CN112737429A - 电机及其电流补偿控制方法、装置、存储介质及处理器 - Google Patents

电机及其电流补偿控制方法、装置、存储介质及处理器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机的电流补偿控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，该方法包括：根据电机的给定转速，确定电机的目标直流母线电压；获取电机的实际直流母线电压；确定实际直流母线电压是否小于目标直流母线电压；若实际直流母线电压小于目标直流母线电压，则根据目标直流母线电压与实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流；将电机的给定电流与补偿电流之和作为电机的运行电流，并按运行电流控制电机运行。该方案，通过抑制无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，提升电机运行的可靠性。

Description

电机及其电流补偿控制方法、装置、存储介质及处理器
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机的电流补偿控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，尤其涉及一种无电解电容永磁同步电机调速系统的电机高频工况电流补偿控制方法、装置、电机、存储介质及处理器。
背景技术
永磁同步电机是一种结构简单、低成本、高效率的电动机，其被广泛应用在如航空航天、数控机床以及电动车辆等工业工程领域中。相关方案中，永磁同步电机驱动系统为矢量控制系统，矢量控制系统利用转速环与电流环两组闭环反馈控制环路来控制永磁同步电机的驱动电压，驱动永磁同步电机在给定的转速与负载工况下稳定运行。永磁同步电机由含有直流母线网络的供电系统能够提供驱动电压，通常情况下，直流母线网络的供电系统的直流母线侧会并联一个大电容值的电解电容，此电解电容起稳定直流侧母线电压、吸收电流谐波的作用。电解电容由内部的电解液吸收与储存电能量，其体积通常较大，成本较高，且在温差较大的环境下容易损坏，极大地降低了电路系统的可靠性。
无电解电容控制技术采用一种电容值较小的薄膜电容来替换直流侧母线端并联的大型电解电容，小电容值的薄膜电容成本较低且稳定性较好，替换后的控制系统控制能力与系统稳定性都将会提升。但由于更改后的薄膜电容电容值较小，无法吸收较多的电能量，因此替换后的控制系统中直流侧母线电压将会产生波动现象，这一电压波动现象将会为控制系统与电机运行带来负面影响。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电机的电流补偿控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，以解决无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，影响电机运行的可靠性的问题，达到通过抑制无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，提升电机运行的可靠性的效果。
本发明提供一种电机的电流补偿控制方法，包括：根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压；获取所述电机的实际直流母线电压；确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压；若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流；将所述电机的给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行。
在一些实施方式中，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压，包括：根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率；根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。
在一些实施方式中，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
在一些实施方式中，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
在一些实施方式中，根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种电机的电流补偿控制装置，包括：控制单元，被配置为根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压；获取单元，被配置为获取所述电机的实际直流母线电压；所述控制单元，还被配置为确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压；所述控制单元，还被配置为若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流；所述控制单元，还被配置为将所述电机的给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压，包括：根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率；根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电机，包括：以上所述的电机的电流补偿控制装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的电机的电流补偿控制方法。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的电机的电流补偿控制方法。
