CN113708694A - 一种电机的控制方法、装置、电机、存储介质及处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机的控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，该方法包括：获取所述电机的当前转速和给定转速；获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值；以及，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链；根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。该方案，通过简化价值函数构造方式，并进行弱磁限制，能够提升预测转矩控制的控制效果。

Description

一种电机的控制方法、装置、电机、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控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，尤其涉及一种永磁同步电机的控制方法、装置、电机、存储介质及处理器。
背景技术
电机(如永磁同步电机)具有功率密度大、输出转矩高、动态性能好等优点，在实际的工业生产中得到了广泛的应用。预测转矩控制可以通过预测下一时刻转矩和磁链的方法，提升电机驱动系统(如永磁同步电机驱动系统)的动态性能，因此受到了国内外学者的关注与进一步研究。
考虑到随着工业应用对电机(如永磁同步电机)调速性能的要求逐渐提高，电机驱动系统(如永磁同步电机驱动系统)的快速响应能力也需要进一步提升，预测转矩控制通过预测下一时刻的被控量的状态，能够达到更加快速的响应和动态效果，而在相关方案中的模型预测转矩控制中，采用构造价值函数的方式，价值函数由诸如转矩、磁链等被控量构成，由权重系数调节被控量之间的比例关系，以此实现通过价值函数最小化，来实现对电机系统(如永磁同步电机系统)综合性能的优化。但对于价值函数来说，权重系数整定较复杂，不利于实际使用。
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，提供一种电机的控制方法、装置、电机、存储介质及处理器，以解决在电机(如永磁同步电机)的模型预测转矩控制中，采用构造价值函数的方式，价值函数由诸如转矩、磁链等被控量构成，价值函数构造复杂，影响预测转矩控制的控制效果的问题，达到通过简化价值函数构造方式，并进行弱磁限制，能够提升预测转矩控制的控制效果的效果。
本发明提供一种电机的控制方法，包括：获取所述电机的当前转速和给定转速；获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值；以及，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链；根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。
在一些实施方式中，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链，包括：对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流；根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值；根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
在一些实施方式中，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流；其中，所述定子电压幅值取绝对值；对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流；利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流；对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
在一些实施方式中，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，记为所述弱磁电流的最小值；利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值；对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流；将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值；利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
在一些实施方式中，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，包括：根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流；根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链；将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项；将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种电机的控制装置，包括：获取单元，被配置为获取所述电机的当前转速和给定转速；获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值；以及，控制单元，被配置为根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链；所述控制单元，还被配置为根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链，包括：对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流；根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值；根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流；其中，所述定子电压幅值取绝对值；对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流；利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流；对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
