CN113141139A

CN113141139A - 一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统

Info

Publication number: CN113141139A
Application number: CN202110349932.7A
Authority: CN
Inventors: 赵文良; 吴昊; 虞铭杰; 王秀和
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2041-03-31
Also published as: CN113141139B

Abstract

本发明公开一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统，包括：根据双三相永磁电机的转子位置角得到电机转速和电机电角度；根据电机转速和目标转速得到电磁转矩电流；在预先确定的电机运行模式下，根据电磁转矩电流和绕组额定电流幅值将电磁转矩电流划分为外电机q轴电流给定值和内电机q轴电流给定值；令d轴电流给定值为零，将内外电机q轴电流给定值和d轴电流给定值与经ABC‑dq坐标变换后电流实际值做差后得到内外电机电压给定值；根据电机电角度和内外电机电压给定值得到电机PWM驱动信号，以此驱动双三相永磁电机运转。通过转矩分配灵活切换电机的工作模式，灵活选择内外电机的转矩输出大小，有利于电机在不同工况下的高效和适应性运行。

Description

一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，特别是涉及一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

永磁同步电动机因其体积小、功率密度高和高效率而被广泛应用于动力驱动系统，而逆变器作为驱动系统中一部分有着举足轻重的作用，但是由于电力电子器件本身有很多缺点，控制比较复杂，这些不足使逆变器在整个控制系统中最容易出现故障，加上电动机本身的影响，绕组相也可能发生故障。

研究表明，变频调速系统中的上述故障占整个驱动系统故障的82.5％，而驱动系统一旦出现故障，意味整个调速系统失去运行能力，将会对系统的安全性和稳定性造成严重的影响，因此故障情况下对驱动系统进行容错控制非常重要；另外，一些工况(如全电直升机电驱系统)对电机的功率密度有较高的要求，即以较小的电机体积输出较大的功率。

针对上述问题，有学者提出了双三相永磁电机(dual three-phase permanentmagnet synchronous machine，简称DT-PM)，该类电机可利用电机中转子气隙磁场、定子磁动势和反电势等多个物理量中的多次谐波提高电机的转矩密度，这是提高电机转矩密度的一种重要技术手段；同时，双三相电机在具有传统永磁电机功率密度高、效率高的优点外，也有利于实现系统容错运行，提高系统的可靠性。

双三相永磁电机具有两套三相Y型绕组ABC(对应外电机)与UVW(对应内电机)，两套绕组中性点不相连，除互感外二者在电路中相互独立，电机正常工作时，ABC与UVW中的电流相位互差固定电角度，以实现增加电机运行可靠性(利于容错控制)、增大转矩密度的目的。

在双三相永磁电机的控制方法上，有学者采用多桥臂式逆变器进行控制，但与该硬件相应的PWM驱动算法较为复杂，不利于编程实现，也对转矩电流的灵活分配带来了不便；且由于采用新型PWM调制算法，PI参数的整定过程较为复杂，尤其在该控制系统中，若想获得较好的响应就需要六个左右的PI调节器，而若采用较少的PI调节器，则系统的控制性能则会变差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统，同时提出的五PI调节器参数整定方法可以基于电机参数进行快速整定，通过转矩分配灵活切换电机的工作模式，灵活选择内外电机的转矩输出大小，实现外电机优先、内电机优先、内外电机混合三种工作模式，有利于电机在不同工况下的高效运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，包括：

