7的方法可包括框710，但在一些实施例中，可不执行框710所述的操作(例如，如以下参考图4和5所述)。
在框712，可对如上所述获得的d轴电流给定量进行限幅和/或滤波处理。所述限幅和/或滤波处理是在完成所述转速差值的积分运算后，判断转速参考值与实际值的差值做出的一个前馈。
如上所述，在框706，q轴电流调节器输出电压与弱磁参考电压的比较结果可以是0和1，其中，0可指示q轴电流调节器输出电压低于或等于弱磁参考电压，1可指示q轴电流调节器输出电压高于弱磁参考电压。
更具体地，如图1和7所示，在框708，依据q轴电流调节器输出电压与弱磁参考电压的差值和/或依据实际转速与参考转速的差值来确定所述d轴电流给定量时，例如，可判断q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000121
(参考电压)与弱磁参考电压Vqmax(q轴最大电压)的差值，如果所述q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000122
>弱磁参考电压Vqmax，则执行框708所述转速差的积分和/或框710所述的积分开/关和/或框712所述的前馈。
图8示出依据本发明又一个实施例的方法的一个例子的流程图。在一个实施例中，可利用所述方法来获得d轴电流给定量。参考图1、7和8，依据q轴电流调节器输出电压与弱磁参考电压的差值和/或依据实际转速与参考转速的差值来确定所述d轴电流给定量(例如，框708)可包括图8所示流程中的一个或多个。
如图8所示，例如依据如上所述框706的比对结果，如果q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000131
与弱磁参考电压Vqmax的差值为正(例如，开启或进入弱磁控制)，则流程进到判断框804，以根据参考转速与实际转速的差值来确认d轴电流给定量。
在判断框804，在参考转速与实际转速的差值(参考转速-实际转速)为正时，则流程进到框806，以通过以下公式(2)，对d轴电流最小值限幅计算d轴电流给定量IdRef+：
IdRef+＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt (2)
其中，ki为预设积分系数。
在判断框804，在参考转速与实际转速的差值为负时，则流程进到框808，以通过以下公式(3)，对d轴电流最大值限幅计算d轴电流给定量IdRef-：
IdRef-＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt (3)
其中，ki为预设积分系数。
另一方面，在判断框802，如果q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000133
与弱磁参考电压Vqmax的差值为负或零(例如，关闭或退出弱磁控制)，则流程进到框810，以通过以下公式(4)计算d轴电流给定量IdRef+：
IdRef+＝ΔIdStep (4)
其中，ΔIdStep为预设d轴电流步长。
虽然如以上参考图1、6-8所述，例如比较q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000132
与弱磁参考电压Vqmax来确定是否进行弱磁控制，但在一些实施例中，可通过把实际电压VReal与直流母线电压Vmax进行比对来生成比对结果，以确定是否进行弱磁控制(例如，如以下图5所示)。
图2示出依据本发明一个实施例的弱磁控制模块108的一个例子。如图2所示，弱磁控制模块108可用于根据q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000141
(q轴预留电压)与弱磁参考电压矢量Vqmax(q轴实际获得电压)的差值的正负，来控制是否进行弱磁控制和/或是否进行积分开关控制。
例如，如果
Figure BDA0002164830550000142
大于Vqmax，则弱磁控制开关214置于1，弱磁控制模块108可进入弱磁控制。响应于所述弱磁控制，弱磁控制模块108(例如，弱磁控制开关信号为逻辑“1”或高电平，或具有第一电平)可控制开关220闭合以传送来自第一比较模块104的转速差
Figure BDA0002164830550000143
从而比例积分模块226对经限幅和/或滤波的转速差
Figure BDA0002164830550000144
进行比例积分来获得d轴电流给定量(例如，公式(2)或(3))，以提供给第二比较模块110。此外，响应于所述弱磁控制，可依据所述转速差的正负来控制打开或关闭对所述转速差的积分和/或对q轴电流给定量与q轴电流的差值的积分。
其中，在弱磁控制状态下，如果转速差>0，则第一比例积分模块106和/或第三比例积分模块116的积分运算打开。所述第一比例积分模块106通过对所述转速差进行比例积分运算来获得q轴电流给定量。所述第三比例积分模块116通过对q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例积分运算来获得所述q轴电流调节器输出电压(或q轴电压给定量)。所述第三比例积分模块116还可将所述q轴电流调节器输出电压提供给所述弱磁控制模块108(例如，弱磁控制开关214)。