在一些实施方式中，所述控制单元，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，记为所述弱磁电流的最小值；利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值；对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流；将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值；利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，包括：根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流；根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链；将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项；将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。
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控制方法。
由此，本发明的方案，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制；从而，通过简化价值函数构造方式，并进行弱磁限制，能够提升预测转矩控制的控制效果。
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为本发明的方法中根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的方法中根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的方法中对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的电机的控制装置的一实施例的结构示意图；
图7为电流极限圆与电压极限椭圆的坐标示意图；
图8为参考转矩与磁链生成模块的一实施例的结构示意图；
图9为电机(如永磁同步电机)的控制方法的一实施例的整体控制流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-获取单元；104-控制单元。
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。该电机的控制方法可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，获取所述电机的当前转速和给定转速，当前转速如电机编码器回馈电机转速ωr，给定转速如给定转速ωr *。获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值。电压极限值如逆变器的电压极限值umax，定子电压幅值如定子电压幅值uref。以及，
在步骤S120处，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
在一些实施方式中，结合图2所示本发明的方法中根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链的具体过程，包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S210，对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流，如q轴参考电流iq *。
步骤S220，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。转矩参考值如Te *，磁链参考值如ψs *。
在一些实施方式中，结合图3所示本发明的方法中根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S220中根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的具体过程，包括：步骤S310至步骤S340。
步骤S310，对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流，如弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000071
其中，所述定子电压幅值取绝对值。
步骤S320，对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流，如d轴电流
Figure BDA0003274989540000072
步骤S330，利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流，如弱磁电流
Figure BDA0003274989540000073
步骤S340，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
图7为电流极限圆与电压极限椭圆的坐标示意图。对于特定的电机(如永磁同步电机)控制系统，其参数都是固定的，因此都具有其对应的电压极限椭圆与电流极限圆模型，为便于分析，图7所示为将两者置于同一坐标系中。如图7中所示，电流极限圆幅值为恒定值，即Imax,而电压极限椭圆半径则随着电机转速的升高而不断减小，C点为电压极限椭圆的圆心，此处电流值为电机(如永磁同步电机)的特征电流值Ic。随着电机转速的提升，电机(如永磁同步电机)控制系统进入深度弱磁区的状态。当电机(如永磁同步电机)转速升至电压极限椭圆和电流极限圆只相切于A点时，此时电机(如永磁同步电机)转速为ω1，电机(如永磁同步电机)控制系统处于临界状态。当电机(如永磁同步电机)转速进一步提升至ω2，电压极限椭圆进一步缩小，此时电流极限圆与电压极限椭圆没有交点，则此时A点始终在电压极限椭圆左侧，这样电机(如永磁同步电机)的实际电流与电机(如永磁同步电机)控制系统给定转矩和磁链生成模块的参考电流之间会产生较大误差，这样计算出的转矩和磁链的参考值是不准的，当给定的转矩和磁链参考值不准确，即会导致电机(如永磁同步电机)控制系统的控制不准确，甚至失控。因此，在实际控制系统中要避免上述情况的发生。
在本发明的方案中，考虑到弱磁升速方法会存在的弱磁电流过大导致的电流失控问题，因此需要对其进行限幅。与相关方案中的弱磁控制不同的是，为了避免由于在深度弱磁区电流不跟随导致的电流失控，本发明的方案采用一种弱磁限幅方法，使d轴电流避免出现于特征电流左侧，同时采用分段弱磁的方式，d轴电流限幅前后的差值作为q轴电流的弱磁补偿值，实现第二步弱磁，达到升速的目的。
图8为参考转矩与磁链生成模块的一实施例的结构示意图。图8所示为参考转矩与磁链生成模块，该参考转矩与磁链生成模块主要由三部分构成，分别为弱磁补偿模块、失控限幅与补偿模块和最后的转矩磁链计算模块。在弱磁补偿模块中，逆变器的电压极限值umax与定子电压幅值uref的绝对值比较，经过PI控制器后生成弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000081
