CN113346821A - 电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质 - Google Patents

电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质。其中，电机控制方法包括：根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值，并根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值，和/或根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，并根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值；根据交轴电流的指令值和/或直轴电流的指令值，控制电机的运行。通过本发明的技术方案，能够让电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器的同时，提高系统的鲁棒性。

Description

电机控制方法、电机控制装置、电机系统和存储介质
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机控制方法、电机控制装置、电机系统及计算机可读存储介质。
背景技术
对于一般的电机与其控制系统而言，包括电源、控制器、电机等部分，电源可能为电网交流或采用电池供电，将电源的交流电整流成直流电，或直接得到电源的直流电，在控制器的直流母线侧并联直流母线电容，再经过逆变桥逆变为电机需要的交流电压。
在整个电机起动和运行过程中，包含了加速状态、稳定状态和减速状态等，在加速和稳定状态，控制器从电源侧吸收能量，将能量转移给电机，需要在直流母线侧安置母线电容，来实现从电源侧到逆变器侧能量转换的平衡，母线电容的电压即代表了此时的母线电压。而在减速过程中，电机会产生能量反冲给控制器。为了应对能量反冲，可以在控制器增设制动单元，或在动力系统中增设其他动力电机或动力装置来吸收能量，但增设的设备都会增大整个系统的体积和成本，并且会带来散热、安装等问题。
尤其在电机运行在高速状态时，在电机从加速或稳态切换到减速状态时，如果没有额外制动装置，很可能因为能量反冲造成控制器的母线电压过压；而在电机从减速切换到加速或者稳态状态时，很有可能因为弱磁需要的电流不够准确造成电机电流响应突变等状况。
因此，在不需要额外制动装置的情况下，需要一种可靠的电机状态控制方法，能够让电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器，提高系统的鲁棒性。
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，本发明的一个方面在于提出了一种电机控制方法。
本发明的另一个方面在于提出了一种电机控制装置。
本发明的再一个方面在于提出了一种电机系统。
本发明的又一个方面在于提出了一种计算机可读存储介质。
有鉴于此，根据本发明的一个方面，提出了一种电机控制方法，包括：根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值，并根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值，和/或根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，并根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值；根据交轴电流的指令值和/或直轴电流的指令值，控制电机的运行。
本发明提供的电机控制方法，根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算得到初步交轴电流指令值，例如，根据电机转速指令值和电机转速反馈值，利用比例积分控制计算得到初步交轴电流指令值，根据当前控制周期下的电机转速指令值ω_ref和电机转速反馈值ω_fdb进行PI(比例积分)计算，计算比例部分和积分部分，比例部分ωErr(k)＝ω_ref–ω_fdb，积分部分DeltaωErr(k)＝ωErr(k)–ωErr(k-1)，Iq_P＝kp1×DeltaωErr(k)，Iq_I＝ki1×ωErr(k)，则可得初步交轴电流指令值Iqref_(k’)＝Iqref(k-1’)+Iq_P+Iq_I，初步交轴电流指令值即为环路交轴电流。进一步地，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值，在电机电动时，不会影响和限制与电机转速同向的交轴电流的指令值大小；在电机发电制动时，通过限制交轴电流的大小来限制电机的发电能量，从而将减速时的母线电压限制在一定的电压阈值内，不会继续升高。在电机从电动向发电状态切换的过程中能够控制交轴电流不会变化过大，从而保证系统的稳定性。尤其在电机从加速或稳定切换到减速状态时，不会使交轴电流突变的过快而导致电流环路震荡。
