CN112821832B

CN112821832B - 永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器

Info

Publication number: CN112821832B
Application number: CN202110185022.XA
Authority: CN
Inventors: 张晓光
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2041-02-10
Also published as: CN112821832A

Abstract

本公开提出一种永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器，涉及电机技术领域。该方法包括：确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数；基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值；根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量；利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的永磁同步电机进行控制。由此，可以最大限度的保证相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗。

Description

永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器

技术领域

本公开涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnetic synchronous machine,简称PMSM)，是由稀土永磁体励磁的，当稀土永磁体被磁化时，可以产生永磁磁场。近年来，随着稀土永磁材料、电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电机以其重量轻、效率高、结构简单、体积小等优点，在各个领域得到了广泛的应用。在对永磁同步电机进行控制时，如何减少系统的损耗，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本公开的目的旨在至少解决上述的技术问题之一。

本公开一方面实施例提出的永磁同步电机的控制方法，包括：

确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数；

基于所述参考转矩及参考磁链，分别确定每个所述候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值；

根据每个所述候选电压矢量对应所述第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量；

利用所述目标电压矢量，对所述第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。

本公开另一方面实施例提出的永磁同步电机的控制装置，包括：

第一确定模块，用于确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数；

第二确定模块，用于基于所述参考转矩及参考磁链，分别确定每个所述候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值；

第三确定模块，用于根据每个所述候选电压矢量对应所述第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量；

控制模块，用于利用所述目标电压矢量，对所述第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。

本公开再一方面实施例提出的电机控制器，其包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的永磁同步电机的控制方法。

本公开又一方面实施例提出的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如前所述的永磁同步电机的控制方法。

本公开又一方面实施例提出的计算机程序，该程序被处理器执行时，以实现本公开实施例所述的永磁同步电机的控制方法。

本公开实施例提供的永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器，存在如下有益效果：

首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值，再根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量，从而可以利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

本公开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，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/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为本公开一实施例所提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程示意图；

图2A为本公开实施例中永磁同步电机的控制方法在1000转速下的一种实验波形图；

图2B为本公开实施例中永磁同步电机的控制方法在1000转速下的一种相电流谐波含量分析；

图2C为本公开实施例中传统模型预测转矩控制(model predictive torquecontrol，简称MPTC)方法在1000转速下的一种实验波形图；

图2D为本公开实施例中传统MPTC方法在1000转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3A为本公开实施例中永磁同步电机的控制方法在500转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3B为本公开实施例中传统MPTC方法在500转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3C为本公开实施例中永磁同步电机的控制方法在1500转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3D为本公开实施例中传统MPTC方法在1500转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3E为本公开实施例中永磁同步电机的控制方法在2000转速下的一种相电流谐波含量分析；

图3F为本公开实施例中传统MPTC方法在2000转速下的一种相电流谐波含量分析；

图4A为本公开实施例中各转速下两种控制方法的一种相电流谐波含量对比图；

图4B为本公开实施例中各转速下两种控制方法的一种开关频率对比图；

图4C为本公开实施例中两种控制方法在相同频率下的一种相电流谐波含量对比图；

图5为本公开另一实施例所提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程示意图；

图6为本公开实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置的结构示意图；

图7为本公开实施例提供的电机控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，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要素。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

下面参考附图对本公开提供的永磁同步电机的控制方法、装置及电机控制器进行详细描述。

本公开实施例的永磁同步电机的控制方法，可由本公开实施例提供的永磁同步电机的控制装置执行，该装置可配置于电机控制器中。

图1为本公开实施例所提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程示意图。

如图1所示，该永磁同步电机的控制方法，包括以下步骤：

步骤101，确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数。

其中，候选电压矢量可以由逆变器产生，逆变器可以为多种拓扑结构，比如说两电平逆变器、三电平逆变器等，本公开对此不做限定。

可以理解的是，N的取值可以为8，或者也可以为其他数值，本公开对此不做限定。

比如，三相两电平电压源型逆变器中的开关器件共有8种开关状态的组合，会使逆变器输出8种电压矢量，若用S_x(x＝a,b,c)表示逆变器三相中各相的开关状态(S_x＝1表示该相上侧开关器件导通而下侧开关器件关断，S_x＝0表示该相上侧开关器件关断而下侧开关器件导通)，可以得到表1所示的逆变器开关器件的状态与输出电压矢量的关系。