在弱磁控制状态下，如果转速差为负，则第一比例积分模块106和/或第三比例积分模块116的积分运算关闭。所述第一比例积分模块106通过对所述转速差进行比例运算来获得q轴电流给定量。所述第三比例积分模块116通过对q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例运算来获得所述q轴电流调节器输出电压(或q轴电压给定量)。所述第三比例积分模块116还可将所述q轴电流调节器输出电压提供给所述弱磁控制模块108(例如，比较模块212)，以进行电压比较。
如果
Figure BDA0002164830550000145
小于或等于Vqmax，则弱磁控制开关214置于0(例如，弱磁开关控制信号为逻辑“0”或低电平，或具有不同于或低于第一电平的第二电平)，弱磁控制模块108不进行或退出弱磁控制。弱磁控制模块108(步进模块216)可根据d轴电流步长ΔIdStep来获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000151
(例如，公式(4))。
参考图2，所述弱磁控制模块108可包括比较模块212，用于把(q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000152
(或q轴预留电压)与弱磁参考电压矢量Vqmax(或q轴实际获得电压)相比对，并将该电压比较结果输出到弱磁控制开关214，以产生弱磁控制开关信号。如果电压比较结果指示
Figure BDA0002164830550000153
则弱磁控制开关214置于1，以进入如上所述的弱磁控制状态。如果比较结果指示
Figure BDA0002164830550000154
则弱磁控制开关214置于0，以退出如上所述的弱磁控制。
弱磁控制模块108可包括耦合到弱磁控制开关214的开关220。例如，弱磁控制开关214置于1而进入弱磁控制状态使得开关220闭合，从而来自第一比较模块204的转速差经限幅模块222限幅和/或经滤波模块224滤波。比例积分模块226耦合到滤波模块224，以对经滤波的转速差进行比例积分而获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000155
如图2所示，所述弱磁控制开关214还可耦合到所述第一比例积分模块106和第三比例积分模块116。如上所述，在弱磁控制开关214置于1而进入弱磁控制状态时，如果来自所述第一比较模块104的转速差为负，则关闭所述第一比例积分模块106和/或第三比例积分模块116的积分，以通过所述第一比例积分模块106对所述转速差进行比例运算而获得q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000156
和/或通过所述第三比例积分模块116对q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例运算而获得所述q轴电流调节器输出电压(或q轴电压给定量)。
另一方面，如上所述，在弱磁控制开关214置于1而进入弱磁控制状态时，如果来自所述第一比较模块104的转速差>0，则开启所述第一比例积分模块106和/或第三比例积分模块116的积分，以通过所述第一比例积分模块106对所述转速差进行比例积分而获得q轴电流给定量，和/或通过所述第三比例积分模块116对q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例积分而获得q轴电压给定量。
如果所述弱磁控制开关214置于0而不进行或退出弱磁控制，则耦合到弱磁控制开关214的步进模块216可按照d轴电流步长ΔIdStep来获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000161
限幅模块218可对步进模块216获得的d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000162
进行限幅，以提供
Figure BDA0002164830550000163
给第二比较模块110。
图2中示出弱磁控制模块108的一个例子，在其他实施例中，所述弱磁控制模块108的一个或多个部分可由软件、硬件、固件和/或其各种组合来实现，以用于执行图3、6-8所示流程中的一个或多个。在另一个实施例中，所述弱磁控制模块108的一部分或全部可由软件来实现，以用于执行图3、6-8所示流程中的一个或多个。
图3示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子。依据一个实施例，可利用所述方法进行弱磁控制和/或积分开关控制。
如图3所示，在框302，可计算q轴预留电压(Vqmax)、q轴实际电压
Figure BDA0002164830550000164
实际转速、和/或参考转速、和/或其平均值。在判断框304，可判断(例如，在初始状态下)弱磁控制开关是否＝1。如果弱磁控制开关≠1(例如，＝0)，则不进入弱磁控制状态或退出弱磁控制，流程进到框308，以使得|d轴电流给定量|＝0(例如，预设初始值)。
相反，如果弱磁控制开关＝1(例如，初始状态)，则进入弱磁控制状态，流程进到框306，以执行q轴电压比较开关运算。例如，可计算q轴电压差值
Figure BDA0002164830550000165
在判断框310，可判断所述q轴电压差值是否大于0。
如果在判断框310判定所述q轴电压差值不大于0，则不进行弱磁控制或退出弱磁控制，例如，流程进到判断框316。在判断框316，判断|d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000171