根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，例如，根据母线电压的平方和电机电压的平方利用比例积分控制计算初步直轴电流指令值，根据当前控制周期下的母线电压Udc的平方和电机电压的平方进行PI(比例积分)计算，计算比例部分和积分部分，比例部分UErr(k)＝Udc2–(Uα2+Uβ2)，电机电压的平方为α轴电压Uα的平方与β轴电压Uβ的平方的和，积分部分DeltaUErr(k)＝UErr(k)–UErr(k-1)。通过PI控制，计算直轴电流的指令值，根据Id_P＝kp2×DeltaUErr(k)，Id_I＝ki2×UErr(k)，kp2、ki2均为系数，则可得初步直轴电流指令值Idref_(k’)＝Idref(k-1’)+Id_P+Id_I。对PI控制计算出的初步直轴电流指令值进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值，获得限幅后的初步直轴电流指令值。进一步地，根据电机的运行状态和限幅后的初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值。无论电机在加速、稳态、减速状态，使得直轴电流的指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。
通过本发明的技术方案，能够使电机在加速、稳态、减速等状态下正常运行与切换，且能够在保护控制器的同时，提高系统的鲁棒性。
根据本发明的上述电机控制方法，还可以具有以下技术特征：
在上述任一技术方案中，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值的步骤，具体包括：确定电压阈值大于母线电压，计算电压阈值与母线电压的差值，对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制，得到交轴电流的限制值；根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值。
在该技术方案中，根据母线电压Udc和用户设定的电压阈值Udc_brake的差值，限制交轴电流的指令值的大小。若Udc_brake–Udc>0，则UdcErr1＝Udc_brake–Udc；若Udc_brake–Udc<0，则UdcErr1＝0。对计算出的UdcErr1进行比例控制，即P控制，交轴电流的限制值Iq_lim’＝kp1×UdcErr1。进一步地，根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中，可以将交轴电流的指令值最多限制为0，在电机转子位置准确的情况下，此时电机不再对外发电，使得母线电压维持在电压阈值，不会继续升高。
在上述任一技术方案中，根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值小于或等于负的限制值，确定交轴电流的指令值为负的限制值；电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值大于负的限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值大于限制值，确定交轴电流的指令值为限制值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值小于或等于限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。
在该技术方案中，对P控制计算出的交轴电流的限制值进行限幅，使其不得超过控制系统中的最大值，获得限幅后的交轴电流的限制值Iq_lim，将初步交轴电流指令值与限幅后的限制值Iq_lim进行比较，结合电机转速反馈值得到交轴电流的指令值。以电机正转为例，交轴电流的指令值不得小于-Iq_lim，即当电机转速反馈值大于0时，在初步交轴电流指令值小于或等于负的限制值时，将当前的交轴电流的指令值设定为负的限制值，而在初步交轴电流指令值大于负的限制值时，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。以电机反转为例，交轴电流的指令值不得大于Iq_lim，即当电机转速反馈值小于或等于0时，在初步交轴电流指令值大于限制值时，将交轴电流的指令值设定为限制值，在初步交轴电流指令值小于或等于限制值时，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中，可以将交轴电流的指令值最多限制到为0，在电机转子位置准确的情况下，此时电机不再对外发电，使得母线电压维持在电压阈值，不会继续升高。
在上述任一技术方案中，根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将初步直轴电流指令值作为直轴电流的指令值；电机的运行状态为减速制动运行状态，根据电机转速反馈值、转速阈值和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值。
在该技术方案中，电机在加速和稳定运行状态下，直轴电流的指令值等于初步直轴电流指令值。电机在减速制动运行状态下，根据电机转速反馈值与用户设定的电机需要弱磁的转速阈值进行比较，来进行直轴电流的指令值的控制。本发明的技术方案实现了电机在不同运行状态下直轴电流的指令值的确定。
在上述任一技术方案中，根据电机转速反馈值、转速阈值和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机转速反馈值大于转速阈值，将初步直轴电流指令值减去第一预设值后作为直轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于转速阈值，将初步直轴电流指令值加上第二预设值后作为直轴电流的指令值。
