CN113708695A - 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：在电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换；在单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对电机的弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到电机的弱磁控制系统的电压矢量角；根据电压矢量角和电机的定子电压最大值，确定电机的dq轴参考电压矢量，以对电机所在系统进行驱动控制。该方案，通过在永磁同步电机的弱磁控制中采用单电流环控制结构，并采用限幅方式与电流补偿方式进行弱磁控制，能够提升永磁同步电机控制系统的稳定性。

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
永磁同步电机具有功率密度大、结构简单以及运行效率高等优点，在实际工业应用中得到了广泛的应用。考虑到实际应用场合的特点，永磁同步电机往往运行于较宽的调速范围，随着永磁同步电机转速的提升，永磁同步电机反电势将受到逆变器直流侧的电压限制，为了能使永磁同步电机在较高速度范围内稳定运行，永磁同步电机必须通过弱磁(Field Weakening)升速控制来拓宽其调速范围。但相关方案中，永磁同步电机弱磁控制中采用双电流环控制方式，受双环结构影响，两个电流调节器在弱磁区存在输出电压幅值饱和于交叉耦合现象，这种电流调节器之间的调节冲突会影响电机性能，严重时会导致永磁同步电机控制系统不稳定。
一些方案的单电流环控制中，进入到深度弱磁区时，同样存在发生电流失控的可能，严重时同样会造成永磁同步电机系统不稳定。
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，以解决永磁同步电机弱磁控制中，会导致永磁同步电机控制系统不稳定的问题，达到通过在永磁同步电机的弱磁控制中采用单电流环控制结构，并采用一种限幅方式与电流补偿方式进行弱磁控制，能够避免永磁同步电机控制系统不稳定，有利于提升永磁同步电机的弱磁控制的可靠性的效果。
本发明提供一种电机的控制方法，包括：在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换；在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角；根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。
在一些实施方式中，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，包括：在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流；根据所述电机的q轴电流参考值得到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；在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流；随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。
在一些实施方式中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，包括：获取所述电机的基本参数；所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一；根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流；根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压；其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流。
在一些实施方式中，根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流，包括：在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值；使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流。
在一些实施方式中，使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流，包括：所述弱磁电流，为d轴弱磁电流；使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流；使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值。
在一些实施方式中，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，包括：确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值；利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁；以及，将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角；确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值；利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值；相应地，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
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：控制单元，被配置为在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换；所述控制单元，还被配置为在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角；所述控制单元，还被配置为根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。