根据双三相永磁电机的转子位置角得到电机转速和电机电角度；

根据电机转速和目标转速得到电磁转矩电流；

在预先确定的电机运行模式下，根据电磁转矩电流和绕组额定电流幅值将电磁转矩电流划分为外电机q轴电流给定值和内电机q轴电流给定值；

令d轴电流给定值为零，将内外电机q轴电流给定值和d轴电流给定值与经ABC-dq坐标变换后电流实际值做差后得到内外电机电压给定值；

根据电机电角度和内外电机电压给定值得到电机PWM驱动信号，以此驱动双三相永磁电机运转。

第二方面，本发明提供一种双三相永磁电机五闭环式控制系统，包括：

计算模块，被配置为根据双三相永磁电机的转子位置角得到电机转速和电机电角度；

转速控制模块，被配置为根据电机转速和目标转速得到电磁转矩电流；

转矩分配模块，被配置为在预先确定的电机运行模式下，根据电磁转矩电流和绕组额定电流幅值将电磁转矩电流划分为外电机q轴电流给定值和内电机q 轴电流给定值；

电流控制模块，被配置为令d轴电流给定值为零，将内外电机q轴电流给定值和d轴电流给定值与经ABC-dq坐标变换后电流实际值做差后得到内外电机电压给定值；

信号调制模块，被配置为根据电机电角度和内外电机电压给定值得到电机 PWM驱动信号，以此驱动双三相永磁电机运转。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统，将双三相电机等效成两台三相永磁电机，进而等效成四台直流电机，控制方法的设计上基于当今较为成熟的三相电机控制方案，有利于编程的实现；而且公开的该系统中五PI调节器参数整定方法可以基于电机参数进行迅速整定，具有响应快、超调小、跟踪性能好的控制效果，实现双三相永磁电机的高性能控制，适用于内外电机机械参数(转动惯量、粘滞系数等)和磁链大小相同或相近的双三相永磁电机的控制。

本发明的控制系统与控制方法可推广至内外电机机械参数和磁链大小相同或相近的电机，例如单气隙电机；可推广至于任意互差固定角度的双三相电机驱动系统，例如双三相感应电机或双三相绕线转子电机；可推广至任意多三相且反电动势正弦度高的电机的驱动；可推广到含磁阻转矩双三相电机的最大转矩电流比控制。

本发明的提出的转矩分配可灵活切换电机的工作模式，即灵活选择内外电机的转矩输出大小，可以实现外电机优先、内电机优先、内外电机混合三种工作模式，有利于电机在不同工况下的高效和适应性运行。

本发明提出使用电流PI调节器进行电流控制，对电机绕组电感具有较强的鲁棒性。

本发明附加方面的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

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的双三相永磁电机五闭环式控制方法示意图；

图2是本发明实施例1提供的以双转子磁通切换电机为例的双三相永磁电机拓扑结构图；

图3(a)-3(b)是本发明实施例1提供的以内外电机互差90°为例的电机各绕组间电流相位关系示意图；

图4(a)-4(f)是本发明实施例1提供的电机控制系统在外电机优先驱动工作模式下的Simulink仿真图；

图5(a)-5(f)是本发明实施例1提供的电机控制系统在内电机优先驱动工作模式下的Simulink仿真图；

图6(a)-6(f)是本发明实施例1提供的电机控制系统在内外电机混合驱动工作模式下的Simulink仿真图；

图中，1、双三相永磁电机，2、外电机直流电源，3、外电机逆变桥，4、外电机ABC-dq变换器，5、外电机q轴电流PI控制器，6、外电机d轴电流PI 控制器，7、外电机dq-αβ变换器，8、外电机SVPWM模块，9、内电机直流电源，10、内电机逆变桥，11、内电机ABC-dq变换器、12、内电机d轴电流PI 控制器、13、内电机q轴电流PI控制器，14、内电机dq-αβ变换器，15、内电机SVPWM模块，16、光电编码器，17、角速度计算模块，18、电角度计算模块，19、转速PI控制器，20、转矩分配模块，21、PI电压前馈补偿模块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括” 和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，包括：

S1：根据双三相永磁电机的转子位置角得到电机转速和电机电角度；

S2：根据电机转速和目标转速得到电磁转矩电流；

S3：在预先确定的电机运行模式下，根据电磁转矩电流和绕组额定电流幅值将电磁转矩电流划分为外电机q轴电流给定值和内电机q轴电流给定值；

S4：令d轴电流给定值为零，将内外电机q轴电流给定值和d轴电流给定值与经ABC-dq坐标变换后电流实际值做差后得到内外电机电压给定值；

S5：根据电机电角度和内外电机电压给定值得到电机PWM驱动信号，以此驱动双三相永磁电机运转。

在所述步骤S1中，本实施例通过在双三相永磁电机的转子轴上连接光电编码器，以测量永磁电机的转子位置角θ_m，对转子位置角θ_m计算得到电机转速ω_r和电机电角度θ_e；

其中，将双三相永磁电机视为两个相互独立的电机，即对外电机和内电机分别进行磁链定向控制系统设计，所以电机电角度θ_e包括外电机电角度θ_{e_o}与内电机电角度θ_{e_i}；

电机拓扑结构如图2所示，若外电机绕组相位超前内电机90°，则该电机的绕组相位关系如图3(a)-3(b)所示，可见内外电机电角度θ_{e_o}与θ_{e_i}相差90°。