在该技术方案中，若电机转速反馈值大于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中减小直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均大于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐减小，使得电机的弱磁深度更深，再经过限幅，使直轴电流的指令值不小于电机的最小直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。若电机转速反馈值小于或等于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中增大直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均小于或等于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐增大，使得电机逐渐跳出弱磁区，再经过限幅，使直轴电流的指令值不大于电机的最大直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。
在上述任一技术方案中，在根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值的步骤之前，还包括：根据母线电压的平方和电机电压的平方，利用比例积分控制，计算初步直轴电流指令值；根据指令阈值、相电流峰值和初步直轴电流指令值，对初步交轴电流指令值进行限幅。
在该技术方案中，需要对初步交轴电流指令值进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值(即指令阈值)，且不得超过交轴电流的限制值。以及根据初步直轴电流指令值Idref、用户设定的相电流峰值的最大值Ismax进行初步交轴电流指令值Iqref的限幅，使得Iqref2≤Ismax2-Idref2。
在上述任一技术方案中，还包括：电机转速指令值和电机转速反馈值均小于或等于目标转速，确定电机的运行状态为加速和稳态运行状态；电机转速指令值和电机转速反馈值均大于目标转速，确定电机的运行状态为减速制动运行状态。
在该技术方案中，根据目标转速n_cmd、当前控制周期下的电机转速指令值n_ref、当前控制周期下的电机转速反馈值n_fdb来判断此时电机处于加速和稳定状态还是处于减速制动状态。具体地，当n_ref和n_fdb同时大于n_cmd时，表明当前周期中电机处于减速制动运行状态；当n_ref和n_fdb同时小于或等于n_cmd时，表明当前周期中电机为加速和稳定运行状态，能够精准地确定出电机的运行状态。
在上述任一技术方案中，还包括：将直轴电流的指令值作为下一控制周期的直轴电流的指令值。
在该技术方案中，在电机高速运行开始减速时，由于此时直轴电流被拉到最小，电机弱磁深度很大，使得电机的电压变小，从而使得初步直轴电流指令值绝对值就偏小。一旦从减速状态切换到加速或者稳定状态，初步直轴电流指令值绝对值会急剧减小，使得当前转速下的弱磁电流和转速不匹配，直轴电流环路与电压环路计算错误，从而产生系统振荡。因此，无论状态标志为何种状态，即无论电机在加速、稳态、减速状态，都将直轴电流的指令值作为下一次控制周期中的上一拍直轴电流指令数值Id_ref(n-1)。使得初步直轴电流指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。
根据本发明的另一个方面，提出了一种电机控制装置，包括存储器，存储器用于存储计算机程序；处理器，处理器执行计算机程序时实现如上述任一技术方案的电机控制方法。
本发明提供的电机控制装置包括存储器和处理器，处理器能够实现如上述任一技术方案的电机控制方法，因此该电机控制装置包括上述任一技术方案的电机控制方法的全部有益效果。
根据本发明的再一个方面，提出了一种电机系统，包括：电机；如上述的电机控制装置，电机控制装置被配置为控制电机。
本发明提供的电机系统包括如上述技术方案的电机控制装置，因此该电机系统包括上述任一技术方案的电机控制装置的全部有益效果。
在一些技术方案中，电机系统还包括：电压检测装置，用于检测母线电压；转速检测装置，用于检测电机转速反馈值。
根据本发明的又一个方面，提出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的电机控制方法。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的电机控制方法的步骤，因此该计算机可读存储介质包括上述任一技术方案的电机控制方法的全部有益效果。
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示出了本发明的第一个实施例的电机控制方法的流程示意图；
图2示出了本发明的第二个实施例的电机控制方法的流程示意图；
图3示出了本发明的第三个实施例的电机控制方法的流程示意图；
图4示出了本发明的第四个实施例的电机控制方法的流程示意图；
图5示出了本发明的具体实施例的电机状态控制系统的示意图；
图6示出了本发明的具体实施例的速度调节单元的示意图；
图7示出了本发明的具体实施例的弱磁控制单元的示意图；
图8示出了本发明的具体实施例的电流限幅单元的示意图；
图9示出了本发明的具体实施例的状态限制单元的示意图；
图10示出了本发明的具体实施例的状态判断单元的示意图；
图11示出了本发明的具体实施例的状态控制单元的示意图。
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，本发明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限于下面公开的具体实施例的限制。