在一些实施方式中，所述控制单元，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，包括：在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流；根据所述电机的q轴电流参考值得到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；在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流；随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，包括：获取所述电机的基本参数；所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一；根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流；根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压；其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流，包括：在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值；使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流。
在一些实施方式中，所述控制单元，使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流，包括：所述弱磁电流，为d轴弱磁电流；使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流；使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值。
在一些实施方式中，所述控制单元，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，包括：确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值；利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁；以及，将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角；确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值；利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值；相应地，所述控制单元，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
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，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿；通过在永磁同步电机的弱磁控制中采用单电流环控制结构，并采用一种限幅方式与电流补偿方式进行弱磁控制，能够避免永磁同步电机控制系统不稳定，有利于提升永磁同步电机的弱磁控制的可靠性。
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为电压极限椭圆与电流极限圆的一实施例的示意图；
图2为电压极限椭圆与电流极限圆的另一实施例的示意图；
图3为本发明的电机的控制方法的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的方法中对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的方法中根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流的一实施例的流程示意图；
图7为本发明的方法中使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流的一实施例的流程示意图；
图8为本发明的方法中使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿的一实施例的流程示意图；
图9为应用于单q轴电流调节器控制方法的一实施例的流程示意图；
图10为一种永磁同步电机的控制方法的一实施例的控制流程示意图。
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。
永磁同步电机在实际的工业应用中往往需要在较宽的调速范围内工作，当运行于基速以下时通常采用最大转矩电流比(MTPA)控制方法，基速以上时通常采用弱磁控制方法。弱磁升速控制，是一种基础控制方法，针对不同工况和不同性能要求，有多种弱磁控制方法。永磁同步电机的宽范围运行主要包括两个运行区间，当永磁同步电机实际速度小于基速时，其处于恒转矩区，相关方案中采用的方法为最大转矩电流比(MTPA)控制方法；当永磁同步电机实际速度超过基速时，此时永磁同步电机控制系统处于恒功率区，即需要采用弱磁控制方法，由于相关方案中弱磁控制方法采用的是双闭环矢量控制，需要两个电流PI调节器(即比例-积分调节器)，分别控制d轴电流id和q轴电流iq，但两个电流PI调节器存在调节器之间的参数耦合，且PI调节器饱和的概率会加大，参数整定较为困难，因此基于此方向，本发明的方案，以单电流环控制方法为基础，进行技术的改进。
一些方案的单电流调节器控制方法中，没有考虑当给定电流较大且处于深度弱磁区时，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，造成电流调节器迅速饱和，导致电流失控，严重时同样会造成永磁同步电机系统不稳定。
另外，在一些方案中，单d轴电流调节器控制方式中，虽然根据电压矢量角控制方法，单d轴电流调节器控制方法也可以用于弱磁工况下的牵引和制动控制，但是由于在两种工况下调节器的调节方向不同，需要分别设计，会增加系统的复杂度。