优选地，根据转子位置角θ_m计算得到电机转速ω_r，其表达式为：

优选地，根据转子位置角θ_m计算外电机电角度θ_{e_o}与内电机电角度θ_{e_i}的表达式为：

θ_{e_o}＝θ_m×P_r

θ_{e_i}＝θ_{e_o}-Δθ

其中，P_r为转子极对数，Δθ为内外电机电流相位夹角。

可以理解的，光电编码器是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要由光栅盘和光电探测装置组成。在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过每秒光电编码器输出脉冲的个数得到当前电机转速；码盘还可提供相位相差90°的2个通道的光码输出，根据双通道光码的状态变化确定电机的转向；在电角度的计算中，根据光电编码器的光栅盘反馈的位置信息得到电机的电角度。

在所述步骤S2中，光电编码器通过减法器连接转速PI控制器，输出的电机转速传输至转速PI控制器中，根据电机转速ω_r和目标转速ω_r ^*得到q轴电流给定值i_q ^*，即电机所需的电磁转矩电流；

优选地，所述q轴电流给定值i_q ^*其表达式与整定方法为：

其中，e_n为转速偏差(rpm)，K_pn为转速PI比例增益，K_in为转速PI控制器的积分增益，ψ_f为转子磁链，J为电机转动惯量，B为电机粘滞系数，β_n为转速 PI控制器的待整定参数(与转速环带宽正相关)。

优选地，电机转速ω_r和目标转速ω_r ^*做差形成负反馈通道。

在所述步骤S3中，本实施例通过转矩分配模块将转速PI控制器输出的q 轴电流给定值i_q ^*分配给内外电机，得到外电机q轴电流给定值与内电机q轴电流给定值。

所述电机运行模式包括外电机优先运行模式、内电机优先运行模式、内外电机混合运行模式；在电机运行模式下，分别输出对应的外电机q轴给定电流 i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*；

具体地，所述外电机优先运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q 轴给定电流i_{q_i} ^*为：

其中，i_{N_o}为外电机绕组额定电流幅值。

在所述内电机优先运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*为：

其中，i_{N_i}为内电机绕组额定电流幅值。

在所述内外电机混合运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*为：

在所述步骤S4中，在双三相永磁电机的电流输出端连接电流互感器，用于测量双三相永磁电机的双三相电流值，并且将测得的双三相电流值进行双 ABC-dq坐标变换，利用电角度θ_e由双ABC坐标系变换到双dq坐标系，得到在 dq坐标系下的实际电流值；

具体地，测量得到的电机绕组相电流i_A、i_B、i_C、i_U、i_V、i_W，利用ABC-dq 变换，得到外电机q轴、d轴电流实际值i_{q_o}、i_{d_o}，以及内电机q轴、d轴电流实际值i_{q_i}、i_{d_i}，其表达式为：

在本实施例中，令内、外电机d轴电流给定值i_d为0，将外电机d轴电流给定值、q轴电流给定值与经过ABC-dq坐标变换后得到的d轴电流实际值、q轴电流实际值做差后得到外电机d轴、q轴电压PI给定值u_{d_o} ^*和u_{q_o} ^*；

将内电机电流给定值d轴电流给定值、q轴电流给定值与经过ABC-dq坐标变换后得到的d轴电流实际值、q轴电流实际值做差后得到内电机电压PI给定值u_{d_i} ^*和u_{q_i} ^*。

优选地，根据外电机q轴电流给定值i_{q_o} ^*、内电机q轴电流给定值i_{q_i} ^*，以及外电机q轴、d轴电流实际值i_{q_o}、i_{d_o}，内电机q轴、d轴电流实际值i_{q_i}、i_{d_i}，计算得到内外电机电压PI给定值u_{d_o} ^*、u_{q_o} ^*、u_{d_i} ^*、u_{q_i} ^*，其表达式与整定方式为：

K_{pd_o}＝L_{d_o}α_{i_o},K_{id_o}＝Rα_{i_o}

K_{pq_o}＝L_{q_o}α_{i_o},K_{iq_o}＝Rα_{i_o}

K_{pd_i}＝L_{d_i}α_{i_i},K_{id_i}＝Rα_{i_i}

K_{pq_i}＝L_{q_i}α_{i_i},K_{iq_i}＝Rα_{i_i}

其中，α_{i_o}、α_{i_i}分别为外、内电机电流环待整定参数(与电流环带宽正相关，参考值为2π/min{L_d/R，L_q/R})，L_{d_o}、L_{d_i}分别为外、内电机d轴电感值，L_{q_o}、 L_{q_i}分别为外、内电机q轴电感值，其余参数均为PI控制器的比例或积分增益值。