本发明第一方面的实施例，提出一种电机控制方法，通过以下实施例对该电机控制方法进行详细说明。
实施例一，图1示出了本发明的第一个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤102，根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值，并根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值；
步骤104，根据交轴电流的指令值，控制电机的运行。
本发明提供的电机控制方法，根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算得到初步交轴电流指令值，例如，根据电机转速指令值和电机转速反馈值，利用比例积分控制计算得到初步交轴电流指令值，根据当前控制周期下的电机转速指令值ω_ref和电机转速反馈值ω_fdb进行PI(比例积分)计算，计算比例部分和积分部分，比例部分ωErr(k)＝ω_ref–ω_fdb，积分部分DeltaωErr(k)＝ωErr(k)–ωErr(k-1)，Iq_P＝kp1×DeltaωErr(k)，Iq_I＝ki1×ωErr(k)，则可得初步交轴电流指令值Iqref_(k’)＝Iqref(k-1’)+Iq_P+Iq_I，初步交轴电流指令值即为环路交轴电流。进一步地，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值，在电机电动时，不会影响和限制与电机转速同向的交轴电流的指令值大小；在电机发电制动时，通过限制交轴电流的大小来限制电机的发电能量，从而将减速时的母线电压限制在一定的电压阈值内，不会继续升高。在电机从电动向发电状态切换的过程中能够控制交轴电流不会变化过大，从而保证系统的稳定性。尤其在电机从加速或稳定切换到减速状态时，不会使交轴电流突变的过快而导致电流环路震荡。
在上述任一实施例中，步骤102中，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定电机的交轴电流的指令值的步骤，具体包括：确定电压阈值大于母线电压，计算电压阈值与母线电压的差值，对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制，得到交轴电流的限制值；根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值。
在该实施例中，根据母线电压Udc和用户设定的电压阈值Udc_brake的差值，限制交轴电流的指令值的大小。若Udc_brake–Udc>0，则UdcErr1＝Udc_brake–Udc；若Udc_brake–Udc<0，则UdcErr1＝0。对计算出的UdcErr1进行比例控制，即P控制，交轴电流的限制值Iq_lim’＝kp1×UdcErr1。进一步地，根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中，可以将交轴电流的指令值最多限制为0，在电机转子位置准确的情况下，此时电机不再对外发电，使得母线电压维持在电压阈值，不会继续升高。
在上述任一实施例中，根据限制值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值小于或等于负的限制值，确定交轴电流的指令值为负的限制值；电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值大于负的限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值大于限制值，确定交轴电流的指令值为限制值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值小于或等于限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。
在该实施例中，对P控制计算出的交轴电流的限制值进行限幅，使其不得超过控制系统中的最大值，获得限幅后的交轴电流的限制值Iq_lim，将初步交轴电流指令值与限幅后的限制值Iq_lim进行比较，结合电机转速反馈值得到交轴电流的指令值。以电机正转为例，交轴电流的指令值不得小于-Iq_lim，即当电机转速反馈值大于0时，在初步交轴电流指令值小于或等于负的限制值时，将当前的交轴电流的指令值设定为负的限制值，而在初步交轴电流指令值大于负的限制值时，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。以电机反转为例，交轴电流的指令值不得大于Iq_lim，即当电机转速反馈值小于或等于0时，在初步交轴电流指令值大于限制值时，将交轴电流的指令值设定为限制值，在初步交轴电流指令值小于或等于限制值时，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。也就是说在减速制动控制中，可以将交轴电流的指令值最多限制到为0，在电机转子位置准确的情况下，此时电机不再对外发电，使得母线电压维持在电压阈值，不会继续升高。
实施例二，图2示出了本发明的第二个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤202，根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，并根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值；
步骤204，根据直轴电流的指令值，控制电机的运行。