q轴参考电流iq *经过MTPA(最大转矩电流比控制)计算后得到d轴电流
Figure BDA0003274989540000082
经过弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000083
补偿后即可得到弱磁电流
Figure BDA0003274989540000084
此时进入失控限幅与补偿模块。
在一些实施方式中，结合图4所示本发明的方法中对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S340中对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值的具体过程，包括：步骤S410至步骤S450。
步骤S410，对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，如特征电流Ic，记为所述弱磁电流的最小值，如
Figure BDA0003274989540000085
步骤S420，利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值，如Δiq。
步骤S430，对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流，即第二弱磁电流。
步骤S440，将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值。
步骤S450，利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
参见图8所示的例子，在失控限幅与补偿模块中，弱磁电流
Figure BDA0003274989540000091
经限幅后被箝位在特征电流Ic，此时记为
Figure BDA0003274989540000092
当随着转速的提升，弱磁电流降低至其最小值
Figure BDA0003274989540000093
此时d轴电流不可以再发生改变，可对q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，如图8中所示，弱磁电流
Figure BDA0003274989540000094
与限幅后的弱磁电流
Figure BDA0003274989540000095
做差，得到q轴的补偿值Δiq，由于弱磁控制中d轴电流均为负值，因此Δiq也是负值，即通过减小q轴电流值实现进一步的弱磁控制。本发明的方案，采用以特征电流Ic对d轴电流限幅的方法，使电机(如永磁同步电机)控制系统的电流指令在全过程中均处于特征电流点的右侧，即保证电机(如永磁同步电机)控制系统不会出现不稳定状况。特征电流为电机(如永磁同步电机)系统的固有参数，可通过多种方法得到，此处不再赘述。
在此支路中存在一个计算和一个限幅过程，其中计算过程为：根据d轴弱磁电流
Figure BDA0003274989540000096
得到同时刻q轴的电流iq，其计算公式为：
Figure BDA0003274989540000097
式中，Te_fw为弱磁条件下系统能够输出的最大转矩，p为极对数，ψf为转子永磁体磁链，Ld、Lq为d、q轴电感，在根据此公式得到iq之后，经过一级限幅，即电流极限圆限幅，根据前面的论述可以知道，不论电流经过如何变化，其d、q轴电流都需满足电流极限圆限制，此处的电流极限圆公式为：
Figure BDA0003274989540000098
式中，Imax为电机允许的最大电流值，即图7中电流极限圆半径值。
由图8所示的例子可知，对于电机(如永磁同步电机)控制系统中的电压和电流都需要满足其对应的电压极限椭圆和电流极限圆限制。将失控限幅与补偿模块中产生的电流值进入转矩与磁链计算模块，计算得到转矩和磁链的参考值Te *和ψs *。
步骤S230，根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
考虑到电机(如永磁同步电机)的实际使用特点，往往要求其运行于较宽范围的调速区间。随着电机(如永磁同步电机)转速的提升，电机(如永磁同步电机)的反电势将受到逆变器直流侧电压的限制，因此相关方案中的预测转矩控制方法不能达到扩速的目的。为了使电机(如永磁同步电机)能够在较宽的速度范围内稳定运行，电机系统(如永磁同步电机系统)需要采用弱磁控制方法来实现弱磁升速，拓宽其调速范围。
也就是说，随着电机转速的提升，相关方案中的预测转矩控制方法不能满足其调速需求，因此需要采用弱磁控制，通过弱磁升速的方法提升其运行速度，而在相关方案中的弱磁控制中，若给定电流较大，且电机系统(如永磁同步电机系统)处于深度弱磁区时，如果电流轨迹规划不合理，很容易导致实际电流不能跟随给定电流，即出现电流的失控，同样会造成电机系统(永磁同步电机系统)不稳定。
考虑到在预测转矩控制方法中，随着转速的提升，控制系统需要进入深度弱磁区，而随着电流矢量在电流极限圆上的移动，易出现电流不跟随情况，导致系统失控，甚至出现飞车状况。本发明的方案，在模型预测转矩控制方法中采用一种弱磁控制方法，以等效合成的定子电压参考值，与逆变器承受电压阈值比较，经过PI调节器后产生弱磁补偿电流，对d轴电流进行补偿，实现弱磁控制。
这样，相比于相关方案中的模型预测转矩控制方法，本发明的方案采用一种弱磁升速方法，由转矩和磁链等效合成的定子电压参考值，与逆变器承受电压阈值比较，经过PI调节器(即比例-积分调节器)后产生弱磁补偿电流，对d轴电流进行补偿，实现弱磁控制。
在步骤S130处，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。
本发明的方案，提出一种模型预测转矩控制方法，即一种基于模型预测转矩控制的弱磁失控抑制方法。在模型预测转矩控制方法中采用一种弱磁控制方法，该控制方法可以通过电压信号回馈的方法实现弱磁补偿，并采用一种限幅方法和分段弱磁的方法，达到弱磁升速的目的，能够提升电机(如永磁同步电机)的预测转矩控制的控制效果。
在一些实施方式中，结合图5所示本发明的方法中根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S130中根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量的具体过程，包括：步骤S510至步骤S540。
步骤S510，根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，如idq(k+1)。
步骤S520，根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链，如Te(k+1)和ψs(k+1)；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链，如Te(k+2)和ψs(k+2)。