图1为电压极限椭圆与电流极限圆的一实施例的示意图。图2为电压极限椭圆与电流极限圆的另一实施例的示意图，即为随着永磁同步电机转速的提升，永磁同步电机系统进入深度弱磁区的状态时的电压极限椭圆与电流极限圆的示意图。
在相关方案的弱磁控制方法中，图1为电压极限椭圆与电流极限圆示意图，其中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。图1中所示OA曲线为MTPA控制过程，ABC曲线为弱磁控制过程，则O→A→B→C轨迹即为电机控制中期望的理想电流轨迹，C点为电压极限椭圆的圆心，此处电流值为电机的特征电流值Ic。但在实际控制中，根据实际电机控制系统参数的不同，电压极限椭圆与电流极限圆之间的关系也不相同，且随着转速的进一步升高，电压极限椭圆半径进一步减小，永磁同步电机系统进入深度弱磁区，具体如图2所示。
图2所示即为，即为随着永磁同步电机转速的提升，永磁同步电机系统进入深度弱磁区的状态时的电压极限椭圆与电流极限圆的示意图。当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d轴电压ud＝0，q轴电压uq＝-umax，umax为定子电压最大值。控制器处于临界饱和状态。当永磁同步电机转速继续提升，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不存在交点，此时A点始终在电压极限椭圆左侧，即d轴电流参考值id *始终小于实际电流id，此时系统将负向调节ud，ud由0开始减小，由于id *始终小于id，因此ud将一直减小，直至ud负向饱和，此时ud＝-umax，电压角度为5π/4，如图2中所示，电机稳定于饱和失控线与电压极限椭圆交点B点上。在此过程中，iq *始终等于0，因此uq始终等于-umax。由于此时ud和uq均处于饱和状态，即失控状态，但id *始终在负向增加，因此电流指令会一直维持在A点不变。
所以，电流指令一直处于A点，而电机实际运行于B点，两者之间存在着稳定的差值，这会造成永磁同步电机系统的不稳定性。在实际的永磁同步电机系统中，一旦电压极限椭圆与电流极限圆相交于特征电流的左侧，电机实际运行于该点即有可能产生失控，且当uq<0时，也会引发永磁同步电机系统的不稳定，微小的扰动也会使得d轴实际电流id和d轴给定电流id *的变化方向不一致导致不稳定。因此，在实际的永磁同步电机系统中要避免上述情况的发生。
根据本发明的实施例，提供了一种电机的控制方法，如图3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，在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换。
在步骤S120处，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
在一些实施方式中，步骤S120中在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图4所示本发明的方法中对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理的具体过程，包括：步骤S210至步骤S240。
步骤S210，在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流。
在一些实施方式中，下面结合图5所示本发明的方法中根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S210中根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压的具体过程，包括：步骤S310至步骤S330。
步骤S310，获取所述电机的基本参数。所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一。
步骤S320，根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流。
步骤S330，根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压。其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流。
如图9所示，弱磁补偿模块为通用的补偿方式，但与其他弱磁补偿方式不同的是，此处所用进行前馈计算的信号，即dq轴电流，为经过限幅之后的弱磁电流id * _fw_lim和iq * _fw，选取此处电流，即是为了在弱磁补偿模块和失控限幅与补偿模块之间建立信号的流通，完成信号的闭环。进而由弱磁电流合成定子电压，对d轴电流进行弱磁补偿，能够达到控制效果更加实时的目的。
步骤S220，根据所述电机的q轴电流参考值得到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。
在一些实施方式中，下面结合图6所示本发明的方法中根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S220中根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流的具体过程，包括：步骤S410和步骤S420。
步骤S410，在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值。
步骤S420，使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流。
图10为一种永磁同步电机的控制方法的一实施例的控制流程示意图。如图10所示，一种永磁同步电机的控制方法，包括：
步骤1、采集三相电流和转子位置、转速等基本信息，并通过坐标变换得到旋转坐标系dq轴系下电流id、iq。具体地，采集三相电流与转子位置信息，并得到转速与dq轴电流id、iq，之后执行步骤2。
步骤2、在转速外环中，电机实际转速与参考转速比较后经过PI控制器，得到q轴参考电流iq *。即，在转速环中，由给定速度和实际速度经过PI控制器后，得到q轴参考电流iq *，之后执行步骤3。