|是否大于一阈值。如果在判断框316判定|d轴电流给定量|未大于阈值，则流程进到框318，使|d轴电流给定量|步进累加。否则，如果判断框316判定|d轴电流给定量|大于阈值，则在框320，使|d轴电流给定量|＝阈值。
另一方面，如果在判断框310判定所述q轴电压差值大于0，则进入弱磁控制，例如，流程进到框312。在框312，对转速差(参考转速-实际转速)进行比例积分运算。在框314，可根据公式(2)或(3)对转速差进行比例积分而获得的d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000172
在一个实施例中，可对经限幅和/或滤波的转速差进行进行比例积分运算。
另外，如果在判断框310判定所述q轴电压差值大于0，流程还进到判断框322，以判断转速差是否大于0。
如果在判断框322判定转速差>0，则流程进到框324，以控制在计算q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000173
和/或q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000174
时开启积分运算。在框326，根据转速差的积分运算得到q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000175
和/或根据q轴电流给定量与q轴实际电流的差值的积分运算得到q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000176
继而，流程返回框306。
如果在判断框322判定转速差小于0，则流程进到框328，以控制在计算q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000177
和/或q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000178
时关闭积分运算。在框330，根据转速差的比例运算得到q轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000179
和或根据q轴电流给定量
Figure BDA00021648305500001710
与q轴实际电流之差的比例运算得到q轴电压给定量
Figure BDA00021648305500001711
继而，流程返回框306。
图4示出依据本发明另一个实施例的弱磁控制模块的一个例子。所述弱磁控制模块可用于图1所示的变频驱动系统。与图2所示的弱磁控制模块相比，图4所示的弱磁控制模块可更快地控制弱磁控制开关406的开启或关闭。
如图4所示，弱磁控制模块108可用于根据直流母线电压Vmax与实际电压VReal的差值的正负，来控制是否进行弱磁控制。
参考图4，弱磁控制模块108可包括滤波模块402，用于对外部电路板142输入的直流母线电压Vmax(例如，Vdc)进行滤波。弱磁控制模块108还包括比较模块404，用于把经滤波的直流母线电压与实际电压VReal相比较。例如，实际电压可根据
Figure BDA0002164830550000181
(公式(5))来获得，其中VqReal表示q轴实际电压，VdReal表示d轴实际电压。
例如，如果Vmax(弱磁参考电压)小于VReal，则弱磁控制模块108可进入弱磁控制，例如弱磁控制开关406置于1。响应于所述弱磁控制，比例积分模块412可对经限幅(限幅模块102)的转速差
Figure BDA0002164830550000183
进行比例积分来获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000182
(例如，根据以上公式(2)或(3))，以提供给第二比较模块110。如果Vmax-VReal不小于0，则弱磁控制模块108不进行或退出弱磁控制(弱磁控制开关406置于0)。弱磁控制模块108可根据d轴电流步长ΔIdStep(例如，以上公式(4))来获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000184
和/或进行限幅(例如，经由耦合到弱磁控制开关406的步进模块408和/或限幅模块410)。
图4中示出弱磁控制模块108的一个例子，在其他实施例中，所述弱磁控制模块108的一个或多个部分可由软件、硬件、固件和/或其各种组合来实现，以用于执行图5-8所示流程中的一个或多个。在另一个实施例中，所述弱磁控制模块108的一部分或全部可由软件来实现，以用于执行图5-8所示流程中的一个或多个。
图5示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子。依据一个实施例，可使用所述方法进行弱磁控制。以下参考图1和4对所述方法进行说明，但所述说明并非对本发明的限制。
如图5所示，在框502，可计算直流母线电压Vmax(弱磁参考电压)、实际电压VReal、实际转速和/或参考转速和/或其平均值。在判断框504，可判断(例如，初始状态)弱磁控制开关是否＝1。如果弱磁控制开关不等于1(例如，等于0)，则流程进到框508，以使得|d轴电流给定量|＝0(或其他预设初始值)。