由此，本发明的方案，通过检测直流母线电压最小值，将检测到的直流母线电压最小值即实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，从而，通过抑制无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，提升电机运行的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电机的电流补偿控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中确定所述电机的目标直流母线电压的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的电机的电流补偿控制装置的一实施例的结构示意图；
图4为一种无电解电容永磁同步电机调速系统的一实施例的结构示意图；
图5为应用本发明的高频工况电流补偿单元的无电解电容永磁同步电机调速系统的一实施例的结构示意图；
图6为本发明的高频工况下电流补偿单元的一实施例的控制流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-控制单元；104-获取单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种电机的电流补偿控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的电流补偿控制方法可以包括：步骤S110至步骤S150。
在步骤S110处，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压(如理想直流母线电压最小值Udc*)。
在一些实施方式中，步骤S110中根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图2所示本发明的方法中确定所述电机的目标直流母线电压的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中确定所述电机的目标直流母线电压的具体过程，包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率。
在一些实施方式中，步骤S210中根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
具体地，获取永磁同步电机及无电解电容控制系统的重要参数，包括且不限于负载转矩Te、永磁体磁通ψf、电机极对数p，电机给定转速ω等，将所述重要参数输入至给定电压计算单元中，计算获得在给定高频转速条件下的理想直流母线电压最小值Udc*。
永磁同步电机的机械功率计算方法如式(1)所示：
P＝Te·ω (1)。
在式(1)中，P为永磁同步电机机械功率，Te为电机输出转矩，ω为电机转子角速度。在通常情况下，永磁同步电机的输出转矩等于负载转矩，转子转速则是人为设定的给定转速，因此通过式(1)即可确定电机在某给定转速条件下的机械功率。
步骤S220，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。
具体地，将电机给定角速度输入至机械功率计算模块，计算出电机的给定机械功率。将给定机械功率输入至最低电压计算模块，计算出当前转速条件下的电机运行的理想最低直流母线电压。
在一些实施方式中，步骤S220中根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
具体地，在忽略电路损耗等因素的前提下，可以认为直流母线侧功率与电机机械功率、电机电功率相等，基于此推导出式(2)：
P＝Te·ω＝1.5(udid+uqiq)＝Pdc (2)。
在式(2)中，Pdc为直流母线侧功率，ud、uq分别为电机的d轴电压与q轴电压，id、iq分别为电机的d轴电流与q轴电流。多数情况下，电机控制系统会采用弱磁控制方式驱动电机高频运行，弱磁控制方法通过减小电机q轴电流并增大电机d轴电流的方式使电机在最大功率时继续提升转速，但弱磁控制方法会使电机的q轴电流减小从而减小电机的输出转矩。
为了计算出所需的电机运行直流母线电压最小值Udc*，假设电机在高速运行条件下的输出转矩Te保持不变，且电机以最大转矩电流比的控制策略运行，即全部运行电流均被转换为q轴电流，此时d轴电流为0，则式(2)就能够被转换为式(3)的形式：
P＝Te·ω＝1.5uq'iq' (3)。