由电机的数学方程和欧拉公式，即可得到k+1时刻的电流预测值，根据k+1时刻的电流预测值，即可计算得到转矩和磁链在k+1时刻的预测值。此时，再根据无差拍原理(无差拍原理即是使当前参考值等于下一时刻的预测值)，得到两个采样时刻后，即k+2时刻的转矩和磁链的预测值。
步骤S530，将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项，以实现构造等效的定子电压参考矢量。
步骤S540，将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。
考虑到在相关方案中的永磁同步电机预测转矩控制中，价值函数构造复杂，涉及被控量较多，权重系数整定较复杂。本发明的方案，采用一种新的价值函数构造方法，以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，对电机(如永磁同步电机)进行控制。
这样，相比于相关方案中的模型预测转矩控制方法，本发明的方案，采用一种新的价值函数构造方法，由转矩与磁链等效合成定子电压参考矢量，通过比较电压参考矢量与基本电压矢量之间的距离，来判断最优矢量，对电机(如永磁同步电机)进行控制。
图9为电机(如永磁同步电机)的控制方法的一实施例的整体控制流程示意图。如图9所示，由电机编码器回馈电机转速ωr，与给定转速ωr *比较，经过PI调节器后生成q轴参考电流iq *，进而由图8所示的参考转矩与磁链生成模块产生转矩和磁链的参考值Te *和ψs *。从电机系统采样三相电流iA,B,C，结合编码器输出的位置信号θr，经过坐标变换得到旋转坐标系下电流信号id,q，考虑到数字系统存在信号延迟，因此该处引入无差拍补偿，进行一个采样周期的信号补偿，得到一个周期之后的电流信号id,q(k+1)。根据转矩与磁链的预测模型，得到两个周期之后的转矩与磁链的预测值Te(k+2)和ψd,q(k+2)，由这两个预测值，可等效合成定子电压矢量uref，分析比较定子电压矢量uref和基本电压矢量之间的误差关系，即可得到最优矢量作用于逆变器，进行电机系统的控制。等效合成的定子电压矢量uref取绝对值回馈至弱磁补偿模块去产生弱磁补偿电流。
参见图9所示的例子，本发明的方案提出的一种永磁同步电机的控制方法，更具体是一种基于模型预测转矩控制的弱磁失控抑制方法，包括：
步骤1、先采样三相定子电流，经过坐标变换将电流由三相ABC静止轴系变换到dq旋转轴系上，得到id和iq经过欧拉前向公式，得到当前d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值idq(k+1)，表示为：
Figure BDA0003274989540000121
该公式是由电机系统电压方程，和前向欧拉公式计算得来，式中，id(k+1)和iq(k+1)分别为k+1时刻dq轴电流值，id(k)和iq(k)分别为k时刻dq轴电流值，Ts为采样周期，Rs为定子电阻值，Ld、Lq分别为d、q轴电感值，vd(k)和vq(k)分别为k时刻dq轴电压值，ψf为转子永磁体磁链，ωr为电机电角速度。
步骤2、根据电流idq(k+1)和转矩、磁链方程，可得到转矩和磁链在下一采样时刻的预测值Te(k+1)和ψs(k+1)，为进行数字系统延迟的补偿，根据无差拍原理，使当前参考值等于下一采样时刻预测值，结合前述的一拍预测控制，可使电机(如永磁同步电机)控制系统当前值Te *和ψs *等于两个采样时刻后的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)。
其中，前述的一拍预测控制，即是指由公式(1)中所示k+1时刻电流，由转矩与磁链计算公式，得到k+1时刻的转矩与磁链预测值的计算过程，最后得到的结果是k+1时刻的转矩与磁链的预测值Te(k+1)和ψs(k+1)。
步骤3、将转矩和磁链的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)，根据电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项，由Verr表示，Verr＝|uref-Vi|。
其中，uref为转矩和磁链的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)等效合成的定子参考电压矢量，Vi为基本电压矢量，则Verr即作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，在进行基本电压矢量选择时，即可代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量Verr幅值最低的基本电压矢量，即为最优基本电压矢量。
步骤4、当转速进一步提升，此时电机(如永磁同步电机)控制系统进入弱磁区，由等效参考矢量uref取幅值，反馈至弱磁模块，与逆变器最大电压阈值比较后，经过PI调节器，得到弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000131
由编码器回馈的转速信息与给定转速比较后，经过PI调节器，得到q轴电流参考值，再经过MTPA计算，结合弱磁补偿电流得到弱磁后的d轴电流
Figure BDA0003274989540000132
限幅模块对d轴电流进行限幅，根据电机(如永磁同步电机)控制系统的参数，即特征电流Ic对其进行限幅，限幅后得到弱磁电流
Figure BDA0003274989540000133
限幅前后的差值作为q轴电流的弱磁补偿值，即补偿值Δiq，由于弱磁控制中d轴电流均为负值，因此Δiq也是负值，即通过减小q轴电流值实现进一步的弱磁控制，得到弱磁q轴电流
Figure BDA0003274989540000134
步骤5、在得到弱磁后的d轴电流和q轴电流后，d轴电流和q轴电流要满足电流极限圆的限制，然后即可计算转矩和磁链的参考值，永磁同步电机电磁转矩计算公式为：
Figure BDA0003274989540000135
该公式是永磁同步电机的转矩计算公式，其中Te *代表电磁转矩，p表示电机极对数，ψd和ψq分别表示dq轴的定子磁链分量，id和iq分别表示dq轴电流分量。
其中，根据步骤5得到的转矩与磁链的参考值，结合步骤2中的预测与无差拍计算，即可得到新一轮的转矩与磁链预测值，进而进行电机(如永磁同步电机)控制系统控制。
步骤6、根据上述提到的电机定子电流与转矩、磁链间的计算关系，磁链表达式为：
Figure BDA0003274989540000141
其中：
Figure BDA0003274989540000142
该公式是根据磁链的计算公式，针对模型中的变量进行的dq轴磁链的计算，其中
Figure BDA0003274989540000143
表示经过限幅值限幅后的d轴弱磁电流，
Figure BDA0003274989540000144
表示根据转矩计算公式，由
Figure BDA0003274989540000145
计算得来的q轴电流。