本发明提供的电机控制方法，根据母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，例如，根据母线电压的平方和电机电压的平方利用比例积分控制计算初步直轴电流指令值，根据当前控制周期下的母线电压Udc的平方和电机电压的平方进行PI(比例积分)计算，计算比例部分和积分部分，比例部分UErr(k)＝Udc2–(Uα2+Uβ2)，电机电压的平方为α轴电压Uα的平方与β轴电压Uβ的平方的和，积分部分DeltaUErr(k)＝UErr(k)–UErr(k-1)。通过PI控制，计算直轴电流的指令值，根据Id_P＝kp2×DeltaUErr(k)，Id_I＝ki2×UErr(k)，kp2、ki2均为系数，则可得初步直轴电流指令值Idref_(k’)＝Idref(k-1’)+Id_P+Id_I。对PI控制计算出的初步直轴电流指令值进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值，获得限幅后的初步直轴电流指令值。进一步地，根据电机的运行状态和限幅后的初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值。无论电机在加速、稳态、减速状态，使得直轴电流的指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。
在上述任一实施例中，步骤202，根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定电机的直轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将初步直轴电流指令值作为直轴电流的指令值；电机的运行状态为减速制动运行状态，根据电机转速反馈值、转速阈值和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值。
在该实施例中，电机在加速和稳定运行状态下，直轴电流的指令值等于初步直轴电流指令值。电机在减速制动运行状态下，根据电机转速反馈值与用户设定的电机需要弱磁的转速阈值进行比较，来进行直轴电流的指令值的控制。本发明的实施例实现了电机在不同运行状态下直轴电流的指令值的确定。
在上述任一实施例中，根据电机转速反馈值、转速阈值和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机转速反馈值大于转速阈值，将初步直轴电流指令值减去第一预设值后作为直轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于转速阈值，将初步直轴电流指令值加上第二预设值后作为直轴电流的指令值。
在该实施例中，若电机转速反馈值大于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中减小直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均大于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐减小，使得电机的弱磁深度更深，再经过限幅，使直轴电流的指令值不小于电机的最小直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。若电机转速反馈值小于或等于转速阈值，则通过斜坡指令在当前控制周期中增大直轴电流的指令值，如果在多个连续的控制周期中电机转速均小于或等于设定的最低转速，则直轴电流的指令值逐渐增大，使得电机逐渐跳出弱磁区，再经过限幅，使直轴电流的指令值不大于电机的最大直轴电流，并且将该直轴电流的指令值作为下一次控制周期的输入。
在上述任一实施例中，还包括：将直轴电流的指令值作为下一控制周期的直轴电流的指令值。
在该实施例中，在电机高速运行开始减速时，由于此时直轴电流被拉到最小，电机弱磁深度很大，使得电机的电压变小，从而使得初步直轴电流指令值绝对值就偏小。一旦从减速状态切换到加速或者稳定状态，初步直轴电流指令值绝对值会急剧减小，使得当前转速下的弱磁电流和转速不匹配，直轴电流环路与电压环路计算错误，从而产生系统振荡。因此，无论状态标志为何种状态，即无论电机在加速、稳态、减速状态，都将直轴电流的指令值作为下一次控制周期中的上一拍直轴电流指令数值Id_ref(n-1)。使得初步直轴电流指令值始终在当前母线电压下不会过小，从而使电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。
在上述任一实施例中，根据目标转速n_cmd、当前控制周期下的电机转速指令值n_ref、当前控制周期下的电机转速反馈值n_fdb来判断此时电机处于加速和稳定状态还是处于减速制动状态。具体地，当n_ref和n_fdb同时大于n_cmd时，表明当前周期中电机处于减速制动运行状态；当n_ref和n_fdb同时小于或等于n_cmd时，表明当前周期中电机为加速和稳定运行状态，能够精准地确定出电机的运行状态。
实施例三，图3示出了本发明的第三个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤302，根据母线电压的平方和电机电压的平方，计算初步直轴电流指令值；
步骤304，根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值；
步骤306，根据电机转速指令值和电机转速反馈值，计算初步交轴电流指令值；
步骤308，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值；