式(3)中的q轴电流iq’为给定转速条件下的最大q轴电流，当电机在给定转速条件下的功率P(式(3)中计算获得的功率P是按照最大输出转矩计算，因此可能会大于实际电机的最大功率)能够通过计算确定时，获取给定转速条件下的最大q轴电流即可以计算出给定转速条件下的最小q轴电压，由于在id＝0条件下进行分析，因此通过功率平衡原则可以得出，此最小q轴电压uq’与直流母线电压的最小值Udc*相等。
当id＝0时，iq’的计算方法如式(4)及式(5)所示，其中式(4)为永磁同步电机在id＝0条件下的转矩与q轴电流数学关系式，式(5)则为将式(4)进行整理后的形式，在两组算式中，p为电机极对数，ψf为永磁同步电机的永磁体磁通。通过式(5)即可以计算出电机在给定转矩条件下的最大q轴电流iq’。
Te＝1.5pψfiq' (4)；
iq'＝2Te/3pψf (5)。
将计算获得的最大q轴电流iq’代入至式(3)，即可计算获得最小q轴电压uq’，此最小q轴电压与直流侧母线电压最小值Udc*相等，由此即可获得控制过程所需的理想直流母线电压最小值Udc*。
在步骤S120处，获取所述电机的实际直流母线电压(如实际直流母线电压Udc)。
在步骤S130处，确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压。
在步骤S140处，若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流(如q轴补偿电流Δiq*)。
在一些实施方式中，步骤S140中根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
具体地，若控制系统判定需对电机进行电流补偿操作，即当控制系统检测并判定时Udc*大于Udc时，则将所述电压差值(Udc*-Udc)输入至PI调节器中，PI调节器对所述电压差值进行PI调节，输出q轴补偿电流Δiq*。控制系统将q轴补偿电流Δiq输入至给定q轴电流iq*中，完成对无电解电容控制系统驱动的永磁同步电机在高频运行时的电流补偿过程。
通过对无电解电容控制系统的直流侧母线电压进行采样，获取处于低点的直流母线电压值，并将其与计算给定的理想直流母线电压最小值相比较，将比较所得的两者之差通过调节器进行控制，获得等效的q轴电流补偿值，将此q轴电流补偿值输入至无电解电容的电机控制系统中，完成控制过程。这样，当所述电机的控制系统中波动的直流母线电压处于低谷值时，通过比较给定的理想直流母线电压最小值与实际直流母线电压值，并利用两者差值及PI调节器计算获得q轴补偿电流的方式对所述无电解电容控制系统的给定q轴电流进行补偿，从而抑制直流母线电压过低产生的电机转速降低、转速波动现象。
由此，通过检测直流母线电压最小值，并将其与给定的理想母线电压最小值相比较，将两者差值通过PI调节器调节后输出q轴补偿电流并将其输入至控制系统中生成的给定q轴电流中的控制方式，提升直流母线电压值较低时的给定q轴电流值，从而在电机驱动电压不足的情况下提升电机的实际转速，解决电机无法升速至给定高频转速的问题，能够提升电机运行的可靠性。
在步骤S150处，将所述电机的给定电流(如给定q轴电流iq*)与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行，即按补偿得到的补偿电流控制所述电机运行。具体地，将电机q轴补偿电流Δiq*输入至无电解电容控制系统的电机给定q轴电流iq*中，即将电机给定q轴电流iq*与电机q轴补偿电流Δiq*相加，即可完成对无电解电容控制系统驱动电机以高频转速运行时的q轴电流补偿控制过程。
当然，若所述实际直流母线电压大于或等于所述目标直流母线电压，则按所述电机的给定电流控制所述电机运行。
具体地，通过电压采样装置，获取实际直流母线电压Udc，将所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc输入值电压比较控制单元102中，计算出Udc*与Udc两者差值。也就是说，获取无电解电容电机调速系统的实际直流侧母线电压Udc，直流侧母线电压可以通过电机调速系统中的电压采样模块采样获得。
电压比较控制单元102判断所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc两者差值与0之间的大小关系，若所述电压差值(Udc*-Udc)小于等于0，说明此时直流母线电压存有足够裕量，电机能够正常运行，控制系统不需要进行额外控制操作；若所述电压差值(Udc*-Udc)大于0，说明此时直流母线电压裕量不足，电机驱动电压不足，控制系统判定此时需要对电机进行电流补偿操作。
由此，通过在电机的实际直流母线电压小于根据电机的给定转速确定的目标直流母线电压的情况下，根据目标直流母线电压与实际直流母线电压的电压，计算得到补偿电流，能够控制波动直流母线电压条件下的电机高频转速，补偿波动至低点位置时的电机转速，抑制了电机高频运行时的大幅转速波动现象，能够提升电机运行的可靠性。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，从而，通过抑制无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，提升电机运行的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的电流补偿控制方法的一种电机的电流补偿控制装置。参见图3所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电机的电流补偿控制装置可以包括：控制单元102和获取单元104。