公式(4)中，在计算d、q轴磁链时，均采用的是弱磁后的d、q轴电流值，而且d轴电流采用的是经过限幅处理的弱磁电流，这一点在图8中的结构中有直观体现。
本发明的方案，在模型预测转矩控制的弱磁升速环节，采用了一种失控限幅与补偿方法，其中，弱磁补偿模块的定子电压回馈值，为模型预测转矩控制中，由预测转矩和预测磁链等效的定子电压幅值，一方面，该等效的定子电压矢量作为价值函数，对基本电压矢量进行筛选，用于驱动电机系统，另一方面，取其幅值，作为电压回馈值，回馈至弱磁补偿模块，对d轴电流进行弱磁补偿。在对d轴电流的弱磁补偿后，为了限制其不能过大，采用一种用特征电流限幅的方法，将d轴电流值严格限制在特征电流值右侧，以此来保证系统的稳定。对于限幅前后的差值，又作为q轴电流的弱磁补偿值，实现第二步弱磁，实现弱磁升速。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制。从而，通过简化价值函数构造方式，并进行弱磁限制，能够提升预测转矩控制的控制效果。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的控制方法的一种电机的控制装置。参见图6所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电机的控制装置可以包括：获取单元102和控制单元104。
其中，获取单元102，被配置为获取所述电机的当前转速和给定转速，当前转速如电机编码器回馈电机转速ωr，给定转速如给定转速ωr *。获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值。电压极限值如逆变器的电压极限值umax，定子电压幅值如定子电压幅值uref。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。以及，
控制单元104，被配置为根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流，如q轴参考电流iq *。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。转矩参考值如Te *，磁链参考值如ψs *。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S220。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流，如弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000151
其中，所述定子电压幅值取绝对值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元104，具体还被配置为对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流，如d轴电流
Figure BDA0003274989540000152
该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
所述控制单元104，具体还被配置为利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流，如弱磁电流
Figure BDA0003274989540000161
该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S330。
所述控制单元104，具体还被配置为对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S340。
图7为电流极限圆与电压极限椭圆的坐标示意图。对于特定的电机(如永磁同步电机)控制系统，其参数都是固定的，因此都具有其对应的电压极限椭圆与电流极限圆模型，为便于分析，图7所示为将两者置于同一坐标系中。如图7中所示，电流极限圆幅值为恒定值，即Imax,而电压极限椭圆半径则随着电机转速的升高而不断减小，C点为电压极限椭圆的圆心，此处电流值为电机(如永磁同步电机)的特征电流值Ic。随着电机转速的提升，电机(如永磁同步电机)控制系统进入深度弱磁区的状态。当电机(如永磁同步电机)转速升至电压极限椭圆和电流极限圆只相切于A点时，此时电机(如永磁同步电机)转速为ω1，电机(如永磁同步电机)控制系统处于临界状态。当电机(如永磁同步电机)转速进一步提升至ω2，电压极限椭圆进一步缩小，此时电流极限圆与电压极限椭圆没有交点，则此时A点始终在电压极限椭圆左侧，这样电机(如永磁同步电机)的实际电流与电机(如永磁同步电机)控制系统给定转矩和磁链生成模块的参考电流之间会产生较大误差，这样计算出的转矩和磁链的参考值是不准的，当给定的转矩和磁链参考值不准确，即会导致电机(如永磁同步电机)控制系统的控制不准确，甚至失控。因此，在实际控制系统中要避免上述情况的发生。
在本发明的方案中，考虑到弱磁升速装置会存在的弱磁电流过大导致的电流失控问题，因此需要对其进行限幅。与相关方案中的弱磁控制不同的是，为了避免由于在深度弱磁区电流不跟随导致的电流失控，本发明的方案采用一种弱磁限幅装置，使d轴电流避免出现于特征电流左侧，同时采用分段弱磁的方式，d轴电流限幅前后的差值作为q轴电流的弱磁补偿值，实现第二步弱磁，达到升速的目的。
图8为参考转矩与磁链生成模块的一实施例的结构示意图。图8所示为参考转矩与磁链生成模块，该参考转矩与磁链生成模块主要由三部分构成，分别为弱磁补偿模块、失控限幅与补偿模块和最后的转矩磁链计算模块。在弱磁补偿模块中，逆变器的电压极限值umax与定子电压幅值uref的绝对值比较，经过PI控制器后生成弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000171
q轴参考电流iq *经过MTPA(最大转矩电流比控制)计算后得到d轴电流
Figure BDA0003274989540000172
经过弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000173
补偿后即可得到弱磁电流
Figure BDA0003274989540000174
此时进入失控限幅与补偿模块。
在一些实施方式中，所述控制单元104，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，如特征电流Ic，记为所述弱磁电流的最小值，如
Figure BDA0003274989540000175
该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S410。
所述控制单元104，具体还被配置为利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值，如Δiq。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S420。