相反，如果弱磁控制开关(例如，初始状态)＝1，则流程进到框506，以执行电压比较开关运算。例如，可计算电压差值VReal-Vmax。在判断框510，可判断所述电压差值是否大于0。如果在判断框510判定所述电压差值不大于0，则不进入或退出弱磁控制状态(例如，弱磁控制开关＝0)，流程进到判断框516。在判断框516，判断|d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000191
|是否大于一阈值。如果在判断框516判定|d轴电流给定量|未大于阈值，则流程进到框518，使|d轴电流给定量|步进累加。否则，如果判断框516判定|d轴电流给定量|大于阈值，则在框520，使|d轴电流给定量|＝阈值。
另一方面，如果在判断框510判定所述电压差值大于0，则进入弱磁控制状态(例如，弱磁控制开关＝1)，流程进到框512。在框512，对转速差(参考转速-实际转速)进行比例积分。例如，在框514，对转速差进行比例积分而获得d轴电流给定量
Figure BDA0002164830550000192
(例如，公式(2)或(3))。在一个实施例中，可对经限幅和/或滤波的转速差进行比例积分运算。
图9示出依据本发明一个实施例的示例设备900的一个例子。在一个实施例中，所述设备900可包括一个多个集成电路芯片和/或封装的各种架构和/或各种计算设备和/或电子设备等。可包括一个或多个处理器902以及与所述一个或多个处理器902耦合的一个或多个存储器904。在一个实施例中，所述一个或多个存储器904可包括随机存取存储器、动态随机存取存储器或静态随机存取存储器等各种存储设备。在一个实施例中，所述一个或多个存储器904可用于存储可由所述一个或多个处理器902读取和/或执行的一个或多个指令(例如，机器可读指令和/或计算机程序)。所述一个或多个指令还可存储于一非易失性机器可读存储介质上。响应于被执行，所述一个或多个指令使得所述一个或多个处理器902可实现如图1、2、和/或4所示的一个或多个模块，和/或执行如以上参考图1-8所述的一个或多个操作。在一个实施例中，图9仅示出设备900的一个例子，而非对本发明的限制，在一些实施例中，设备900还可包括一个或多个其他模块和/或部分(未示出)。
如上所述，依据本发明图1-9所示的实施例，由于本发明在电机状态变化(例如，外部电路板能提供的最大电压不够电机高转速运行所需的电压)时，通过采用对实际转速与参考转速的差值进行积分来获得d轴电流给定量的技术手段，所以克服了现有技术中因运行转速的给定值及实际电压的幅值有大范围变动时现有弱磁控制方式的调节度跟不上实际变化量，从而使控制器可能失控继而导致电机运行失步或其他控制器及电机故障等技术问题，进而达到了使电机的转速能够保持稳定，以避免现有的弱磁方法在负载功率大、输出饱和后电压跌落的情况下，电机转速超调或失控而引起电机运行过程中失步或其他故障出现等技术效果。
如上所述，依据本发明图1-9所示的实施例，本发明可采用通过接收到的输入母线电压Vdc、参考转速、实际转速、d轴电压Vd、q轴电压Vq、预设的q轴电流调节器输出电压
Figure BDA0002164830550000201
(预设的母线电压参考值)和/或弱磁参考电压Vqmax(预设的平均电压余量设定值)来确定d轴电流给定量和/或q轴电流给定量，和/或依据相电流(例如，ia、ib)、q轴电流给定量、和/或d轴电流给定量来确定q轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000202
和/或d轴电压给定量
Figure BDA0002164830550000203
和/或依据q轴电压给定量及d轴电压给定量生成脉宽调制信号对输入至电机的电压的调节，其中，在计算d轴电流给定量中，引入平均电压余量(例如，
Figure BDA0002164830550000204
或VReal)平均转速以及预设的平均电压余量设定值(例如，Vqmax或Vqmax)，以使电机所需电压超过最大母线电压矢量时，输出的d轴电流给定量可通过电机所需电压与逆变器输出最大电压的差来确定等技术手段。由于采用了所述技术手段，所以克服了现有技术中因运行转速的给定值及实际电压的幅值有大范围变动时现有弱磁控制方式的调节度跟不上实际变化量，从而使控制器可能失控继而导致电机运行失步或其他控制器及电机故障等技术问题。进而，本发明达到了通过给定转速与实际转速的差值进运算的道，而且能保证在外部输出母线电压波动很大的情况下快速地进入及退出弱磁，并且根据输入电压的大小，输出不同的弱磁深度，维持电机稳定运行，提高电机的运行效率等技术效果。
依据本发明的一个实施例，在例如家用冰箱系统中，当出现电压低落或者电压不稳定的情况时，依据本发明可以在转速允许范围内稳定运行。当系统在高转速、高电压下运行时，如果电压跌落(例如，一半)，依据本发明转速能够自动调节降频稳定运行。当系统运行在高转速，电压跌落后快速回升，转速能够自动调节升频稳定运行，不会出现超调失控的现象。

Claims (12)

1.一种用于永磁同步电机的方法，包括如下步骤：
a.计算q轴预留电压和q轴实际电压以及电机实际转速与参考转速；
b.判断q轴实际电压是否大于q轴预留电压；
c.当判断q轴实际电压大于q轴预留电压时，进入弱磁控制流程c1和c2，否则不进入弱磁控制流程；
c1.对所述实际转速与参考转速的转速差进行积分得到d轴电流给定量I* dRef；
c2.判断所述转速差是否大于零；
c21.当判断所述转速差大于零时，根据所述转速差的积分计算q轴电流给定量I* qRef和/或q轴电压给定量V* qRef，返回步骤b；