其中，控制单元102，被配置为根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压(如理想直流母线电压最小值Udc*)。该控制单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
在一些实施方式中，所述控制单元102，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压，包括：
所述控制单元102，具体还被配置为根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S210。
在一些实施方式中，所述控制单元102，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：所述控制单元102，具体还被配置为确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
具体地，获取永磁同步电机及无电解电容控制系统的重要参数，包括且不限于负载转矩Te、永磁体磁通ψf、电机极对数p，电机给定转速ω等，将所述重要参数输入至给定电压计算单元中，计算获得在给定高频转速条件下的理想直流母线电压最小值Udc*。
永磁同步电机的机械功率计算装置如式(1)所示：
P＝Te·ω (1)。
在式(1)中，P为永磁同步电机机械功率，Te为电机输出转矩，ω为电机转子角速度。在通常情况下，永磁同步电机的输出转矩等于负载转矩，转子转速则是人为设定的给定转速，因此通过式(1)即可确定电机在某给定转速条件下的机械功率。
所述控制单元102，具体还被配置为根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S220。
具体地，将电机给定角速度输入至机械功率计算模块，计算出电机的给定机械功率。将给定机械功率输入至最低电压计算模块，计算出当前转速条件下的电机运行的理想最低直流母线电压。
在一些实施方式中，所述控制单元102，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：所述控制单元102，具体还被配置为将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
具体地，在忽略电路损耗等因素的前提下，可以认为直流母线侧功率与电机机械功率、电机电功率相等，基于此推导出式(2)：
P＝Te·ω＝1.5(udid+uqiq)＝Pdc (2)。
在式(2)中，Pdc为直流母线侧功率，ud、uq分别为电机的d轴电压与q轴电压，id、iq分别为电机的d轴电流与q轴电流。多数情况下，电机控制系统会采用弱磁控制方式驱动电机高频运行，弱磁控制装置通过减小电机q轴电流并增大电机d轴电流的方式使电机在最大功率时继续提升转速，但弱磁控制装置会使电机的q轴电流减小从而减小电机的输出转矩。
为了计算出所需的电机运行直流母线电压最小值Udc*，假设电机在高速运行条件下的输出转矩Te保持不变，且电机以最大转矩电流比的控制策略运行，即全部运行电流均被转换为q轴电流，此时d轴电流为0，则式(2)就能够被转换为式(3)的形式：
P＝Te·ω＝1.5uq'iq' (3)。
式(3)中的q轴电流iq’为给定转速条件下的最大q轴电流，当电机在给定转速条件下的功率P(式(3)中计算获得的功率P是按照最大输出转矩计算，因此可能会大于实际电机的最大功率)能够通过计算确定时，获取给定转速条件下的最大q轴电流即可以计算出给定转速条件下的最小q轴电压，由于在id＝0条件下进行分析，因此通过功率平衡原则可以得出，此最小q轴电压uq’与直流母线电压的最小值Udc*相等。
当id＝0时，iq’的计算装置如式(4)及式(5)所示，其中式(4)为永磁同步电机在id＝0条件下的转矩与q轴电流数学关系式，式(5)则为将式(4)进行整理后的形式，在两组算式中，p为电机极对数，ψf为永磁同步电机的永磁体磁通。通过式(5)即可以计算出电机在给定转矩条件下的最大q轴电流iq’。
Te＝1.5pψfiq' (4)；
iq'＝2Te/3pψf (5)。
将计算获得的最大q轴电流iq’代入至式(3)，即可计算获得最小q轴电压uq’，此最小q轴电压与直流侧母线电压最小值Udc*相等，由此即可获得控制过程所需的理想直流母线电压最小值Udc*。
获取单元104，被配置为获取所述电机的实际直流母线电压(如实际直流母线电压Udc)。该获取单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
所述控制单元102，还被配置为确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S130。
所述控制单元102，还被配置为若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流(如q轴补偿电流Δiq*)。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S140。
在一些实施方式中，所述控制单元102，根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：所述控制单元102，具体还被配置为将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
