CN113348620B - 电机控制方法及电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机控制方法及电机的控制装置，该电机控制方法包括：根据电机的给定电角速度和实际电角速度，得到电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1；根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；得到空间矢量脉宽调制输出信号，用于控制电机。本发明能够降低电机的反电动势，提高电机的转速。

Description

电机控制方法及电机的控制装置
技术领域
本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种电机控制方法及电机的控制装置。
背景技术
电机是机器人的核心部件，电机在高速下的性能直接决定了机器人高速运行时的准确性和稳定性。在转速不太高时，一般采用最大转矩电流比对PMSM电机(永磁同步电机)进行控制，逆变器输出的电压越高，电机的转速越大。PMSM电机的反电动势与转速成正比，随着转速的增加，当反电动势达到逆变器所能输出的最大电压之后，若仍使用最大转矩电流比控制，则电机的速度将无法继续提高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电机控制方法及电机的控制装置，可调整电机的电流，以降低电机的反电动势，提高电机的转速。
为解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种电机控制方法，控制方法包括：
根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1；
根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；
对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；
根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；
根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，空间矢量脉宽调制输出信号用于控制电机。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种电机的控制装置，控制装置包括第一控制器、第一补偿电路、第一电流PI调节器、第二补偿电路以及第二控制器；
第一控制器的输入端与第一补偿电路的输入端耦接；第一控制器的第一输出端和第二输出端分别与第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端耦接；
第一补偿电路的第二输入端与第一控制器的第一输出端耦接，第一补偿电路的输出端与第一电流PI调节器的第一输入端耦接；
第二补偿电路的第一输入端和第二输入端分别与第一电流PI调节器的第一输出端和第二输出端耦接，第二补偿电路的第一输出端和第二输出端耦接分别与第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端，以使第二补偿电路与第一电流PI调节器形成回路；
第一控制器用于获取根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1，其中，第一控制器的第一输出端用于输出直轴初始电流id1，第一控制器的第二输出端用于输出交轴初始电流iq1；
第一补偿电路用于根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；
第二补偿电路用于对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；
第一电流PI调节器根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；
第二控制器根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，空间矢量脉宽调制输出信号用于控制电机。
本发明的有益效果是：本发明的电机的控制方法对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。通过补偿后的空间矢量脉宽调制输入信号使电机运行，从而改变电机的磁通，以降低电机的反电动势，可提高电机的转速。
附图说明
图1是本发明电机的控制装置一实施方式的结构示意图；
图2是本发明电机的控制方法一实施方式的流程示意图；
图3是本发明电机需满足的特性曲线示意图。
具体实施方式
本发明提供一种电机的控制方法及电机的控制装置，为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加明确、清楚，以下对本发明进一步详细说明，应当理解此处所描述的具体实施条例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施方式的电机的控制装置包括第一控制器、第一补偿电路、第一电流PI调节器、第二补偿电路以及第二控制器；第一控制器的输入端与第一补偿电路的输入端耦接；第一控制器的第一输出端和第二输出端分别与第一电流PI调节器的输第一输出端和第二输入端耦接；第一补偿电路的第二输入端与第一控制器的第一输出端耦接，第一补偿电路的第一输出端与第一电流PI调节器的第一输入端耦接；第二补偿电路的第一输入端和第二输入端分别与第一电流PI调节器的第一输出端和第二输出端耦接，第二补偿电路的第一输出端和第二输出端耦接分别与第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端，以使第二补偿电路与第一电流PI调节器形成回路。