步骤310，根据交轴电流的指令值和直轴电流的指令值，控制电机的运行。
需要说明的是，计算交轴电流的指令值和直轴电流的指令值的步骤不限定先后顺序。
在步骤302中，可根据母线电压的平方和电机电压的平方，利用比例积分控制计算初步直轴电流指令值。
在步骤306中，可根据电机转速指令值和电机转速反馈值，利用比例积分控制计算初步交轴电流指令值。
在上述任一实施例中，步骤304，根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值的步骤，具体包括：电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将初步直轴电流指令值作为直轴电流的指令值；电机的运行状态为减速制动运行状态，电机转速反馈值大于转速阈值，将初步直轴电流指令值减去第一预设值后作为直轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于转速阈值，将初步直轴电流指令值加上第二预设值后作为直轴电流的指令值。
在上述任一实施例中，步骤308，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值的步骤，具体包括：确定电压阈值大于母线电压，计算电压阈值与母线电压的差值，对电压阈值与母线电压的差值进行比例控制，得到交轴电流的限制值；电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值小于或等于负的限制值，确定交轴电流的指令值为负的限制值；电机转速反馈值大于0，且初步交轴电流指令值大于负的限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值大于限制值，确定交轴电流的指令值为限制值；电机转速反馈值小于或等于0，且初步交轴电流指令值小于或等于限制值，将初步交轴电流指令值作为交轴电流的指令值。
在上述任一实施例中，根据目标转速n_cmd、当前控制周期下的电机转速指令值n_ref、当前控制周期下的电机转速反馈值n_fdb来判断此时电机处于加速和稳定状态还是处于减速制动状态。
在上述任一实施例中，将直轴电流的指令值作为下一控制周期的直轴电流的指令值。
实施例四，图4示出了本发明的第四个实施例的电机控制方法的流程示意图。其中，该方法包括：
步骤402，根据母线电压的平方和电机电压的平方，利用比例积分控制，计算初步直轴电流指令值；
步骤404，根据电机的运行状态和初步直轴电流指令值，确定直轴电流的指令值；
步骤406，根据电机转速指令值和电机转速反馈值，利用比例积分控制，计算初步交轴电流指令值；
步骤408，根据指令阈值、相电流峰值和初步直轴电流指令值，对初步交轴电流指令值进行限幅；
步骤410，根据母线电压、电压阈值、电机转速反馈值和限幅后的初步交轴电流指令值，确定交轴电流的指令值；
步骤412，根据交轴电流的指令值和直轴电流的指令值，控制电机的运行。
在该实施例中，需要对初步交轴电流指令值进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值(即指令阈值)，且不得超过交轴电流的限制值。以及根据初步直轴电流指令值Idref、用户设定的相电流峰值的最大值Ismax进行初步交轴电流指令值Iqref的限幅，使得Iqref2≤Ismax2-Idref2。
本发明第二方面的实施例，提出了一种电机控制装置，包括存储器，存储器用于存储计算机程序；处理器，处理器执行计算机程序时实现如上述任一实施例的电机控制方法。
本发明提供的电机控制装置包括存储器和处理器，处理器能够实现如上述任一实施例的电机控制方法，因此该电机控制装置包括上述任一实施例的电机控制方法的全部有益效果。
在具体实施例中，提出一种电机状态控制系统，如图5所示，该系统包括：速度调节单元502、弱磁控制单元504、电流限幅单元506、状态限制单元508、状态判断单元510和状态控制单元512。其中，通过速度调节单元502生成初步交轴电流指令值Iq_ref，再根据状态限制单元508获得最终的交轴电流的指令值Iq_ref(out)；通过弱磁控制单元504生成初步直轴电流指令值Id_ref，再根据状态判断单元510和状态控制单元512获得最终的直轴电流的指令值Id_ref(out)；而电流限幅单元506则对初步交轴电流指令值Iq_ref进行限制。电机状态控制系统工作步骤包括：
步骤1：进行速度调节单元502的计算，根据电机转速指令值ω_ref和电机转速反馈值ω_fdb计算得到初步交轴电流指令值Iqref，如图6所示，主要包括以下步骤：
(1)根据当前控制周期下的电机转速指令值ω_ref和电机转速反馈值ω_fdb进行PI计算，计算其比例部分和积分部分，比例部分ωErr(k)＝ω_ref–ω_fdb，积分部分DeltaωErr(k)＝ωErr(k)–ωErr(k-1)。
(2)通过PI控制，计算初步交轴电流指令值，根据Iq_P＝kp1×DeltaωErr(k)，Iq_I＝ki1×ωErr(k)，则可得初步交轴电流指令值Iqref_(k’)＝Iqref(k-1’)+Iq_P+Iq_I。
(3)再对PI控制计算出的初步交轴电流指令值Iqref_(k’)进行限幅，使其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值，且不得超过电流限幅单元506的限幅值，获得限幅后的初步交轴电流指令值Iqref。
步骤2：进行弱磁控制单元504计算，根据母线电压Udc和电机电压(Uα和Uβ)计算得到初步直轴电流指令值Idref，如图7所示，主要包括以下步骤：