表1

根据表1中的信息可以看到，V₀和V₇为零电压矢量，其余的非零电压矢量V₁～V₆可以构成空间六边形分布。从而逆变器输出的8中电压矢量可以作为候选电压矢量，N的取值可以为8。

或者，N也可以为其他数值。比如可以将上述逆变器产生的8种电压矢量V₀～V₇，作为初始候选电压矢量。之后可以用V₁～V₆中相邻两个非零初始候选电压矢量合成6个虚拟候选电压矢量V₈～V₁₃，此时候选电压矢量共为14个，N的取值可以为14。

需要说明的是，上述8、14只是示意性说明，不能作为对本公开实施例中确定N个候选电压矢量限定。

另外，本公开实施例中的参考转矩

可以为提前设定好的给定值，本公开对此不做限定。

可以理解的是，永磁同步电机可以有多种类型，比如可以为表贴式永磁同步电机(Surface-mounted permanent magnet synchronous motor，简称SPMSM)、内置式永磁同步电机等等，本公开对此不做限定。

另外，可以使用如下公式(1)所示的最大转矩电流比(MTPA)公式确定参考磁链：

其中，L_q为q轴电感，ψ_f为永磁磁链，p为极对数。

步骤102，基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值。

其中，可以先根据参考转矩、参考磁链，确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值，之后再确定出对应的第二代价函数值。

可选的，可以先确定出永磁同步电机的数学模型，下面以表贴式永磁同步电机为例进行说明。

假设理想情况下，定子三相绕组对称并星形连接，反电动势为正弦，磁路线性，忽略铁心损耗，转子无阻尼绕组。则两相静止坐标系下PMSM的电压方程可描述为如下公式(2)所示：

其中，u_α、u_β、i_α、i_β、ψ_α、ψ_β分别为α轴、β轴定子电压、定子电流和定子磁链，R_s为定子相电阻。

相应的，磁链方程可表示为如下公式(3)所示：

其中，L_d、L_q为d轴、q轴电感，ψ_f为永磁磁链。

相应的，电磁转矩方程可以为如下公式(4)所示：

其中，T_e为电磁转矩，p为极对数。

另外，两相旋转坐标下的电压方程如下公式(5)所示:

其中，u_d、u_q、i_d、i_q、ψ_d、ψ_q分别为d轴、q轴定子电压、定子电流和定子磁链，ω为电角速度。

磁链方程可以如下公式(6)所示：

电磁转矩方程以如下公式(7)所示：

将磁链方程(3)带入电压方程(2)中，并采用一阶欧拉公式进行离散化，可以得到预设的电流预测模型，如下公式(8)所示：

其中，

k代表当前时刻，T_s代表采样周期。可以理解的是，k+1控制周期即为从k时刻到k+1时刻。

之后，可以得到预设的磁链预测模型，如下公式(9)所示：

相应的，预设的转矩预测模型，如下公式(10)所示

之后，可以先根据预设的转矩预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩。

可以理解的是，在如公式(10)所示的预设的转矩预测模型，k的不同取值对应于不同的控制周期。

比如，N取值为8，各候选电压矢量分别为V₀～V₇，可以使用如公式(10)所示的预设的转矩预测模型，确定出至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内各个候选电压矢量对应的预测转矩。

比如，选取两个连续控制周期，第一个控制周期内各个候选电压矢量的V₀～V₇对应的预测转矩，可以表示为

第二个控制周期内各个候选电压矢量的V₀～V₇对应的预测转矩，可以表示为

需要说明的是，上述N为8、两个连续的控制周期等只是示意性说明，不能作为对本公开实施例中候选电压矢量、连续的控制周期数量等的限定

之后基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩及参考转矩，确定每个候选电压矢量对应的第一代价函数值。

其中，预设的代价函数，可以为如下公式(11)所示：

其中，

为参考转矩，k+1控制周期即为从k时刻到k+1时刻，n可以为大于1的任意正整数，本公开对此不做限定。

比如，N为8，选取两个连续的控制周期，则

可以将各个候选电压矢量V₀～V₇在两个连续的控制周期中的每个控制周期内对应的预测转矩分别代入该公式中，从而可以得到各个候选电压矢量对应的第一代价函数值：g₁₀、g₁₁、g₁₂、g₁₃、g₁₄、g₁₅、g₁₆、g₁₇。比如，候选电压矢量V₀对应的第一代价函数值可以表示为