c22.当判断所述转速差不大于零时，根据所述转速差的比例得到q轴电流给定量I* qRef和/或q轴电压给定量V* qRef，返回步骤b；
d.当步骤b判断q轴实际电压不大于q轴预留电压时，退出弱磁控制流程；
d1.判断d轴电流给定量是否大于一阈值；
d11.当判断d轴电流给定量大于一阈值时，使d轴电流给定量等于该阈值；
d12.当判断d轴电流给定量不大于一阈值时，使d轴电流给定量步进累加。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在所述弱磁控制状态下，在所述转速差值为大于零时，通过公式IdRef+＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt来获得d轴电流给定量，其中ki为预设积分系数，和/或在所述转速差值为小于零时，通过公式IdRef-＝ki*∫(参考转速-实际转速)dt来获得d轴电流给定量，其中ki为预设积分系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在退出所述弱磁控制状态下，在所述d轴电流给定量大于一阈值时，使所述d轴电流给定量等于所述阈值，和/或在所述d轴电流给定量不大于所述阈值时，根据公式IdRef+＝ΔIdStep来获得d轴电流给定量，其中ΔIdStep为预设d轴电流步长。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在电机的输入母线电压小于q轴电流调节器输出电压时，通过具有第一电平的弱磁控制开关信号来控制进入弱磁控制状态；和/或在q轴电流调节器输出电压与输入母线电压的差值不为正时，通过具有第二电平的弱磁控制开关信号来控制退出弱磁控制状态。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：
在所述弱磁控制状态下，在所述参考转速大于所述实际转速时，开启对所述转速差值的积分，以根据对所述转速差值进行比例积分运算来获得q轴电流给定量，和/或开启对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值的积分，以根据对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例积分运算来获得q轴电压给定量；和/或
在所述弱磁控制状态下，在所述参考转速小于所述实际转速的差值时，关闭对所述转速差值的积分，以根据对所述转速差值进行比例运算来获得q轴电流给定量，和/或关闭对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值的积分，以根据对所述q轴电流给定量与q轴电流的差值进行比例运算来获得q轴电压给定量。
6.一种用于永磁同步电机的方法，包括如下步骤：
a.计算直流母线电压和实际电压以及电机实际转速与参考转速；
b.判断实际电压是否大于直流母线电压；
c.当判断实际电压大于直流母线电压时，进入弱磁控制流程c1，否则不进入弱磁控制流程；
c1.对所述实际转速与参考转速的转速差进行积分得到d轴电流给定量I* dRef，返回步骤b；
d.当步骤b判断实际电压不大于直流母线电压时，退出弱磁控制流程；
d1.判断d轴电流给定量是否大于一阈值；
d11.当判断d轴电流给定量大于一阈值时，使d轴电流给定量等于该阈值；
d12.当判断d轴电流给定量不大于一阈值时，使d轴电流给定量步进累加。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括对所述实际转速、参考转速、直流母线电压、和/或实际电压进行累积平均。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括在电机的直流母线电压小于实际电压时，通过具有第一电平的弱磁控制开关信号来控制进入弱磁控制状态；和/或在所述实际电压与所述直流母线电压的差值不为正时，通过具有第二电平的弱磁控制开关信号来控制退出弱磁控制状态。
9.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括按照以下公式来确定弱磁参考电压：
Figure FDA0002164830540000031
其中，Vqmax为弱磁参考电压，Vmax为直流母线电压，Vd为d轴电压。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括按照以公式来获得实际电压：
Figure FDA0002164830540000041
其中VReal表示实际电压，VqReal表示q轴实际电压，VdReal表示d轴实际电压。
11.一种非易失性机器可读存储介质，包括一个或多个指令，其特征在于所述一个或多个指令响应于被执行而使得一个或多个处理器执行如以上权利要求1到10中任一项所述方法的一个或多个步骤。
12.一种计算设备，其特征在于包括:
一个或多个处理器；
与所述一个或多个处理器耦合的一个或多个存储器，所述存储器用于存储一个或多个指令，其中所述一个或多个响应于被执行而使得所述一个或多个处理器执行如以上权利要求1到10中任一项所述方法的一个或多个步骤。
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Citations (8)

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