(1)根据当前控制周期下的母线电压Udc的平方和电机电压的平方进行PI计算，计算其比例部分和积分部分，比例部分UErr(k)＝Udc2–(Uα 2+Uβ 2)，积分部分DeltaUErr(k)＝UErr(k)–UErr(k-1)。
(2)通过PI控制，计算初步直轴电流指令值，根据Id_P＝kp2×DeltaUErr(k)，Id_I＝ki2×UErr(k)，则可得初步直轴电流指令值Idref_(k’)＝Idref(k-1’)+Id_P+Id_I。
(3)再对PI控制计算出的初步直轴电流指令值Idref_(k’)进行限幅，其绝对值不得超过控制系统中用户设定的最大值，获得限幅后的初步直轴电流指令值Idref。
步骤3：进行电流限幅单元506计算，如图8所示，根据步骤2获得的初步直轴电流指令值Idref与用户设定的相电流峰值的最大值Ismax进行初步交轴电流指令值Iqref的限幅，使得Iqref2≤Ismax 2-Idref2。
步骤4：进行状态限制单元508计算，如图9所示，根据母线电压Udc和用户设定的电压阈值Udc_brake的差值，限制交轴电流的指令值的大小。主要包括以下步骤：
(1)若Udc_brake–Udc>0，则UdcErr1＝Udc_brake–Udc；若Udc_brake–Udc<0，则UdcErr1＝0。
(2)对计算出的UdcErr1进行比例控制，即P控制，交轴电流的限制值Iq_lim’＝kp1×UdcErr1。
(3)对P控制计算出的交轴电流的限制值Iq_lim’进行限幅，不得超过控制系统中的最大值，获得限幅后的交轴电流的限制值Iq_lim。
(4)将此时刻的交轴电流指令Iq_ref(in)(即限幅后的初步交轴电流指令值Iqref)与交轴电流的限制值Iq_lim进行比较，以电机正转为例，指令不得小于-Iq_lim，以电机反转为例，则指令不得大于Iq_lim，得到新的交轴电流的指令值Iq_ref(out)。
通过该状态限制的控制方法，在电机电动时，不会影响和限制与转速同向的交轴电流的指令值Iq_ref(out)；在电机发电制动时，可以将交轴电流的指令值Iq_ref(out)最多限制到为0，此时电机不再对外发电，使得控制器母线电压维持在电压阈值Udc_brake，不会继续升高；在电机从电动向发电状态切换的过程中能够控制交轴电流的指令值不会变化过大，从而保证系统的稳定性。尤其在电机从加速或稳定切换到减速状态时，不会使交轴电流突变的过快而导致电流环路震荡。
步骤5：进行状态判断单元510计算，如图10所示，根据目标转速n_cmd、当前控制周期下的指令转速n_ref、当前控制周期下的反馈转速n_fdb来判断此时电机处于加速和稳定状态还是处于减速制动状态，当前控制周期下的指令转速n_ref即为电机转速指令值ω_ref，当前控制周期下的反馈转速n_fdb即为电机转速反馈值ω_fdb，主要包括以下步骤：
(1)若当前控制周期下，输入的状态标志＝0，则表明上一控制周期中电机处于加速和稳定状态，当n_ref和n_fdb同时满足大于n_cmd时，令状态标志＝1，表明当前控制周期中电机处于减速制动状态，否则状态标志＝0，表明当前控制周期中电机仍然处于加速和稳定状态。
(2)若当前控制周期下，输入的状态标志＝1，表明上一控制周期中电机处于减速制动状态，当n_ref和n_fdb同时满足小于等于n_cmd时，令状态标志＝0，表明当前控制周期中电机恢复成加速和稳定状态，否则状态标志＝1，表明当前周期中电机仍然处于减速制动状态。
步骤6：进行状态控制单元512计算，如图11所示，根据状态判断单元510的结果，进行直轴电流的指令值Id_ref(out)的控制，主要包括以下步骤：
(1)若状态标志＝0，则在电机加速和稳定状态，使得最终的直轴电流的指令值Id_ref(out)＝Idref(限幅后的初步直轴电流指令值)，即为弱磁控制单元504的输出结果。
(2)若状态标志＝1，则在电机减速制动状态，则根据电机当前转速n(即为电机转速反馈值ω_fdb)和用户设定的电机需要弱磁的转速n_fw(转速阈值)进行比较大小，来进行直轴电流的指令值Id_ref(out)的控制。
(3)若n>n_fw，则通过斜坡指令逐渐减小直轴电流的指令值，得到每一次控制周期下的直轴电流的指令值Id_ref(out’)，使得电机的弱磁深度更深，再经过限幅，使其不小于电机的最小直轴电流，得到新的直轴电流的指令值Id_ref(out)用于实际电流环路控制，并且作为下一次控制周期的输入。
(4)若n<n_fw，则通过斜坡指令逐渐增大直轴电流的指令值，得到每一次控制周期下的直轴电流的指令值Id_ref(out’)，使得电机逐渐跳出弱磁区，再经过限幅，使其不大于电机的最大直轴电流，得到新的直轴电流的指令值Id_ref(out)用于实际电流环路控制，并且作为下一次控制周期的输入。
(5)无论状态标志为何种状态，即无论电机在加速、稳态、减速状态，都将状态控制单元512输出的直轴电流的指令值Id_ref(out)赋给弱磁控制单元504，作为下一次控制周期中弱磁控制单元504的上一拍直轴电流的指令值Id_ref(n-1)。使得弱磁控制单元504计算的结果始终在当前母线电压下不会过小，从而在电机从减速制动切换到加速或者稳态时，直轴电流不会突变，系统不会振荡。
本发明第三方面的实施例，提出了一种电机系统，包括：电机；如上述的电机控制装置，电机控制装置被配置为控制电机。
本发明提供的电机系统包括如上述实施例的电机控制装置，因此该电机系统包括上述任一实施例的电机控制装置的全部有益效果。
在一些实施例中，电机系统还包括：电压检测装置，用于检测母线电压；转速检测装置，用于检测电机转速反馈值。