具体地，若控制系统判定需对电机进行电流补偿操作，即当控制系统检测并判定时Udc*大于Udc时，则将所述电压差值(Udc*-Udc)输入至PI调节器中，PI调节器对所述电压差值进行PI调节，输出q轴补偿电流Δiq*。控制系统将q轴补偿电流Δiq输入至给定q轴电流iq*中，完成对无电解电容控制系统驱动的永磁同步电机在高频运行时的电流补偿过程。
通过对无电解电容控制系统的直流侧母线电压进行采样，获取处于低点的直流母线电压值，并将其与计算给定的理想直流母线电压最小值相比较，将比较所得的两者之差通过调节器进行控制，获得等效的q轴电流补偿值，将此q轴电流补偿值输入至无电解电容的电机控制系统中，完成控制过程。这样，当所述电机的控制系统中波动的直流母线电压处于低谷值时，通过比较给定的理想直流母线电压最小值与实际直流母线电压值，并利用两者差值及PI调节器计算获得q轴补偿电流的方式对所述无电解电容控制系统的给定q轴电流进行补偿，从而抑制直流母线电压过低产生的电机转速降低、转速波动现象。
由此，通过检测直流母线电压最小值，并将其与给定的理想母线电压最小值相比较，将两者差值通过PI调节器调节后输出q轴补偿电流并将其输入至控制系统中生成的给定q轴电流中的控制方式，提升直流母线电压值较低时的给定q轴电流值，从而在电机驱动电压不足的情况下提升电机的实际转速，解决电机无法升速至给定高频转速的问题，能够提升电机运行的可靠性。
所述控制单元102，还被配置为将所述电机的给定电流(如给定q轴电流iq*)与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行，即按补偿得到的补偿电流控制所述电机运行。该控制单元102的具体功能及处理还参见步骤S150。具体地，将电机q轴补偿电流Δiq*输入至无电解电容控制系统的电机给定q轴电流iq*中，即将电机给定q轴电流iq*与电机q轴补偿电流Δiq*相加，即可完成对无电解电容控制系统驱动电机以高频转速运行时的q轴电流补偿控制过程。
当然，若所述实际直流母线电压大于或等于所述目标直流母线电压，则按所述电机的给定电流控制所述电机运行。
具体地，通过电压采样装置，获取实际直流母线电压Udc，将所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc输入值电压比较控制单元102中，计算出Udc*与Udc两者差值。也就是说，获取无电解电容电机调速系统的实际直流侧母线电压Udc，直流侧母线电压可以通过电机调速系统中的电压采样模块采样获得。
电压比较控制单元102判断所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc两者差值与0之间的大小关系，若所述电压差值(Udc*-Udc)小于等于0，说明此时直流母线电压存有足够裕量，电机能够正常运行，控制系统不需要进行额外控制操作；若所述电压差值(Udc*-Udc)大于0，说明此时直流母线电压裕量不足，电机驱动电压不足，控制系统判定此时需要对电机进行电流补偿操作。
由此，通过在电机的实际直流母线电压小于根据电机的给定转速确定的目标直流母线电压的情况下，根据目标直流母线电压与实际直流母线电压的电压，计算得到补偿电流，能够控制波动直流母线电压条件下的电机高频转速，补偿波动至低点位置时的电机转速，抑制了电机高频运行时的大幅转速波动现象，能够提升电机运行的可靠性。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，能够提升转速，提升电机运行的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的电流补偿控制装置的一种电机。该电机可以包括：以上所述的电机的电流补偿控制装置。
图4为一种无电解电容永磁同步电机调速系统的一实施例的结构示意图。如图4所示的无电解电容永磁同步电机调速系统在驱动电机高频运行时，直流母线电压的周期性波动现象会导致直流母线电压的平均值降低，进而导致高频运行的电机驱动电压平均值降低从而使电机难以保持在给定的高频转速下运行，出现转速降低或转速波动的负面现象。
在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种无电解电容永磁同步电机调速系统的电机高频工况电流补偿控制方法，将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，提升转速抑制转速波动。从而，解决了无电解电容永磁同步电机控制系统的直流母线电压波动现象，导致电机驱动电压平均值不足而使电机无法升速至给定高频转速运行的问题；也解决了无电解电容永磁同步电机控制系统的直流侧母线电压波动现象导致的电机高频转速大幅波动的问题。
具体地，本发明的方案提供的电机控制方法，是一种基于直流母线电压最小值检测的控制方法，其通过检测直流母线电压最小值，并将其与给定的理想母线电压最小值相比较，将两者差值通过PI调节器调节后输出q轴补偿电流并将其输入至控制系统中生成的给定q轴电流中的控制方式，提升直流母线电压值较低时的给定q轴电流值，从而在电机驱动电压不足的情况下提升电机的实际转速，解决电机无法升速至给定高频转速的问题。
本发明的方案提供的电机控制方法，能够控制波动直流母线电压条件下的电机高频转速，补偿波动至低点位置时的电机转速，抑制了电机高频运行时的大幅转速波动现象。