步骤3、q轴参考电流iq *经过MTPA模块得到d轴电流id * _mtpa。即，q轴参考电流iq *，并通过MTPA(最大转矩电流比控制)控制方法得到d轴电流id * _mtpa，之后执行步骤4。
其中，由q轴电流，根据MTPA公式计算得出的d轴电流，MTPA公式为：
Figure BDA0003275601180000091
式中，ψf为永磁体磁链，iq *为q轴电流参考值，Ld、Lq为dq轴电感。
步骤4、d轴电流id * _mtpa经过弱磁补偿电流Δid * _fw的补偿后得到弱磁电流id * _fw。即，d轴电流id * _mtpa，经d轴弱磁补偿电流Δid * _fw补偿后，得到弱磁电流id * _fw，之后可以执行步骤5。
步骤S230，基于所述弱磁电流，进入所述失控限幅与补偿模块。在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流。
在一些实施方式中，下面结合图7所示本发明的方法中使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S230中使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流的具体过程，包括：步骤S510和步骤S520。
步骤S510，所述弱磁电流，为d轴弱磁电流。使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流。
步骤S520，使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值。
如图10中所示，一种永磁同步电机的控制方法，还包括：
在步骤4之后，步骤5、弱磁电流id * _fw，经特征电流Ic限幅后，得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim，之后执行步骤6、步骤7、步骤8中的至少之一。
具体地，弱磁电流id * _fw需要限幅处理，经特征电流Ic限幅后得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim。需要说明的是，对于特定的电机，特征电流Ic的值为固定参数，可实际测得。
步骤6、限幅后的弱磁电流id * _fw_lim，根据转矩公式与电流极限圆限制，可以得到弱磁后的q轴电流值iq * _fw，之后执行步骤8、步骤9中的至少之一。
具体地，根据转矩表达式与电流极限圆的限制，由弱磁电流id * _fw即可得到q轴弱磁电流iq * _fw，转矩表达式与电流极限圆表达式如式(1)和式(2)所示：
Te＝1.5Np[ψf+(Ld-Lq)id * _fw]iq * _fw (1)。
id * _fw 2+iq * _fw 2＝Imax 2 (2)。
其中，Te为永磁同步电机的转矩，iq * _fw为弱磁后的q轴电流值，id * _fw为弱磁后的d轴电流值，Np为电机极对数，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感，Imax为电流极限圆半径，也是电机能承受的最大电流值。
步骤S240，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。
图9为应用于单q轴电流调节器控制方法的一实施例的流程示意图。本发明的方案提出一种应用于单q轴电流调节器控制方法，具体控制过程如图9所示。由图9可以看出，该弱磁控制结构为单环控制结构，在弱磁补偿模块中，由弱磁后的dq轴电流经前馈计算得到dq轴电压，进而合成参考电压幅值us * fw，与定子电压最大值umax比较后经过PI控制器得到弱磁补偿电流Δid * _fw。q轴电流参考值iq *经过MTPA运算得到d轴电流id * _mtpa，经过弱磁补偿电流Δid * _fw补偿后即可得到弱磁电流id * _fw，此时进入失控限幅与补偿模块。
本发明的方案，采用以特征电流Ic对d轴电流限幅的方法，使永磁同步电机系统的电流指令在全过程中均处于特征电流点的右侧，即保证永磁同步电机系统不会出现不稳定状况。特征电流Ic为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。弱磁电流id * _fw经限幅后被箝位在特征电流Ic，此时记为id * _fw_lim，当随着转速的提升，弱磁电流降低至其最小值id * _fw_lim，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9中所示，弱磁电流id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim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q轴的补偿值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。根据转矩公式与电流极限圆限制，由弱磁电流id * _fw可得到q轴电流iq * _fw，q轴电流经过补偿，与q轴实际电流iq比较后经过PI控制器，即可得到电压矢量角θu，在弱磁控制系统中，唯一可以控制的变量即为电压矢量角θu。由电压矢量角θu与定子电压最大值umax的关系即可得到dq轴参考电压矢量ud *与uq *，进而经过SVPWM(空间矢量脉宽调制)模块即可产生PWM波实现对电机系统的驱动控制。
在一些实施方式中，步骤S240中随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图8所示本发明的方法中使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S240中使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿的具体过程，包括：步骤S610至步骤S630。
步骤S610，确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值。利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁。以及，
步骤S620，将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角。