其中，第一控制器根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1，其中，第一控制器的第一输出端用于输出直轴初始电流id1，第一控制器的第二输出端用于输出交轴初始电流iq1；第一补偿电路用于根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；第二补偿电路用于对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；第二电流PI调节器根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；第二控制器根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，空间矢量脉宽调制输出信号用于控制电机。
其中，电机为机器人上的伺服电机，比如永磁同步电机。
在此，需要说明的是，电机的直轴与交轴对应的电流是相互关联的，若其中一个轴的电流变化时会相应的引起另一个轴的电流发生变化。即，在本实施方式中，对直轴的电流进行补偿后，在一定程度上会对交轴的电流进行补偿。
参阅图1，图1是本发明电机的控制装置一实施方式的结构示意图。下面结合图1说明本实施方式的控制装置10的结构。控制装置10包括包括第一控制器102、第一补偿电路103、第一电流PI调节器104、第二补偿电路106以及第二控制器107。
第一控制器102的输入端与第一补偿电路103的输入端耦接；第一控制器102的第一输出端和第二输出端分别与第一电流PI调节器104的第一输入端和第二输入端耦接。
第一补偿电路103的第二输入端与第一控制器102的第一输出端耦接，第一补偿电路103的输出端与第一电流PI调节器104的第一输入端耦接。
第二补偿电路106的第一输入端和第二输入端分别与第一电流PI调节器104的第一输出端和第二输出端耦接，第二补偿电路106的第一输出端和第二输出端耦接分别与第一电流PI调节器104的第一输入端和第二输入端，以使第二补偿电路106与第一电流PI调节器104形成回路。
第一控制器102用于获取根据电机11的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1。其中，第一控制器102的第一输出端用于输出直轴初始电流id1，第一控制器102的第二输出端用于输出交轴初始电流iq1。
第一补偿电路103用于根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1。
第二补偿电路106用于对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2。
第一电流PI调节器104根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
第二控制器107根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，空间矢量脉宽调制输出信号用于控制电机11。
本实施方式中，反馈电路109的输入端与电机11耦接，反馈电路109的输出端与第三电流PI调节器101的输入端耦接，第三电流PI调节器101输出端与第一控制器102耦接。反馈电路109用于获取实际电角速度，并反馈给第三电流PI调节器101。
在一个具体的实施方式中，反馈电路109从电机11获取实际电角速度，第三电流PI调节器101获取给定电角速度与实际电角速度之差,即定电角速度减去实际电角速度后的差值。第三电流PI调节器101将该差值进行比例积分，并发送至第一控制器102。第一控制器102将实际电角速度与给定电角速度之差进行分解，得到直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1。
本实施方式中，控制装置10还包括第二电流PI调节器105，第二电流PI调节器105的第一输入端和第二输入端分别与第二补偿电路106的第一输出端和第二输出端分别耦接，第二电流PI调节器105的第一输出端和第二输出端分别与第一电流PI调节器104的第一输入端和第二输入端分别耦接；第一电流PI调节器104、第二电流PI调节器105以及第二补偿电路106形成回路。
第二补偿电路106用于获取期望的电机端电压u，根据驱动电机的逆变器实际输出的最大电压ulim与期望的电机端电压得到期望电压差Δu＝ulim-u；基于期望电压差通过电压梯度下降法求取直轴的单步补偿值Δidfw和交轴的单步补偿值Δiqfw。
第二电流PI调节器105根据直轴的单步补偿值Δidfw的积分得到直轴弱磁电流补偿值idfw2，以及根据交轴的单步补偿值Δiqfw的积分得到交轴弱磁电流补偿值iqfw2。