在一些实施方式中，本发明的方案，提供了一种无电解电容永磁同步电机调速系统的高频工况下的电流补偿控制方法及控制系统，涉及永磁同步电机变频驱动领域。
本发明的方案为一种应用于无电解电容永磁同步电机调速系统的电机电流补偿控制方法，尤其适用于控制高频转速运行时的永磁同步电机。无电解电容控制系统的直流侧母线电容由大电容值的电解电容被替代为小电容值的薄膜电容，而小电容值的薄膜电容无法吸收较多的电能，因此其无法稳定由交流输入电压通过整流过程变换而来的直流母线电压而使直流母线电压产生周期性的波动现象。直流母线电压的波动频率通常为2倍的交流输入电压频率。当电机调速系统驱动电机高频率运行，尤其是电机以最大功率高频运行时，此不稳定的波动直流母线电压会影响电机的运行效果，当直流母线电压波动至低点位置时，电机的瞬时驱动电压将会大幅降低，导致电机的瞬时转速大幅降低；当直流母线电压波动至高点位置时，电机的瞬时驱动电压升高至最大值，此时电机的瞬时转速也将大幅升高，这种周期性的电压升高-降低现象将会导致电机转速出现大幅度的波动现象。另一方面，相对于稳定的直流母线电压，波动的直流母线电压的平均值将会降低，这会使电机的驱动电压不足而导致电机无法将实际转速提升至给定转速，在高频工况下这种转速衰减现象尤为明显。
本发明的方案提供的一种永磁同步电机高频运行条件下的电流补偿控制方法，用于控制无电解电容控制系统驱动的永磁同步电机，应用本发明方法的控制系统包含三组主要控制单元：给定电压计算单元、电压比较控制单元及PI调节器。当控制系统中波动的直流母线电压处于低谷值时，本发明方法通过比较给定的理想直流母线电压最小值与实际直流母线电压值，并利用两者差值及PI调节器计算获得q轴补偿电流的方式对所述无电解电容控制系统的给定q轴电流进行补偿，从而抑制直流母线电压过低产生的电机转速降低、转速波动现象。
图5为应用本发明的高频工况电流补偿单元的无电解电容永磁同步电机调速系统的一实施例的结构示意图。如图5所示，在图4的所示的无电解电容永磁同步电机调速系统的基础上，增加了电流补偿控制单元。电流补偿控制单元的作用，是根据人为给定的电机给定转速计算出一个合理的母线电压最低值，同时采集母线电压的实际值与此最低值相比较，若母线电压实际低于此最低值，那么PI调节器将母线电压修正至计算出的合理最低值。
电流补偿控制单元，包括：机械功率计算模块、最低电压计算模块、比较器、电压差值判断模块和电压PI模块。机械功率计算模块的输入端输入给定转速w*，机械功率计算模块的输出端经最低电压计算模块后输入至比较器的同相输入端。比较器的反相输入端能够输入直流母线电压的检测值。比较器的输出端经电压差值判断模块和电压PI模块后输出q轴补偿电流。
图6为本发明的高频工况下电流补偿单元的一实施例的控制流程示意图。如图6所示，高频工况下电流补偿单元的控制流程，包括：
步骤1、将电机给定角速度输入至机械功率计算模块，计算出电机的给定机械功率。将给定机械功率输入至最低电压计算模块，计算出当前转速条件下的电机运行的理想最低直流母线电压。
具体地，获取永磁同步电机及无电解电容控制系统的重要参数，包括且不限于负载转矩Te、永磁体磁通ψf、电机极对数p，电机给定转速ω等，将所述重要参数输入至给定电压计算单元中，计算获得在给定高频转速条件下的理想直流母线电压最小值Udc*。
其中，计算获得在给定高频转速条件下，能够维持永磁同步电机正常运行的直流母线电压最小值Udc*。由于无电解电容控制系统的直流母线电压存在周期性波动现象，当直流母线电压波动至低点位置时，此瞬时电压可能不足以驱动电机以给定转速运行，因此需要计算出给定高频转速条件下能保持电机稳定运行的直流母线电压最小值。
永磁同步电机的机械功率计算方法如式(1)所示：
P＝Te·ω (1)。
在式(1)中，P为永磁同步电机机械功率，Te为电机输出转矩，ω为电机转子角速度。在通常情况下，永磁同步电机的输出转矩等于负载转矩，转子转速则是人为设定的给定转速，因此通过式(1)即可确定电机在某给定转速条件下的机械功率。在忽略电路损耗等因素的前提下，可以认为直流母线侧功率与电机机械功率、电机电功率相等，基于此推导出式(2)：
P＝Te·ω＝1.5(udid+uqiq)＝Pdc (2)。
在式(2)中，Pdc为直流母线侧功率，ud、uq分别为电机的d轴电压与q轴电压，id、iq分别为电机的d轴电流与q轴电流。多数情况下，电机控制系统会采用弱磁控制方式驱动电机高频运行，弱磁控制方法通过减小电机q轴电流并增大电机d轴电流的方式使电机在最大功率时继续提升转速，但弱磁控制方法会使电机的q轴电流减小从而减小电机的输出转矩。为了计算出所需的电机运行直流母线电压最小值Udc*，在本发明的方法中，假设电机在高速运行条件下的输出转矩Te保持不变，且电机以最大转矩电流比的控制策略运行，即全部运行电流均被转换为q轴电流，此时d轴电流为0，则式(2)就能够被转换为式(3)的形式：
P＝Te·ω＝1.5uq'iq' (3)。
式(3)中的q轴电流iq’为给定转速条件下的最大q轴电流，当电机在给定转速条件下的功率P(式(3)中计算获得的功率P是按照最大输出转矩计算，因此可能会大于实际电机的最大功率)能够通过计算确定时，获取给定转速条件下的最大q轴电流即可以计算出给定转速条件下的最小q轴电压，由于在id＝0条件下进行分析，因此通过功率平衡原则可以得出，此最小q轴电压uq’与直流母线电压的最小值Udc*相等。