所述控制单元104，具体还被配置为对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流，即第二弱磁电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S430。
所述控制单元104，具体还被配置为将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S440。
所述控制单元104，具体还被配置为利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S450。
参见图8所示的例子，在失控限幅与补偿模块中，弱磁电流
Figure BDA0003274989540000176
经限幅后被箝位在特征电流Ic，此时记为
Figure BDA0003274989540000177
当随着转速的提升，弱磁电流降低至其最小值
Figure BDA0003274989540000178
此时d轴电流不可以再发生改变，可对q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，如图8中所示，弱磁电流
Figure BDA0003274989540000179
与限幅后的弱磁电流
Figure BDA00032749895400001710
做差，得到q轴的补偿值Δiq，由于弱磁控制中d轴电流均为负值，因此Δiq也是负值，即通过减小q轴电流值实现进一步的弱磁控制。本发明的方案，采用以特征电流Ic对d轴电流限幅的装置，使电机(如永磁同步电机)控制系统的电流指令在全过程中均处于特征电流点的右侧，即保证电机(如永磁同步电机)控制系统不会出现不稳定状况。特征电流为电机(如永磁同步电机)系统的固有参数，可通过多种装置得到，此处不再赘述。
由图8所示的例子可知，对于电机(如永磁同步电机)控制系统中的电压和电流都需要满足其对应的电压极限椭圆和电流极限圆限制。将失控限幅与补偿模块中产生的电流值进入转矩与磁链计算模块，计算得到转矩和磁链的参考值Te *和ψs *。
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S230。
考虑到电机(如永磁同步电机)的实际使用特点，往往要求其运行于较宽范围的调速区间。随着电机(如永磁同步电机)转速的提升，电机(如永磁同步电机)的反电势将受到逆变器直流侧电压的限制，因此相关方案中的预测转矩控制装置不能达到扩速的目的。为了使电机(如永磁同步电机)能够在较宽的速度范围内稳定运行，电机系统(如永磁同步电机系统)需要采用弱磁控制装置来实现弱磁升速，拓宽其调速范围。
也就是说，随着电机转速的提升，相关方案中的预测转矩控制装置不能满足其调速需求，因此需要采用弱磁控制，通过弱磁升速的装置提升其运行速度，而在相关方案中的弱磁控制中，若给定电流较大，且电机系统(如永磁同步电机系统)处于深度弱磁区时，如果电流轨迹规划不合理，很容易导致实际电流不能跟随给定电流，即出现电流的失控，同样会造成电机系统(永磁同步电机系统)不稳定。
考虑到在预测转矩控制装置中，随着转速的提升，控制系统需要进入深度弱磁区，而随着电流矢量在电流极限圆上的移动，易出现电流不跟随情况，导致系统失控，甚至出现飞车状况。本发明的方案，在模型预测转矩控制装置中采用一种弱磁控制装置，以等效合成的定子电压参考值，与逆变器承受电压阈值比较，经过PI调节器后产生弱磁补偿电流，对d轴电流进行补偿，实现弱磁控制。
这样，相比于相关方案中的模型预测转矩控制装置，本发明的方案采用一种弱磁升速装置，由转矩和磁链等效合成的定子电压参考值，与逆变器承受电压阈值比较，经过PI调节器(即比例-积分调节器)后产生弱磁补偿电流，对d轴电流进行补偿，实现弱磁控制。
所述控制单元104，还被配置为根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S130。
本发明的方案，提出一种模型预测转矩控制方法，即一种基于模型预测转矩控制的弱磁失控抑制方法。在模型预测转矩控制方法中采用一种弱磁控制方法，该控制方法可以通过电压信号回馈的方法实现弱磁补偿，并采用一种限幅方法和分段弱磁的方法，达到弱磁升速的目的，能够提升电机(如永磁同步电机)的预测转矩控制的控制效果。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，如idq(k+1)。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S510。
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链，如Te(k+1)和ψs(k+1)；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链，如Te(k+2)和ψs(k+2)。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S520。
所述控制单元104，具体还被配置为将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项，以实现构造等效的定子电压参考矢量。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S530。
所述控制单元104，具体还被配置为将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S540。
考虑到在相关方案中的永磁同步电机预测转矩控制中，价值函数构造复杂，涉及被控量较多，权重系数整定较复杂。本发明的方案，采用一种新的价值函数构造装置，以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，对电机(如永磁同步电机)进行控制。
这样，相比于相关方案中的模型预测转矩控制装置，本发明的方案，采用一种新的价值函数构造装置，由转矩与磁链等效合成定子电压参考矢量，通过比较电压参考矢量与基本电压矢量之间的距离，来判断最优矢量，对电机(如永磁同步电机)进行控制。
图9为电机(如永磁同步电机)的控制装置的一实施例的整体控制流程示意图。如图9所示，由电机编码器回馈电机转速ωr，与给定转速ωr *比较，经过PI调节器后生成q轴参考电流iq *，进而由图8所示的参考转矩与磁链生成模块产生转矩和磁链的参考值Te *和ψs *。从电机系统采样三相电流iA,B,C，结合编码器输出的位置信号θr，经过坐标变换得到旋转坐标系下电流信号id,q，考虑到数字系统存在信号延迟，因此该处引入无差拍补偿，进行一个采样周期的信号补偿，得到一个周期之后的电流信号id,q(k+1)。根据转矩与磁链的预测模型，得到两个周期之后的转矩与磁链的预测值Te(k+2)和ψd,q(k+2)，由这两个预测值，可等效合成定子电压矢量uref，分析比较定子电压矢量uref和基本电压矢量之间的误差关系，即可得到最优矢量作用于逆变器，进行电机系统的控制。等效合成的定子电压矢量uref取绝对值回馈至弱磁补偿模块去产生弱磁补偿电流。