本实施方式中，第一电流PI调节器104包括直轴电流环PI调节器和交轴电流环PI调节器，直轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为电流PI调节器的第一输入端和第二输出端，交轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为电流PI调节器的第二输入端和第二输出端。
直轴电流环PI调节器根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到ud；交轴电流环PI调节器根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到uq
第二补偿电路106根据当前时刻第一电流PI调节器的输出ud，uq，得到期望的电机端电压
Figure BDA0003050585420000061
本实施方式中，控制装置10还包括坐标变换电路108，坐标变换电路108的第一输入端和第二输入端分别与第二控制器107的第一输出端和第二输出端耦接，坐标变换电路108的第一输出端和第二输出端分别与第一电流PI调节器104的第一输入端和第二输入端耦接。第一电流PI调节器104还用于获取电机11的直轴电流id和电机11的交轴电流iq，第二控制器107还用于根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1、直轴弱磁电流补偿值idfw2、以及电机11的直轴电流id得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1、交轴弱磁电流补偿值iqfw2以及电机11的交轴电流iq，得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。坐标变换电路108用于获取电机11当前的空间矢量脉宽调制输出信号；将电机11当前的空间矢量脉宽调制输出信号转换为电机11的直轴电流id和电机11的交轴电流iq。坐标变换电路108将电机11的直轴电流id和电机11的交轴电流iq发送给第一电流PI调节器104。
为了说明本申请电机11的控制装置10控制电机11的具体方法，参阅图2，图2是本发明电机的控制方法一实施方式的流程示意图。
结合图1和图2，本实施方式中，电机控制方法包括以下步骤：
步骤201：根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1。
本实施方式中，首先获取电机的给定电角速度和实际电角速度，对给定电角速度和实际电角速度之差进行分解，得到电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1。
在一个具体的实施方式中，反馈电路109从电机11获取给实际电角速度，第三电流PI调节器101获取给定电角速度。第三电流PI调节器101将实际电角速度与给定电角速度之差进行比例积分，并发送至第一控制器102。第一控制器102通过预设的控制策略将实际电角速度与给定电角速度之差进行分解，得到直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1。其中，预设的控制策略为MTPA(maximum Torque Per Ampere，最大转矩电流比)策略。在其他实施方式中，预设的控制策略也可以为其他控制策略，本申请对此不作限定。
步骤202：根据给定电角速度和直轴初始电流通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1。
根据电机11的类型确定电机11的第一角速度以及第二角速度，其中，第一角速度对应的电压极限圆经过电流极限圆与恒转矩曲线的切点，第二角速度对应的电压极限椭圆与恒转矩曲线的切点位于电流极限圆上。具体的，第一角速度和第二角速度与电机11的已知的参数有关，已知的参数包括电机11的转子永磁体与定子绕组交链的磁链、交轴电抗、直轴电抗等等。然后根据第一角速度、第二角速度、给定电角速度以及直轴初始电流得到直轴弱磁设定电流idfw1。其中，恒转矩曲线恒转矩曲线为一族曲线，且越在坐标原点O左上方距离坐标原点O越远的的恒转矩曲线，其对应的转矩值越大。
在一个具体的实施方式中，通过如下公式(1)、公式(2)和公式(3)
Figure BDA0003050585420000081
Figure BDA0003050585420000082
Figure BDA0003050585420000083
确定电机11的第一角速度以及第二角速度；
其中，id为电机11的直轴电流，iq为电机11的交轴电流，Ld为电机11的直轴电抗，Lq为电机11的交轴电抗，ψf为电机11的转子与定子绕组交链的磁链，ulim为电机11对应的驱动器输出的最大电压，ωr为电机11的角速度，ilim为电机11对应的伺服系统能够承受的最大电流，
Te为电机11的电磁转矩，np电机11的极对数。
如果给定电角速度小于第一角速度和第二角速度构成的闭合区间的最小值，将直轴弱磁设定电流idfw1确定为零。如果给定电角速度为第一角速度和第二角速度构成的闭合区间中除端点外的任一值，根据电流极限圆和给定电角速度对应的电压极限椭圆的交点以及直轴初始电流确定直轴弱磁设定电流idfw1。如果电机11给定电角速度大于第一角速度和第二角速度构成的闭合区间的最大值，根据电机11给定电角速度对应的电压极限椭圆与恒转矩曲线的切点以及直轴初始电流确定直轴弱磁设定电流idfw1。