当id＝0时，iq’的计算方法如式(4)及式(5)所示，其中式(4)为永磁同步电机在id＝0条件下的转矩与q轴电流数学关系式，式(5)则为将式(4)进行整理后的形式，在两组算式中，p为电机极对数，ψf为永磁同步电机的永磁体磁通。通过式(5)即可以计算出电机在给定转矩条件下的最大q轴电流iq’。
Te＝1.5pψfiq' (4)；
iq'＝2Te/3pψf (5)。
将计算获得的最大q轴电流iq’代入至式(3)，即可计算获得最小q轴电压uq’，此最小q轴电压与直流侧母线电压最小值Udc*相等，由此即可获得本发明方法的控制过程所需的理想直流母线电压最小值Udc*。
步骤2、通过电压检测模块获取实际直流母线电压，将其与理想最低直流母线电压输入电压比较器，获取两者差值，得到电压差值。
具体地，通过电压采样装置，获取实际直流母线电压Udc。将所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc输入值电压比较控制单元中，计算出Udc*与Udc两者差值。也就是说，获取无电解电容电机调速系统的实际直流侧母线电压Udc，直流侧母线电压可以通过电机调速系统中的电压采样模块采样获得。
步骤3、判断电压差值是否小于或等于0，若是，则将电压差值输入电压PI调节器，输出给定的补偿q轴电流值Δiq*；否则，返回步骤2。
具体地，电压比较控制单元判断所述理想直流母线电压最小值Udc*与所述实际直流母线电压Udc两者差值与0之间的大小关系，若所述电压差值(Udc*-Udc)小于等于0，说明此时直流母线电压存有足够裕量，电机能够正常运行，控制系统不需要进行额外控制操作；若所述电压差值(Udc*-Udc)大于0，说明此时直流母线电压裕量不足，电机驱动电压不足，控制系统判定此时需要对电机进行电流补偿操作。
其中，比较理想直流母线电压最小值Udc*与实际直流母线电压最小值Udc的大小，并判断两者差值与0之间的关系：若两者差值大于0，说明此时Udc*大于Udc，此时实际直流母线电压小于理想直流母线电压最小值，电机的驱动电压不足可能产生转速降低、波动等负面现象，需要控制系统对电机进行进一步控制；若两者差值小于等于0，说明此时Udc*小于等于Udc，此时实际直流母线电压大于等于理想直流母线电压最小值，电机的驱动电压相对充足，因此不需要控制系统对电机进行进一步控制。
步骤5、若控制系统判定需对电机进行电流补偿操作，则将所述电压差值(Udc*-Udc)输入至PI调节器中，PI调节器对所述电压差值进行PI调节，输出q轴补偿电流Δiq*。
具体地，当控制系统检测并判定时Udc*大于Udc时，将Udc*与Udc的差值输入至PI调节器，PI调节器对给定电压与实际电压差值进行PI调节，输出在高频转速条件下的电机q轴补偿电流Δiq*。此q轴补偿电流Δiq*为等效值，其通过调节PI调节器的参数获得。
步骤6、控制系统将q轴补偿电流Δiq输入至给定q轴电流iq*中，完成对无电解电容控制系统驱动的永磁同步电机在高频运行时的电流补偿过程。
具体地，将电机q轴补偿电流Δiq*输入至无电解电容控制系统的电机给定q轴电流iq*中，即将电机给定q轴电流iq*与电机q轴补偿电流Δiq*相加，即可完成本发明方法对无电解电容控制系统驱动电机以高频转速运行时的q轴电流补偿控制过程。
由此，本发明的方案，通过对无电解电容控制系统的直流侧母线电压进行采样，获取处于低点的直流母线电压值，并将其与计算给定的理想直流母线电压最小值相比较，将比较所得的两者之差通过调节器进行控制，获得等效的q轴电流补偿值，将此q轴电流补偿值输入至无电解电容的电机控制系统中，完成控制过程。
由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图3所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，从而在电机驱动电压不足的情况下提升电机的实际转速，解决电机无法升速至给定高频转速的问题，提升电机运行的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的电流补偿控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的电机的电流补偿控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，抑制了电机高频运行时的大幅转速波动现象，提升电机运行的可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的电流补偿控制方法的一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的电机的电流补偿控制方法。
由于本实施例的处理器所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将实际低母线电压与理想最低值比较，利用两者差值生成q轴补偿电流，能够稳定无电解电容控制系统驱动的电机的高频转速，抑制转速波动现象，从而抑制直流母线电压过低产生的电机转速降低、转速波动现象。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种电机的电流补偿控制方法，其特征在于，包括：
根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压；