参见图9所示的例子，本发明的方案提出的一种永磁同步电机的控制装置，更具体是一种基于模型预测转矩控制的弱磁失控抑制装置，包括：
步骤1、先采样三相定子电流，经过坐标变换将电流由三相ABC静止轴系变换到dq旋转轴系上，得到id和iq经过欧拉前向公式，得到当前d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值idq(k+1)，表示为：
Figure BDA0003274989540000211
步骤2、根据电流idq(k+1)和转矩、磁链方程，可得到转矩和磁链在下一采样时刻的预测值Te(k+1)和ψs(k+1)，为进行数字系统延迟的补偿，根据无差拍原理，使当前参考值等于下一采样时刻预测值，结合前述的一拍预测控制，可使电机(如永磁同步电机)控制系统当前值Te *和ψs *等于两个采样时刻后的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)。
步骤3、将转矩和磁链的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)，根据电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项，由Verr表示，Verr＝|uref-Vi|。
其中，uref为转矩和磁链的预测值Te(k+2)和ψs(k+2)等效合成的定子参考电压矢量，Vi为基本电压矢量，则Verr即作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，在进行基本电压矢量选择时，即可代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量Verr幅值最低的基本电压矢量，即为最优基本电压矢量。
步骤4、当转速进一步提升，此时电机(如永磁同步电机)控制系统进入弱磁区，由等效参考矢量uref取幅值，反馈至弱磁模块，与逆变器最大电压阈值比较后，经过PI调节器，得到弱磁补偿电流
Figure BDA0003274989540000212
由编码器回馈的转速信息与给定转速比较后，经过PI调节器，得到q轴电流参考值，再经过MTPA计算，结合弱磁补偿电流得到弱磁后的d轴电流
Figure BDA0003274989540000213
限幅模块对d轴电流进行限幅，根据电机(如永磁同步电机)控制系统的参数，即特征电流Ic对其进行限幅，限幅后得到弱磁电流
Figure BDA0003274989540000214
限幅前后的差值作为q轴电流的弱磁补偿值，即补偿值Δiq，由于弱磁控制中d轴电流均为负值，因此Δiq也是负值，即通过减小q轴电流值实现进一步的弱磁控制，得到弱磁q轴电流
Figure BDA0003274989540000215
步骤5、在得到弱磁后的d轴电流和q轴电流后，d轴电流和q轴电流要满足电流极限圆的限制，然后即可计算转矩和磁链的参考值，永磁同步电机电磁转矩计算公式为：
Figure BDA0003274989540000221
其中，根据步骤5得到的转矩与磁链的参考值，结合步骤2中的预测与无差拍计算，即可得到新一轮的转矩与磁链预测值，进而进行电机(如永磁同步电机)控制系统控制。
步骤6、根据上述提到的电机定子电流与转矩、磁链间的计算关系，磁链表达式为：
Figure BDA0003274989540000222
其中：
Figure BDA0003274989540000223
公式(4)中，在计算d、q轴磁链时，均采用的是弱磁后的d、q轴电流值，而且d轴电流采用的是经过限幅处理的弱磁电流，这一点在图8中的结构中有直观体现。
本发明的方案，在模型预测转矩控制的弱磁升速环节，采用了一种失控限幅与补偿装置，其中，弱磁补偿模块的定子电压回馈值，为模型预测转矩控制中，由预测转矩和预测磁链等效的定子电压幅值，一方面，该等效的定子电压矢量作为价值函数，对基本电压矢量进行筛选，用于驱动电机系统，另一方面，取其幅值，作为电压回馈值，回馈至弱磁补偿模块，对d轴电流进行弱磁补偿。在对d轴电流的弱磁补偿后，为了限制其不能过大，采用一种用特征电流限幅的装置，将d轴电流值严格限制在特征电流值右侧，以此来保证系统的稳定。对于限幅前后的差值，又作为q轴电流的弱磁补偿值，实现第二步弱磁，实现弱磁升速。
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，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制，能够简化价值函数构造过程。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的控制装置的一种电机。该电机可以包括：以上所述的电机的控制装置。
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，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制，能够实现弱磁升速。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的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，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制，能够避免弱磁电流过大导致的电流失控。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的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，通过以预测转矩和磁链构造等效的定子电压参考矢量，通过比较定子电压参考矢量和基本电压矢量之间的距离判断最优矢量，并进行弱磁限制，对电机(如永磁同步电机)进行控制，提升电机(如永磁同步电机)的控制精度。
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)

1.一种电机的控制方法，其特征在于，包括：
获取所述电机的当前转速和给定转速；获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值；以及，
根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链；
根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链，包括：
对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流；
根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值；
根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
3.根据权利要求2所述的电机的控制方法，其特征在于，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流；其中，所述定子电压幅值取绝对值；