为了说明第一补偿电路103获取第一角速度和第二角速度以及得到直轴弱磁设定电流idfw1的具体过程，请参阅图3，图3是本发明的电机需满足的曲线方程的示意图。
具体地，在忽略电机11定子电阻的情况下，电机11必然满足如下的公式(1)所示电压极限椭圆方程和公式(2)电流极限圆方程，并且电机11对应的特性曲线，其中特性曲线为恒转矩曲线，满足如下公式(3)所示的转矩方程：
Figure BDA0003050585420000091
Figure BDA0003050585420000092
Figure BDA0003050585420000093
其中，id为电机11的直轴电流，iq为电机11的交轴电流，Ld为电机11的直轴电抗，Lq为电机11的交轴电抗，ψf为电机11的转子与定子绕组交链的磁链，ulim为电机11对应的驱动器输出的最大电压，ωr为电机11的角速度，ilim为电机11对应的伺服系统能够承受的最大电流，Te为电机11的电磁转矩，np电机11的极对数。
其中，在设定坐标系下，原点O为电流极限圆方程的圆心，X轴表示直轴电流，Y轴表示交轴电流。坐标O1为电压极限椭圆方程对应的椭圆的圆心。其中，随着电流矢量从0逐渐增大到电流极限值，电流矢量圆实际上是一族以原点为圆心，电流矢量长度为半径的圆，形成一簇电流圆；电压极限椭圆方程，形成一簇电压极限椭圆；恒转矩方程，形成一簇恒转矩曲线。
转矩方程中存在一特定的恒转矩曲线与电流极限圆相切，形成切点A。电压极限椭圆中存在一特定的电压极限椭圆包括该切点A，根据该切点A对应的矢量确定第一角速度值。
恒转矩曲线中存在另一特定的恒转矩曲线与电压极限椭圆中另一特定的电压极限椭圆相切，形成切点B，且该切点B在电流极限圆上，根据该切点B对应的矢量确定第二角速度。
在其中的一个实施方式中，第一角速度值小于第二角速度，则可根据给定电角速度相对于第一角速度值和第二角速度的大小关系确定第一补偿电流。
在此，以ω0表示第一角速度、ω1表示第二角速度、ω2表示给定电角速度及表示第一补偿电流idfw1为例解释说明。
当ω2<ω0时，第一补偿电流idfw1＝0；
当ω0<ω2<ω1时，公式(1)所对应的电压极限椭圆和公式(2)所对应的电流极限圆会相交，求解确定的交点对应的直轴的电流值，并将并求解得到的直轴的电流值与该给定电角速度ω2经过积分运算后得到的直轴初始电流id1和做相差运算后得到，弱磁电流设定值idfw1；其中，若电机11为非表贴式电机11，存在一正一负两个解，取负值。
当ω1<ω2时，公式(1)所对应的电压极限椭圆和公式(3)所对应的恒转矩曲线会相切，求解得到切点对应的直轴的电流值，并将并求解得到的直轴的电流值与该给定电角速度ω2经过积分运算后得到的直轴初始电流id1和做相差运算后得到，弱磁电流设定值idfw1。其中，若电机11为非表贴式电机11，存在一大一小两个解，取小值。
步骤203：对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2。
本实施方式中，第二补偿电路106根据当前时刻第一电流PI调节器104的输出ud，uq，获取期望的电机11端电压
Figure BDA0003050585420000101
用逆变器实际能输出的最大电压ulim与其相减，Δu＝ulim-u，并通过电压梯度下降法求取直轴的单步补偿值Δidfw和交轴的单步补偿值Δiqfw。第二电流PI调节器105对Δidfw，Δiqfw求积分，获得当前时刻直轴的弱磁电流补偿值idfw2和交轴的弱磁电流补偿值iqfw2。
步骤204：根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
本实施方式中，第一电流PI调节器104包括直轴电流环PI调节器和交轴电流环PI调节器，直轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为第一电流PI调节器104的第一输入端和第二输出端，交轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为第一电流PI调节器104的第二输入端和第二输出端。
在一个具体的实施方式中，第一电流PI调节器104从第二电流PI调节器105获取当前时刻直轴的弱磁电流补偿值idfw2和交轴的弱磁电流补偿值iqfw2；第一电流PI调节器104从第一补偿电路103获取直轴弱磁设定电流idfw1；第一电流PI调节器104从第一控制器102获取直轴初始电流id1。第一电流PI调节器104将直轴弱磁设定电流idfw1、直轴初始电流id1、以及直轴的弱磁电流补偿值idfw2的相加之和通过直轴电流环PI调节器得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，第一电流PI调节器104将交轴初始电流iq1和交轴的弱磁电流补偿值iqfw2的相加之和通过交轴电流环PI调节器得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
步骤205：根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，空间矢量脉宽调制输出信号用于控制电机。
本实施方式中，第三控制器为空间矢量脉宽调制模块(SVPWM，Space VectorPulse Width Modulation)。