优选地，转速PI控制器的输出端通过减法器连接外电机q轴电流PI控制器，外电机q轴电流PI控制器接收转速PI控制器输出的外电机q轴电流给定值以及外电机q轴电流实际值，外电机d轴电流PI控制器连接在电机上，接收外电机 d轴电流实际值以及设定的外电机d轴电流给定值；外电机q轴电流PI控制器和外电机d轴电流PI控制器分别输出外电机d轴、q轴电压PI给定值。

优选地，转速PI控制器的输出端通过减法器连接内电机q轴电流PI控制器，内电机q轴电流PI控制器接收转速PI控制器输出的内电机q轴电流给定值以及内电机q轴电流实际值，内电机d轴电流PI控制器连接在电机上，接收内电机 d轴电流实际值以及设定的内电机d轴电流给定值；内电机q轴电流PI控制器和内电机d轴电流PI控制器分别输出内电机d轴、q轴电压PI给定值。

在本实施例中，根据转子机械位置角θ_m对电压PI给定值进行电压补偿，得到电压实际给定值u_{d_o}、u_{q_o}、u_{d_i}、u_{q_i}，其表达式为：

其中，ω_e为电机电角速度。

优选地，光电编码器连接PI电压前馈补偿模块，PI电压前馈补偿模块通过加法器分别连接外电机q轴电流PI控制器、外电机d轴电流PI控制器、内电机 d轴电流PI控制器、内电机q轴电流PI控制器，用于对上述电流PI控制器的输出进行电压补偿。

所述步骤S5中，根据内外电机电角度，通过dq-αβ坐标变换，将电压实际给定值u_d与u_q由d-q坐标系变换到α-β坐标系下的电压给定值u_α和u_β；

具体地，将电压实际给定值u_{d_o}和u_{q_o}由dq-αβ坐标变换到α-β坐标系下的电压实际给定值u_{α_o}和u_{β_o}；将电压实际给定值u_{d_i}和u_{q_i}由dq-αβ坐标变换到α-β 坐标系下的电压实际给定值u_{α_i}和u_{β_i}；电压实际给定值u_{α_o}、u_{β_o}、u_{α_i}、u_{β_i}的表达式为：

根据坐标变换后的电压给定值u_{α_o}、u_{β_o}、u_{α_i}、u_{β_i}，得到内外双三相的PWM 信号，并据此生成ABC三相电压值和UVW三相电压值，共生成六相电压值，以驱动双三相永磁电机运转。

在本实施例中，采用SVPWM调制得到三相PWM信号，作为逆变桥的开关信号，逆变桥模块连接直流电压源与双三相永磁电机，用于根据三相PWM信号生成三相电压值，驱动永磁电机运转，实现双三相永磁电机的高性能控制，响应速度快、超调小，并且可以自动对内外电机分配电磁转矩。

在本实施例中，采用PI参数整定方法，根据电机磁链大小与机械系统参数来整定转速环PI参数，将2个待整定参数简化为1个；根据内外电机电感值与电阻值来整定转速环PI参数，将8个待整定参数简化为2个，并根据实时电机转速与电流信息对PI输出值进行电压补偿。该系统中五PI调节器参数整定方法可以基于电机参数进行迅速整定，响应快、超调小、跟踪性能好。

本实施例以双转子磁通切换电机为例，详细论述该控制方法及系统的设计过程与设计思想。本实施例所述的控制对象为正弦度高的双三相电机，具有两套三相Y型绕组，前各相绕组间电流互差固定角度，是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象，该类电机由于反电动势正弦度高，从而绕组电感可表示为：

其中，L_{0_o}为与外电机交链绕组的自感基波值，L_{0_i}为与内电机交链绕组的自感基波值，L_{m_o}为与外电机交链绕组的自感二次谐波幅值，L_{m_i}为与内电机交链绕组的自感二次谐波幅值。

其中，M_{0_o}为与外电机交链绕组的互感基波值，M_{0_i}为与内电机交链绕组的互感基波值，M_{m_o}为与外电机交链绕组的互感二次谐波幅值，M_{m_i}为与内电机交链绕组的互感二次谐波幅值。