本发明第四方面的实施例，提出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实施例的电机控制方法。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的电机控制方法的步骤，因此该计算机可读存储介质包括上述任一实施例的电机控制方法的全部有益效果。
在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，除非另有明确的规定和限定；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (11)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：
根据电机转速指令值和电机转速反馈值计算初步交轴电流指令值，并根据母线电压、电压阈值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述电机的交轴电流的指令值，和/或根据所述母线电压的平方和电机电压的平方计算初步直轴电流指令值，并根据所述电机的运行状态和所述初步直轴电流指令值，确定所述电机的直轴电流的指令值；
根据所述交轴电流的指令值和/或所述直轴电流的指令值，控制所述电机的运行。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，根据母线电压、电压阈值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述电机的交轴电流的指令值的步骤，具体包括：
确定所述电压阈值大于所述母线电压，计算所述电压阈值与所述母线电压的差值，对所述电压阈值与所述母线电压的差值进行比例控制，得到所述交轴电流的限制值；
根据所述限制值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述交轴电流的指令值。
3.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述限制值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述交轴电流的指令值的步骤，具体包括：
所述电机转速反馈值大于0，且所述初步交轴电流指令值小于或等于负的所述限制值，确定所述交轴电流的指令值为负的所述限制值；
所述电机转速反馈值大于0，且所述初步交轴电流指令值大于负的所述限制值，将所述初步交轴电流指令值作为所述交轴电流的指令值；
所述电机转速反馈值小于或等于0，且所述初步交轴电流指令值大于所述限制值，确定所述交轴电流的指令值为所述限制值；
所述电机转速反馈值小于或等于0，且所述初步交轴电流指令值小于或等于所述限制值，将所述初步交轴电流指令值作为所述交轴电流的指令值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机的运行状态和所述初步直轴电流指令值，确定所述电机的直轴电流的指令值的步骤，具体包括：
所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态，将所述初步直轴电流指令值作为所述直轴电流的指令值；
所述电机的运行状态为减速制动运行状态，根据所述电机转速反馈值、转速阈值和所述初步直轴电流指令值，确定所述直轴电流的指令值。
5.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机转速反馈值、转速阈值和所述初步直轴电流指令值，确定所述直轴电流的指令值的步骤，具体包括：
所述电机转速反馈值大于所述转速阈值，将所述初步直轴电流指令值减去第一预设值后作为所述直轴电流的指令值；
所述电机转速反馈值小于或等于所述转速阈值，将所述初步直轴电流指令值加上第二预设值后作为所述直轴电流的指令值。
6.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，在根据母线电压、电压阈值、所述电机转速反馈值和所述初步交轴电流指令值，确定所述电机的交轴电流的指令值的步骤之前，还包括：
根据所述母线电压的平方和电机电压的平方，利用比例积分控制，计算初步直轴电流指令值；
根据指令阈值、相电流峰值和所述初步直轴电流指令值，对所述初步交轴电流指令值进行限幅。
7.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：
所述电机转速指令值和所述电机转速反馈值均小于或等于目标转速，确定所述电机的运行状态为加速和稳态运行状态；
所述电机转速指令值和所述电机转速反馈值均大于所述目标转速，确定所述电机的运行状态为减速制动运行状态。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：
将所述直轴电流的指令值作为下一控制周期的直轴电流的指令值。
9.一种电机控制装置，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器用于存储计算机程序；
处理器，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的电机控制方法。
10.一种电机系统，其特征在于，包括：
电机；
如权利要求9所述的电机控制装置，所述电机控制装置被配置为控制所述电机。
11.一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8中任一项所述的电机控制方法。
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