进一步的，第一电流PI调节器104通过坐标转换电路获取电机11当前的空间矢量脉宽调制输出信号；然后通过坐标转换电路将电机11当前的空间矢量脉宽调制输出信号转换为电机11的直轴电流id和电机11的交轴电流iq。第一电流PI调节器104将直轴弱磁设定电流idfw1、直轴初始电流id1、以及直轴的弱磁电流补偿值idfw2的相加之和与电机11的直轴电流id作差，并通过直轴电流环PI调节器得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号。第一电流PI调节器104将交轴初始电流iq1和交轴的弱磁电流补偿值iqfw2的相加之和与电机11的交轴电流iq作差，通过交轴电流环PI调节器得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
需要说明的是，本实施方式中，第一电流PI调节器104、第二电流PI调节器105以及第二补偿电路106形成回路。坐标转换电路、第一电流PI调节器104以及第二控制器107也形成一个回路。第一电流PI调节器104输出的空间矢量脉宽调制交轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号再次被第二补偿电路106获取，第二控制器107输出的当前的空间矢量脉宽调制输出信号再次被坐标转换电路获取，重复执行步骤203、步骤204、步骤205，则可以保持实时对输入电机11中的信号进行补偿。
由上可知，本实施方式的控制装置10对输出给电机11的直轴电流以及交轴电流进行了多次补偿，以控制电机11，从而保证电机11的出力能够达到最大值，并对电机11做了弱磁，使电机11的输出电压不会饱和，确保电机11的动态响应性能。
同时，采用电压梯度下降法和积分环路对弱磁电流进行补偿，可以限制弱磁电流的大小，使得电机11在需要弱磁且负载不大的时候，能够稳定工作在浅弱磁区域，从而提高了效率和系统的稳定性，并对电机11起到一定的保护作用。
另一方面，可保证电机11在进出弱磁状态时的稳定性，以使在机器人应用中，驱动的电角速度指令值不会突变。
区别于现有技术，本实施方式的电机的控制装置对直轴初始电流和交轴初始电流进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；根据直轴初始电流id1、弱磁电流设定值idfw1和直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据交轴初始电流iq1和交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。通过补偿后的空间矢量脉宽调制输入信号使电机运行，从而改变电机的磁通，以降低电机的反电动势，可提高电机的转速。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种电机控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到所述电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1；
所述根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到所述电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1包括：
获取所述电机的所述给定电角速度和所述实际电角速度；
对所述给定电角速度和所述实际电角速度之差进行分解，得到所述直轴初始电流id1和所述交轴初始电流iq1；
根据所述给定电角速度和所述直轴初始电流id1通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；
所述根据所述给定电角速度和所述直轴初始电流id1通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1的步骤具体包括：
根据所述电机的类型确定所述电机的第一角速度以及第二角速度，其中，所述第一角速度对应的电压极限圆经过电流极限圆与恒转矩曲线的切点，所述第二角速度对应的电压极限椭圆与所述恒转矩曲线的切点位于所述电流极限圆上，所述恒转矩曲线为一族曲线；
根据所述第一角速度、所述第二角速度、所述给定电角速度以及所述直轴初始电流id1得到直轴弱磁设定电流idfw1；
对所述直轴初始电流id1和所述交轴初始电流iq1进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；
所述对所述直轴初始电流id1和所述交轴初始电流iq1进行弱磁电流补偿包括：
获取期望的电机端电压u，根据驱动电机的逆变器实际输出的最大电压ulim与所述期望的电机端电压u得到期望电压差Δu＝ulim-u；基于所述期望电压差Δu通过电压梯度下降法求取直轴的单步补偿值Δidfw和交轴的单步补偿值Δiqfw；根据直轴的单步补偿值Δidfw的积分得到所述直轴弱磁电流补偿值idfw2，以及根据交轴的单步补偿值Δiqfw的积分得到所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2；