与各相绕组交链的永磁磁链可表示为：

其中，ψ_m表示永磁磁链，ψ_{m_o}为ABC相绕组磁链幅值，ψ_{m_i}为UVW相绕组磁链幅值。

磁链方程为：ψ＝Li+ψ_m；

其中，ψ为与各相绕组交链的总磁链，ψ＝[ψ_A ψ_B ψ_C ψ_U ψ_V ψ_W]^T；i为各相绕组电流，i＝[i_A i_B i_C i_U i_V i_W]^T；ψ_m为各相绕组交链永磁磁链，ψ_m＝[ψ_mA ψ_mB ψ_mC ψ_mU ψ_mV ψ_mW]^T；L为电感矩阵，

电压方程为：

其中，u为各相绕组相电压，u＝[u_A u_B u_C u_U u_V u_W]^T；R为各相绕组电阻矩阵，假设六相绕组中电阻值均为R_ph，故：

转矩方程为：

其中，T_{e_o}为外电机产生的电磁转矩，T_{e_i}为外电机产生的电磁转矩，ω_m为电机转子机械角速度，β_m为电机功率因数角；等式右侧第一项为永磁转矩，第二项为磁阻转矩。

根据电机学原理，在空间中呈正弦分布的量可以表示成空间矢量，对于绕组中反电动势正弦度高的电机，可以将气隙磁场看作正弦分布，从而有图3(a) -3(b)所示的电机空间矢量图。在该图中，i_s为定子电流矢量，转矩仅由其与转子磁链ψ_f垂直的分量产生，从而，如果将d轴定向到与转子磁链重合的位置，就可以实现磁链的解耦，简化电机数学模型。

值得一提的是，由于双三相电机具有两套电角度不同的绕组，从而需要两套dq坐标轴进行定向，以实现绕组间电流相位角互差固定角度的目的。

此外，由图3(a)-3(b)可知，内电机绕组与外电机绕组相比，对应绕组空间矢量相位超前90°，可以利用这个性质设计坐标变换矩阵实现从ABC坐标系到dq坐标系的变换。

即，利用三相Park变换与Clark变换可以得到从三相定子坐标系转换到dq 坐标系的矩阵，变换矩阵T如下：

从双ABC坐标系到双dq坐标系的变换矩阵为：

此时，磁链方程变为：ψ_dq＝Pψ＝PLP^-1Pi+Pψ_m＝L_dqi_dq+ψ_mdq；

其中：ψ_dq为双dq坐标系下与各相绕组交链磁链，ψ_dq＝[ψ_{d_o} ψ_{q_o} ψ_{0_o} ψ_{d_i} ψ_{q_i}ψ_{0_i}]^T；i_dq为双dq坐标系下各相绕组电流，i_dq＝[i_{d_o} i_{q_o} i_{0_o} i_{d_i} i_{q_i} i_{0_i}]^T；ψ_mdq为双 dq坐标系下与各相绕组交链永磁磁链，ψ_mdq＝[ψ_{md_o} ψ_{mq_o} ψ_{m0_o} ψ_{md_i} ψ_{mq_i} ψ_{m0_i}]^T。

对于L_dq，忽略两套绕组之间的互感，则有

根据上式可得到在该电机中ABC与UVW两套绕组中的电感计算公式：

对ψ_mdq，有：

从而，磁链方程可化成：

可见在该式中，电感矩阵被转换为对角阵，消除相间互感，实现磁链的解耦，有利于控制的实施；此外，在双dq坐标系中，0序分量不起机电能量转换的作用，不产生旋转磁势，从而可以忽略不计。

由此，电压方程变为：

其中，u_dq为双dq坐标系下各相绕组电压，u_dq＝[u_{d_o} u_{q_o} u_{0_o} u_{d_i} u_{q_i} u_{0_i}]^T； R_dq为双dq坐标系下各相绕组电阻，

ω为旋转磁动势系数矩阵，将转子电角速度表示为ω_e，则：

故可得转子坐标系下的电压方程为：

转矩方程变为：

由以上推导可以看出，利用两套定位电角度不同的dq坐标系，就可以实现从双三相电机到两台三相交流电机的解耦，进而等效成四台直流电机，进而参考较为成熟的直流电机控制方案进行控制系统设计；综上，利用转子磁链坐标定向，得到了双dq坐标系下的电机方程，在双dq坐标系下进行控制设计，得出了本实施例提出的电机控制系统。

值得一提的是，不同类型的双三相电机虽然电感关系不尽相同，但都可以使用磁链定向求得dq轴电感，进而等效成电角度不同的两台电机进行控制。虽然在推导的过程中忽略了两套绕组之间的互感，但是电流PI调节器具有电感的鲁棒性，从而计算出合适的给定电压。