候选电压矢量V₁对应的第一代价函数值可以表示为

等等。

之后，基于N个第一代价函数值，由低至高的顺序选取L个候选电压矢量，其中，L为小于N的正整数。

其中，可以先将各个第一代价函数值按照由低至高的顺序进行排序。

比如，N为8，将各个第一代价函数值g₁₀、g₁₁、g₁₂、g₁₃、g₁₄、g₁₅、g₁₆、g₁₇进行排序，所得结果为g₁₁、g₁₀、g₁₂、g₁₃、g₁₄、g₁₅、g₁₆、g₁₇。

另外，L可以为小于8的任意正整数。比如L可以为3，此时可以选取g₁₁、g₁₀、g₁₂各自对应的候选电压矢量V₁、V₀、V₂。或者，L也可以为4，此时可以选取g₁₁、g₁₀、g₁₂、g₁₃各自对应的候选电压矢量V₁、V₀、V₂、V₃。

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中N、L取值、第一代价函数值以及选取的候选电压矢量等的限定。

根据预设的磁链预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的任意一个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链。

比如，L为3，按照由低至高的顺序选取的3个候选电压矢量分别为：V₁、V₀、V₂。可以使用如公式(9)所示的预设的磁链预测模型，确定出在两个连续的控制周期中第一个控制周期内V₁、V₀、V₂分别对应的预测磁链：

或者，也可以使用如公式(9)所示的预设的磁链预测模型，确定出在两个连续的控制周期中第二个控制周期内V₁、V₀、V₂分别对应的预测磁链：

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中L的取值、任一周期、选取的候选电压矢量及其对应的预测磁链等的限定。

基于预设的代价函数，根据任意一个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链及参考磁链，确定L个候选电压矢量中每个候选电压矢量对应的第二代价函数值。

其中，预设的代价函数可以如下公式(12)所示：

比如L为3，按照由低至高的顺序选取的3个候选电压矢量分别为：V₁、V₀、V₂，确定出在两个连续的控制周期中第一个控制周期内各个候选电压矢量对应的预测磁链分别为：

可以将得到的预测磁链分别代入公式(12)，以确定出3个候选电压矢量在第一个控制周期内对应的第二代价函数值分别为：

或者，也可以确定出在两个连续的控制周期中第二个控制周期内各个候选电压矢量对应的预测磁链。

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中L的数值、候选电压矢量及其对应的预测磁链、第二代价函数值等的限定。

本公开实施例中，可以将转矩与磁链两个量纲分为两级，转矩预测模型与代价函数作为第一级，磁链预测模型与代价函数作为第二级，消除了权重系数，有效减小了计算量，并且在每级的基础上延长控制步长，降低了开关频率。

步骤103，根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量。

其中，可以先根据各个候选电压矢量对应的第一代价函数值确定出L个候选电压矢量，之后再根据L个候选电压矢量对应的第二代价函数值确定出目标电压矢量。

可选的，可以将L个候选电压矢量中对应第二代价函数值最小的候选电压矢量，确定为目标电压矢量。

比如，根据各个候选电压矢量对应的第一代价函数值，已经确定出3个候选电压矢量：V₁、V₀、V₂，将三个候选电压矢量在任意一个周期1确定出的各第二代价函数值进行排序，可以得到在该任意一个周期1内V₂对应的第二代价函数值最小，从而可以将V₂确定为目标电压矢量。

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中L的数值、候选电压对应的第二代价函数值、目标电压矢量等的限定。

本公开实施例中，确定代价函数值时可以将转矩和磁链两个不同量纲的值分开，作为两级串联，各个候选电压矢量分别经过两级的筛选从中选出最优的目标电压矢量，将两个量纲的值分开后消除了权重系数，减小了计算量。并且还可以进行多步预测，在消除了权重系数的基础上，增加了预测步长，运用多个代价函数，进行多次筛选，尽可能增大未来时刻所筛选的最优的目标电压矢量相同的概率，这样在保证控制性能的基础上优化了目标电压矢量筛选方法，减小开关管变换次数，可以有效地减小开关频率。

步骤104，利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的永磁同步电机进行控制。

其中，根据代价函数最小化原则，选取的目标电压矢量，可以适用于相邻周期的电机的控制，从而可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗。

下面以两电平逆变器作为功率器件的交流调速实验平台为例，对传统模型预测转矩控制方法和本公开提出的永磁同步电机的控制方法进行对比实验，以验证本公开提出的永磁同步电机的控制方法的有效性。