获取所述电机的实际直流母线电压；
确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压；
若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流；
将所述电机的给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行。
2.根据权利要求1所述的电机的电流补偿控制方法，其特征在于，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压，包括：
根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率；
根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。
3.根据权利要求2所述的电机的电流补偿控制方法，其特征在于，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：
确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
4.根据权利要求2所述的电机的电流补偿控制方法，其特征在于，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：
将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机的电流补偿控制方法，其特征在于，根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：
将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
6.一种电机的电流补偿控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，被配置为根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压；
获取单元，被配置为获取所述电机的实际直流母线电压；
所述控制单元，还被配置为确定所述实际直流母线电压是否小于所述目标直流母线电压；
所述控制单元，还被配置为若所述实际直流母线电压小于所述目标直流母线电压，则根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流；
所述控制单元，还被配置为将所述电机的给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流，并按所述运行电流控制所述电机运行。
7.根据权利要求6所述的电机的电流补偿控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的目标直流母线电压，包括：
根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率；
根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，作为所述电机的目标直流母线电压。
8.根据权利要求7所述的电机的电流补偿控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述电机的给定转速，确定所述电机的给定机械功率，包括：
确定所述电机的负载转矩，将所述电机的负载转矩与所述电机的给定转速的乘积，确定为所述电机的给定机械功率。
9.根据权利要求7所述的电机的电流补偿控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述电机的给定机械功率，确定所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压，包括：
将所述电机的给定机械功率作为所述电机的直流母线侧功率，在所述电机的负载转矩保持不变、且所述电机以所述负载转矩下的最大转矩电流比运行的情况下，确定所述电机的最小q轴电压，作为所述电机在给定转速下电机运行时理论上最低直流母线电压。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的电机的电流补偿控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，计算得到补偿电流，包括：
将所述目标直流母线电压与所述实际直流母线电压的电压差值，输入至PI调节器，得到所述电机的q轴补偿电流，作为所述补偿电流；并将所述补偿电流输入至所述电机的控制系统，以将所述给定电流与所述补偿电流之和作为所述电机的运行电流。
11.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求6至10中任一项所述的电机的电流补偿控制装置。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5中任一项所述的电机的电流补偿控制方法。
13.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至5中任一项所述的电机的电流补偿控制方法。
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