本实施例结合Matlab/simulink仿真图进行验证，在仿真过程中，使用外电机优先运行模式，0.05s时启动电机，并将电机转速设为300rpm，0.15s时加载 20N·m，0.25s时再加载20N·m，得到的电机响应如图4(a)-4(f)所示；可以看出，在外电机优先运行模式下，外电机优先输出转矩，在达到最大转矩31N·m 后再由内电机输出转矩，转矩响应十分迅速；转速先以最大转矩匀加速启动，之后经轻微超调后迅速恢复稳态，两次加载时转速仅有轻微降落，跟踪性能良好；在此过程中，A相电流始终超前U相电流90°，即外电机电流超前内电机电流90°。

使用内电机优先运行模式，0.05s时启动电机，并将电机转速设为300rpm， 0.15s时加载20N·m，0.25s时再加载20N·m，得到的电机响应如图5(a)-5(f) 所示；可以看出，在内电机优先运行模式下，内电机优先输出转矩，在达到最大转矩29N·m后再由外电机输出转矩，转矩响应十分迅速，与外电机优先运行模式控制效果类似，转速跟踪性能良好，外电机电流超前内电机电流90°。

使用内外电机混合运行模式，0.05s时启动电机，并将电机转速设为300rpm，0.15s时加载20N·m，0.25s时再加载20N·m，得到的电机响应如图6(a)-6(f) 所示；可以看出，在内电机混合运行模式下，内外电机同时输出转矩，能同时输出最大转矩，转矩响应十分迅速；与前述两种运行模式控制效果类似，转速跟踪性能良好，外电机电流始终超前内电机电流90°。

综上，该控制方式可以充分、迅速地利用内外电机输出转矩，响应快、超调小、跟踪性能好，证明了本实施例方法的正确性和有效性。

实施例2

本实施例提供一种双三相永磁电机五闭环式控制系统，包括：

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。

实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

以上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。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，包括：

根据电机转速和目标转速得到电磁转矩电流；

2.如权利要求1所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，所述电机运行模式包括外电机优先运行模式，在外电机优先运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*为：

其中，i_{N_o}为外电机绕组额定电流幅值，i_q ^*为q轴电流给定值。

3.如权利要求1所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，所述电机运行模式包括内电机优先运行模式，在内电机优先运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*为：

其中，i_{N_i}为内电机绕组额定电流幅值，i_q ^*为q轴电流给定值。

4.如权利要求1所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，所述电机运行模式包括内外电机混合运行模式，在内外电机混合运行模式下，外电机q轴给定电流i_{q_o} ^*与内电机q轴给定电流i_{q_i} ^*为：

其中，i_{N_o}为外电机绕组额定电流幅值，i_{N_i}为内电机绕组额定电流幅值，i_q ^*为q轴电流给定值。

5.如权利要求1所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，令d轴电流给定值为零，将内外电机q轴电流给定值和d轴电流给定值与经ABC-dq坐标变换后电流实际值做差后得到内外电机电压PI给定值，根据转子位置角对内外电机电压PI给定值进行电压补偿后，得到内外电机电压实际给定值，根据内外电机电压实际给定值得到电机PWM驱动信号。

6.如权利要求5所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，根据电机电角度对内外电机电压实际给定值进行dq-αβ坐标变换，根据变换后的内外电机电压实际给定值得到电机PWM驱动信号；

或，根据电机磁链大小与机械系统参数整定转速环PI参数，将2个待整定参数简化为1个；

或，根据内外电机电感值与电阻值整定转速环PI参数，将8个待整定参数简化为2个，并根据实时电机转速与电流信息对PI输出值进行电压补偿。

7.如权利要求1所述的一种双三相永磁电机五闭环式控制方法，其特征在于，通过在双三相永磁电机的转子轴上连接光电编码器，以测量转子位置角，对转子位置角经微分计算得到电机转速；

或，电机电角度包括外电机电角度与内电机电角度，根据转子位置角和转子极对数得到外电机电角度，根据外电机电角度和内外电机电流相位夹角得到内电机电角度。

8.一种双三相永磁电机五闭环式控制系统，其特征在于，包括：

转矩分配模块，被配置为在预先确定的电机运行模式下，根据电磁转矩电流和绕组额定电流幅值将电磁转矩电流划分为外电机q轴电流给定值和内电机q轴电流给定值；

信号调制模块，被配置为根据电机电角度和内外电机电压给定值得到电机PWM驱动信号，以此驱动双三相永磁电机运转。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。