对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流；
利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流；
对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
4.根据权利要求3所述的电机的控制方法，其特征在于，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，记为所述弱磁电流的最小值；
利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值；
对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流；
将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值；
利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机的控制方法，其特征在于，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，包括：
根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流；
根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链；
将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项；
将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。
6.一种电机的控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，被配置为获取所述电机的当前转速和给定转速；获取所述电机供电电源中逆变器的电压极限值，并获取所述电机的定子电压幅值；以及，
控制单元，被配置为根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链；
所述控制单元，还被配置为根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，以根据所述目标矢量对所述电机进行控制。
7.根据权利要求6所述的电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述当前转速、所述给定转速、所述电压极限值和所述定子电压幅值，进行弱磁补偿和限幅处理，再预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链，包括：
对所述当前转速和所述给定转速的差值，进行PI处理后，得到所述电机的q轴参考电流；
根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值；
根据所述转矩参考值和所述磁链参考值，利用预设的转矩磁链预测模型，预测未来设定周期内所述电机的转矩和磁链，得到预测转矩和预测磁链。
8.根据权利要求7所述的电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述电压极限值和所述定子电压幅值，对所述q轴参考电流进行弱磁补偿、以及失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
对所述电压极限值和所述定子电压幅值的差值进行PI处理后，得到弱磁补偿电流；其中，所述定子电压幅值取绝对值；
对所述q轴参考电流进行MTPA处理后，得到d轴电流；
利用所述弱磁补偿电流，对所述d轴电流进行补偿，得到弱磁电流；
对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
9.根据权利要求8所述的电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元，对所述弱磁电流进行失控限幅与补偿处理后，计算得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值，包括：
对所述弱磁电流进行电压极限圆限幅处理后，被钳位在所述电机的特征电流，记为所述弱磁电流的最小值；
利用所述弱磁电流和所述弱磁电流的最小值的差值，作为q轴的补偿值；
对所述弱磁电流进一步弱磁后，得到进一步弱磁电流；
将所述弱磁电流的最小值、以及所述进一步弱磁电流进行电流极限圆限幅后，得到失控限幅与补偿的电流值；
利用预设的转矩磁链计算模块，对所述失控限幅与补偿的电流值进行计算，得到所述电机的转矩参考值和磁链参考值。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述预测转矩和所述预测磁链，构造等效的定子电压参考矢量，根据所述构造等效的定子电压参考矢量确定目标矢量，包括：
根据所述电机的三相定子电流，计算得到所述电机当前的d轴电流和q轴电流在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的d轴电流和q轴电流；
根据所述下一采样时刻的d轴电流和q轴电流，计算得到所述电机的转矩和磁链在下一采样时刻的预测值，即下一采样时刻的转矩和磁链；对所述下一采样时刻的转矩和磁链进行差拍补偿后，得到下两个采样时刻后的预测值，即下两个采样时刻的转矩和磁链；
将所述下两个采样时刻的转矩和磁链，根据设定的电压电流关系整合为基本电压矢量与当前定子电压矢量参考值之间的误差项；
将所述误差项作为评价转矩和磁链控制性能的价值函数值，代入备选矢量集中的基本电压矢量进行滚动优化计算与评价，选择出误差矢量幅值最低的基本电压矢量，作为最优基本电压矢量，即目标矢量。
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控制方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114189188A (zh) * 2021-12-16 2022-03-15 中南大学 参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法
CN114189188B (zh) * 2021-12-16 2024-03-12 中南大学 参数失配下的异步电机控制方法及控制配套速度调节方法
CN114244231A (zh) * 2021-12-28 2022-03-25 清华大学苏州汽车研究院（吴江） 一种永磁同步电机的弱磁控制方法
CN114244231B (zh) * 2021-12-28 2024-03-15 清华大学苏州汽车研究院（吴江） 一种永磁同步电机的弱磁控制方法

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