根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1和所述直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据所述交轴初始电流iq1和所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；
根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，所述空间矢量脉宽调制输出信号用于控制所述电机。
2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述获取期望的电机端电压u，包括：
根据当前时刻电流PI调节器的输出ud，uq，得到期望的电机端电压
Figure FDA0004139774560000021
3.如权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，所述电流PI调节器包括直轴电流环PI调节器和交轴电流环PI调节器；
根据当前时刻电流PI调节器的输出ud，uq包括：
所述直轴电流环PI调节器根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1和所述直轴弱磁电流补偿值idfw2得到ud；所述交轴电流环PI调节器根据所述交轴初始电流iq1和所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到uq。
4.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述第一角速度、所述第二角速度、所述给定电角速度以及所述直轴初始电流id1得到直轴弱磁设定电流idfw1包括：
如果所述给定电角速度小于所述第一角速度和所述第二角速度构成的闭合区间的最小值，将所述直轴弱磁设定电流idfw1确定为零；如果所述给定电角速度为所述第一角速度和第二角速度构成的闭合区间中除端点外的任一值，根据所述电流极限圆和所述给定电角速度对应的所述电压极限椭圆的交点以及所述直轴初始电流id1确定所述直轴弱磁设定电流idfw1；如果所述电机给定电角速度大于所述第一角速度和第二角速度构成的闭合区间的最大值，根据所述电机给定电角速度对应的电压极限椭圆与所述恒转矩曲线的切点以及所述直轴初始电流id1确定所述直轴弱磁设定电流idfw1。
5.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机的类型确定所述电机的第一角速度以及第二角速度具体包括：
通过如下公式(1)、公式(2)和公式(3)
Figure FDA0004139774560000031
Figure FDA0004139774560000032
Figure FDA0004139774560000033
确定所述电机的第一角速度以及第二角速度，其中，id为所述电机的直轴电流，iq为所述电机的交轴电流，Ld为所述电机的直轴电抗，Lq为所述电机的交轴电抗，ψf为所述电机的转子与定子绕组交链的磁链，ulim为所述电机对应的逆变器输出的最大电压，ωr为所述电机的角速度，ilim为所述电机对应的伺服系统能够承受的最大电流，Te为所述电机的电磁转矩，np为所述电机的极对数。
6.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1和所述直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据所述交轴初始电流iq1和所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号包括：
获取所述电机的直轴电流id和所述电机的交轴电流iq，
根据所述直轴初始电流id1、所述弱磁电流设定值idfw1、所述直轴弱磁电流补偿值idfw2、以及所述电机的直轴电流id得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据所述交轴初始电流iq1、所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2以及所述电机的交轴电流iq，得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
7.如权利要求6所述的电机控制方法，其特征在于，所述获取所述电机的直轴电流id和所述电机的交轴电流iq包括：
获取所述电机当前的空间矢量脉宽调制输出信号；
通过坐标转换电路将所述电机当前的空间矢量脉宽调制输出信号转换为所述电机的直轴电流id和所述电机的交轴电流iq。
8.一种电机的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括第一控制器、第一补偿电路、第一电流PI调节器、第二补偿电路以及第二控制器；
所述第一控制器的输入端与所述第一补偿电路的第一输入端耦接；所述第一控制器的第一输出端和第二输出端分别与所述第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端耦接；
所述第一补偿电路的第二输入端与所述第一控制器的第一输出端耦接，所述第一补偿电路的输出端与所述第一电流PI调节器的第一输入端耦接；
所述第二补偿电路的第一输入端和第二输入端分别与所述第一电流PI调节器的第一输出端和第二输出端耦接，所述第二补偿电路的第一输出端和第二输出端耦接分别与所述第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端，以使所述第二补偿电路与所述第一电流PI调节器形成回路；