其中，电机具体参数如表2所示：

参数	数值
		直流母线电压U<sub>dc</sub>/V	310
额定转速n<sub>N</sub>/(r/min)	2000
		极对数p	2
相电阻R<sub>s</sub>/Ω	3.18
		定子电感L/mH	0.0075
转子磁链Ψ<sub>f</sub>/Wb	0.325
		转动惯量J/(kg·m<sup>2</sup>)	0.00046
额定转矩T<sub>e</sub>/(N·m)	5

表2

本实验平台搭载TI公司的数字处理器TMS320F28335，功率器件使用IPM，拥有高电流、低饱和电压和高耐压的优点，也有高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，同时拥有4通道的DA输出，定子相电流波形由电流钳直接测得，电磁转矩，定子磁链以及编码器测得转速波形都由DA输出到示波器上显示。

本实验采用传统串联MPTC方法(SMPTC)与本公开提出的永磁同步电机的控制方法对比实验，在相同实验平台以及相同的实验条件下分别进行。

首先在不同转速下分别测量两种方法的相电流谐波含量，以体现其稳态控制性能，实验条件为，直流母线电压310V，额定负载5n·m。

1000转速下本公开提出的永磁同步电机的控制方法的实验波形如图2A所示，相电流谐波含量分析如图2B所示，由图可知，分析其相电流的谐波含量为21.54％。

1000转速下传统串联MPTC方法的实验波形如图2C所示，相电流谐波含量如图2D所示。传统SMPTC方法在1000转速下相电流谐波含量分析为22.24％，比本公开提出的永磁同步电机的控制方法高了0.7％。在相同实验条件下，再来分析一下其他转速下的谐波含量。

其他条件不变，500转速下本公开提出的永磁同步电机的控制方法的相电流谐波含量分析如图3A所示,相电流谐波含量分析为26.27％，500转速下传统方法的相电流谐波含量分析如图3B所示，相电流谐波含量分析为26.13％。

其他条件不变，1500转速下本公开提出的永磁同步电机的控制方法的相电流谐波含量分析如图3C所示,相电流谐波含量分析为21.94％，1500转速下传统方法的相电流谐波含量分析如图3D所示，相电流谐波含量分析为21.92％。

其他条件不变，2000转速下本公开提出的永磁同步电机的控制方法的相电流谐波含量分析如图3E所示,相电流谐波含量分析为24.11％，2000转速下传统方法的相电流谐波含量分析如图3F所示，相电流谐波含量分析为23.30％。

将两种方法在相同实验条件下分别进行10次相电流谐波分析取平均值，得到传统方法和本公开提出的永磁同步电机的控制方法的相电流谐波含量对比图如图4A所示。由图4A可看出在全速范围内，平均谐波含量相似。在低速情况下，本公开提出的永磁同步电机的控制方法谐波含量略高于传统方法，而在中高速情况下，本公开提出的永磁同步电机的控制方法的谐波含量优于传统方法。两种方法在全转速范围内具有相似的稳态控制性能。

在同样的实验条件下，两种方法分别测量10次开关频率，得到开关频率对比图，如图4B所示。由图4B可知，低速范围本公开提出的永磁同步电机的控制方法与传统方法具有相似开关频率，但在中高速范围本公开提出的永磁同步电机的控制方法的开关频率明显低于传统方法，本公开提出的永磁同步电机的控制方法在保证稳态性能的同时，能够显著减小开关频率，具有一定的优势。

同时为了更直观的看出本公开提出的永磁同步电机的控制方法的优势，在额定负载与相同转速下，控制其开关频率一定，都为4.3k，分别分析两种方法的相电流谐波含量，分别进行十次，求其平均值，由此得到其对比图，如图4C所示。由图4C分析可知，本公开提出的永磁同步电机的控制方法与传统串联模型预测转矩控制方法在保持相同较低开关频率的条件下，本公开提出的永磁同步电机的控制方法仍然保持较低的相电流谐波含量，具有更好的稳态性能。

需要说明的是，上述实验中的各种实验平台、参数等只是示意性说明，不能作为对本公开实施例中实验过程、结果等的限定。

本公开实施例，首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值，再根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量，从而可以利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

下面结合图5对本公开另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法进行详细说明。图5为本公开另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程示意图。如图5所示，该永磁同步电机的控制方法，包括：