所述第一控制器根据电机的给定电角速度和实际电角速度，通过预设的控制策略，得到所述电机的直轴初始电流id1和交轴初始电流iq1，其中，所述第一控制器的第一输出端用于输出所述直轴初始电流id1，所述第一控制器的第二输出端用于输出所述交轴初始电流iq1；
所述第一补偿电路用于根据所述给定电角速度和所述直轴初始电流id1通过直轴弱磁设定模块得到直轴弱磁设定电流idfw1；
所述第二补偿电路用于对所述直轴初始电流id1和所述交轴初始电流iq1进行弱磁电流补偿，得到直轴弱磁电流补偿值idfw2和交轴弱磁电流补偿值iqfw2；
所述第一电流PI调节器根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1和所述直轴弱磁电流补偿值idfw2得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据所述交轴初始电流iq1和所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号；
所述第二控制器根据空间矢量脉宽调制直轴输入信号和空间矢量脉宽调制交轴输入信号得到空间矢量脉宽调制输出信号，所述空间矢量脉宽调制输出信号用于控制所述电机。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括第二电流PI调节器，所述第二电流PI调节器的第一输入端和第二输入端分别与所述第二补偿电路的第一输出端和第二输出端耦接，所述第二电流PI调节器的第一输出端和第二输出端分别与所述第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端耦接；所述第一电流PI调节器、所述第二电流PI调节器以及所述第二补偿电路形成回路；
所述第二补偿电路用于获取期望的电机端电压u，根据驱动电机的逆变器实际输出的最大电压ulim与所述期望的电机端电压u得到期望电压差Δu＝ulim-u；基于所述期望电压差Δu通过电压梯度下降法求取直轴的单步补偿值Δidfw和交轴的单步补偿值Δiqfw；
所述第二电流PI调节器根据直轴的单步补偿值Δidfw的积分得到直轴弱磁电流补偿值idfw2，以及根据交轴的单步补偿值Δiqfw的积分得到交轴弱磁电流补偿值iqfw2。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述第一电流PI调节器包括直轴电流环PI调节器和交轴电流环PI调节器，所述直轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为所述第一电流PI调节器的第一输入端和第二输出端，所述交轴电流环PI调节器的输入端和输出端分别为所述第一电流PI调节器的第二输入端和第二输出端；
所述直轴电流环PI调节器根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1和所述直轴弱磁电流补偿值idfw2得到ud；所述交轴电流环PI调节器根据所述交轴初始电流iq1和所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2得到uq；
所述第二补偿电路根据当前时刻所述第一电流PI调节器的输出ud，uq，得到期望的电机端电压
Figure FDA0004139774560000051
11.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述第一电流PI调节器还用于获取所述电机的直轴电流id和所述电机的交轴电流iq，所述第二控制器还用于根据所述直轴初始电流id1、所述直轴弱磁设定电流idfw1、所述直轴弱磁电流补偿值idfw2、以及所述电机的直轴电流id得到空间矢量脉宽调制直轴输入信号，以及根据所述交轴初始电流iq1、所述交轴弱磁电流补偿值iqfw2以及所述电机的交轴电流iq，得到空间矢量脉宽调制交轴输入信号。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括坐标变换电路，所述坐标变换电路的第一输入端和第二输入端分别与所述第二控制器的第一输出端和第二输出端耦接，所述坐标变换电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第一电流PI调节器的第一输入端和第二输入端耦接；
所述坐标变换电路用于获取所述电机当前的空间矢量脉宽调制输出信号；将所述电机当前的空间矢量脉宽调制输出信号转换为所述电机的直轴电流id和所述电机的交轴电流iq。
13.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括反馈电路和第三电流PI调节器，所述反馈电路的输入端与所述电机耦接，所述反馈电路的输出端与所述第三电流PI调节器的输入端耦接，所述第三电流PI调节器输出端与所述第一控制器耦接；所述第三电流PI调节器用于获取所述给定电角速度减去实际电角速度后的差值，所述反馈电路用于获取所述实际电角速度，并反馈给所述第三电流PI调节器。
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