步骤201确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数。

步骤202，根据预设的转矩预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩。

其中，可以选取两个连续的控制周期、三个连续的控制周期等多个连续的控制周期，本公开对此不做限定。

比如说，可以根据如公式(10)所示的预设的转矩预测模型，确定出三个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩。

步骤203，基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩及参考转矩，确定每个候选电压矢量对应的第一代价函数值。

其中，可以使用如公式(11)所示的代价函数，确定每个候选电压矢量对应的第一代价函数值。

比如，选取三个连续的控制周期，则第一代价函数可以表示为

比如，N取值为8，则各个候选电压矢量分别为V₀～V₇，可以确定出候选电压矢量V₀对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₁对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₂对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₃对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₄对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₅对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₆对应的第一代价函数值为

候选电压矢量V₇对应的第一代价函数值为

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中N的取值、连续的控制周期的数量等的限定。

步骤204，根据预设的磁链预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链。

其中，可以使用如公式(9)所示的预设的磁链预测模型，确定出各个候选电压矢量对应的预测磁链。

比如N为8，选取三个连续的控制周期。则可以根据公式(9)，依次确定出各个候选电压矢量V₀～V₇在第一个控制周期内对应的预测磁链分别为：

在第二个控制周期内对应的预测磁链分别为：

在第三个控制周期内对应的预测磁链分别为：

步骤205，基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链及参考磁链，确定每个候选电压矢量对应的第二代价函数值。

其中，可以使用如公式(12)所述的预设的代价函数值，确定出各个候选电压矢量对应的第二代价函数值，此时第二代价函数值可以表示为如下公式(13)所示：

其中，n可以为大于1的任意正整数，本公开对此不做限定。

从而可以使用公式(13)，再根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链及参考磁链，可以确定出各个候选电压矢量对应的第二代价函数值。

比如N为8，各个候选电压矢量依次为：V₀～V₇，选取三个连续的控制周期，V₀对应的第二代价函数值可以为

V₁对应的第二代价函数值可以为

V₂对应的第二代价函数值可以为

V₃对应的第二代价函数值可以为

V₄对应的第二代价函数值可以为

V₅对应的第二代价函数值可以为

V₆对应的第二代价函数值可以为

V₇对应的第二代价函数值可以为

步骤206,将N个候选电压矢量中对应第一代价函数值与第二代价函数值的和最小的候选电压矢量，确定为目标电压矢量。

比如，N取值为8，各个候选电压矢量依次为：V₀～V₇，V₀对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₀＝g₁₀+g₂₀，V₁对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₁＝g₁₁+g₂₁，V₂对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₂＝g₁₂+g₂₂，V₃对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₃＝g₁₃+g₂₃，V₄对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₄＝g₁₄+g₂₄，V₅对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₅＝g₁₅+g₂₅，V₆对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₆＝g₁₆+g₂₆，V₇对应的第一代价函数值与第二代价函数值的和为G₇＝g₁₇+g₂₇。可以将G₀、G₁、G₂、G₃、G₄、G₅、G₆、G₇进行排序，若排序后得到G₁值最小，则可以将G₁对应的候选电压矢量V₁确定为目标电压矢量。

需要说明的是，上述示例只是举例说明，不能作为对本公开实施例中N的取值、各第一代价函数值与第二代价函数值的和、目标电压矢量等的限定。

步骤207，利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的永磁同步电机进行控制。

本公开实施例，首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后根据预设的转矩预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩，再基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测转矩及参考转矩，确定每个候选电压矢量对应的第一代价函数值。之后可以根据预设的磁链预测模型，确定在至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链，再基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个候选电压矢量对应的预测磁链及参考磁链，确定每个候选电压矢量对应的第二代价函数值。可以将N个候选电压矢量中对应第一代价函数值与第二代价函数值的和最小的候选电压矢量，确定为目标电压矢量，从而利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

为了实现上述实施例，本公开还提出一种永磁同步电机的控制装置。

图6为本公开实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置的结构示意图。

如图6所示，该永磁同步电机的控制装置100，包括：第一确定模块110、第二确定模块120、第三确定模块130、控制模块140。

其中，第一确定模块110，用于确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数。

第二确定模块120，用于基于所述参考转矩及参考磁链，分别确定每个所述候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值。

第三确定模块130，用于根据每个所述候选电压矢量对应所述第一代价函数值及第二代价函数值，确定所述至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量。

控制模块140，用于利用所述目标电压矢量，对所述第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。

在一种可能的实现方式中，第二确定模块120，具体用于根据预设的转矩预测模型，确定在所述至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测转矩；基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测转矩及所述参考转矩，确定每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值；基于N个所述第一代价函数值，由低至高的顺序选取L个候选电压矢量，其中，L为小于N的正整数；根据预设的磁链预测模型，确定在所述至少两个连续的控制周期中的任意一个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测磁链；基于预设的代价函数，根据所述任意一个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测磁链及所述参考磁链，确定所述L个候选电压矢量中每个所述候选电压矢量对应的第二代价函数值。

在一种可能的实现方式中，第三确定模块130，具体用于将所述L个候选电压矢量中对应第二代价函数值最小的候选电压矢量，确定为所述目标电压矢量。

在一种可能的实现方式中，第二确定模块120，具体用于根据预设的转矩预测模型，确定在所述至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测转矩；基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测转矩及所述参考转矩，确定每个所述候选电压矢量对应的第一代价函数值；根据预设的磁链预测模型，确定在所述至少两个连续的控制周期中的每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测磁链；基于预设的代价函数，根据每个控制周期内每个所述候选电压矢量对应的预测磁链及所述参考磁链，确定每个所述候选电压矢量对应的第二代价函数值。

在一种可能的实现方式中，第三确定模块130，具体用于将所述N个候选电压矢量中对应第一代价函数值与第二代价函数值的和最小的候选电压矢量，确定为所述目标电压矢量。

本公开实施例中的上述各模块的功能及具体实现原理，可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

本公开实施例提供的永磁同步电机的控制装置，首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值，再根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量，从而可以利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

为了实现上述实施例，本公开还提出一种电机控制器。

图7为本公开实施例的永磁同步电机的控制方法的电机控制器的结构示意图。

如图7所示，上述电机控制器200包括：

存储器210及处理器220，连接不同组件(包括存储器210和处理器220)的总线230，存储器210存储有计算机程序，当处理器220执行所述程序时实现本公开实施例所述的永磁同步电机的控制方法。

总线230表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

电机控制器200典型地包括多种电机控制器可读介质。这些介质可以是任何能够被电机控制器200访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

存储器210还可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)240和/或高速缓存存储器250。电机控制器200可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统260可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图7未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图7中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线230相连。存储器210可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块270的程序/实用工具280，可以存储在例如存储器210中，这样的程序模块270包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块270通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。

电机控制器200也可以与一个或多个外部设备290(例如键盘、指向设备、显示器291等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电机控制器200交互的设备通信，和/或与使得该电机控制器200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口292进行。并且，电机控制器200还可以通过网络适配器293与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器293通过总线230与电机控制器200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电机控制器200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理器220通过运行存储在存储器210中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。

需要说明的是，本实施例的电机控制器的实施过程和技术原理参见前述对本公开实施例的永磁同步电机的控制方法的解释说明，此处不再赘述。

本公开实施例提供的电机控制器，首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值，再根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量，从而可以利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质。

其中，该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，以实现本公开实施例所述的永磁同步电机的控制方法。

为了实现上述实施例，本公开再一方面实施例提供一种计算机程序，该程序被处理器执行时，以实现本公开实施例所述的永磁同步电机的控制方法。

一种可选实现形式中，本实施例可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户电机控制器上执行、部分地在用户电机控制器上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户电机控制器上部分在远程电机控制器上执行、或者完全在远程电机控制器或服务器上执行。在涉及远程电机控制器的情形中，远程电机控制器可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户电机控制器，或者，可以连接到外部电机控制器(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

根据本公开的技术方案，首先确定N个候选电压矢量、参考转矩及参考磁链，其中，N为正整数，之后基于参考转矩及参考磁链，分别确定每个候选电压矢量在至少两个连续的控制周期内对应的第一代价函数值及第二代价函数值，再根据每个候选电压矢量对应第一代价函数值及第二代价函数值，确定至少两个连续的控制周期中第一个控制周期对应的目标电压矢量，从而可以利用目标电压矢量，对第一个控制周期内的所述永磁同步电机进行控制。由此，通过确定出的目标电压矢量对永磁同步电机进行控制，可以最大限度的保证了相邻周期可以用相同的电压矢量进行控制，减少了电压矢量的切换，从而减少了逆变器的开关状态的改变次数，降低了逆变器开关频率的损耗，同时仍然可以使系统具有良好的运行性能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里申请的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。