步骤S630，确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值。利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值，以根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量。
在步骤S130处，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。
电机控制系统需要弱磁升速，来拓宽其调速范围，因此需要采用弱磁控制方法。相关方案的弱磁控制中，双电流调节器之间存在交叉耦合与饱和的风险。因此，本发明的方案，采用单电流调节器控制方法作为基础框架。
相关方案的弱磁控制通常采用双电流环控制方法，而两个电流调节器存在参数上的相互耦合，即调解一个PI调节器参数，另一个电流性能也随之改变，即相互影响，甚至存在PI调节器饱和的可能，即PI调节器调解输出能力达到上限，此时调解PI参数也不再可以控制电流性能，即电流失控，这个情况是不被允许的。因此，本发明的方案采用单电流环控制方法，相比于双环，单环控制下参数耦合影响就降低了，只需要调解一组PI参数。此外，PI调节器饱和的风险也降低了，因为不考虑参数耦合，PI参数的调解会更容易，一组PI参数总比两组PI参数好调试。因此说，单环控制方法能够避免控制器之间的交叉耦合导致的永磁同步电机控制系统不稳定。
这样，本发明的方案，提出一种基于单q轴电流调节器控制方法的永磁同步电机弱磁控制方法，其电流控制模块只采用一种单q轴电流调节器，避免了双环控制导致的参数整定困难，控制器易饱和与交叉耦合现象。在单电流环控制结构中采用一种弱磁失控抑制方法，通过对弱磁电流进行限幅与对q轴电流的补偿，避免弱磁失控和实现永磁同步电机系统的深度弱磁。
本发明的方案，采用一种单q轴电流调节器弱磁控制方法，可以在弱磁牵引与制动控制间自由切换。也就是说，采用一种基于单q轴电流调节器的弱磁失控抑制与补偿方法，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，能够避免双环结构带来的控制器(即双电流调节器)之间交叉耦合现象导致的永磁同步电机系统不稳定。
弱磁牵引，指的是在弱磁控制下，实现电机的牵引，直观印象上是电磁转矩带动电机转动，此时转矩为正向转矩，Te>0，对应转矩电流iq>0；制动工况下，实现电机的制动，直观印象是电磁转矩阻碍电机转动，此时转矩为负向转矩，Te<0，对应转矩电流iq<0；在弱磁牵引与制动控制间自由切换，此特性是由单q轴电流调节器的特性决定的，本发明基础框架采用单q轴电流调节器控制方法，因此说其在牵引和制动间自由切换。
一些方案的单电流调节器存在的问题，在深度弱磁区时，如果不加以限幅控制，同样会存在电流失控的可能性。一些方案中对单电流调节器控制的选取问题。单电流环控制分为单d轴电流调节器控制和单q轴电流调节器控制，相比于单d轴电流调节器控制。
考虑到，在单电流环控制中，进入到深度弱磁区时，同样存在发生电流失控的可能。因此本发明的方案，采用一种限幅方式与电流补偿方式进行控制。
具体地，本发明的方案所选取的单q轴电流调节器控制方法，能够在电机运行的牵引和制动模式下平滑切换，这是单q轴电流调节器的工作特性决定的。本发明的方案所提方法，在单q轴电流调节器控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块，避免了深度弱磁区电流不跟随导致的弱磁失控与永磁同步电机系统不稳定。也就是说，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，同时采用了一种电流限幅方法，在深度弱磁区避免了由于电流轨迹规划不合理导致的实际电流不跟随给定电流现象。
相应地，步骤S130中根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
如图10中所示，一种永磁同步电机的控制方法，还包括：
在步骤4之后，步骤7、在d轴弱磁电流限幅模块中，限幅前的弱磁电流值id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim做差，得到差值Δiq，对限幅后的弱磁电流值iq * _fw进行补偿，之后执行步骤9。
具体地，在步骤7中，d轴弱磁电流限幅前后的差值Δiq对q轴弱磁电流进行补偿，当d轴电流达到其限幅值后，不能再采用降低d轴电流的方法实现升速，此时可以对q轴电流进行补偿，达到进一步弱磁的效果，继续升速。
步骤8、限幅后的弱磁电流id * _fw_lim与弱磁后的q轴电流值iq * _fw，经过前馈计算得到定子电压实际值us * fw，之后执行步骤11。
具体地，在步骤8中，在得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim和弱磁后的q轴电流值iq * _fw后，即可根据前馈计算公式得到定子电压实际值us * _fw，前馈计算公式如式(3)所示：
Figure BDA0003275601180000141
式中，ωs为电机实际转速，则进一步由公式(4)即可得到定子电压实际值us * _fw：
Figure BDA0003275601180000142
其中，ψf为永磁体磁链，Ld、Lq为dq轴电感，ud * _fw为定子电压d轴分量，uq * _fw为定子电压q轴分量，其余符号均已标示。
步骤9、差值Δiq与q轴弱磁电流iq * _fw相加，并与q轴实际电流iq比较后，经过PI控制器得到电压矢量角θu，在弱磁控制中，唯一的受控变量即是电压矢量角θu。即，限幅后的弱磁电流值id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim的差值Δiq，与限幅后的弱磁电流值iq * _fw相加，并与q轴实际电流iq比较后，经过PI模块后生成电压矢量角θu，之后执行步骤10。
步骤10、由电压矢量角θu结合定子电压最大值umax，经电压幅值运算后，得到dq轴参考电压ud *与uq *，进而经过SVPWM模块即可产生PWM波实现对永磁同步电机系统的驱动控制。
具体地，在步骤10中，由电压矢量角θu经电压限幅值umax运算后得到dq轴参考电压ud *和uq *，公式如式(5)所示，进而经过SVPWM模块即可产生PWM波实现对电机系统的驱动控制：
Figure BDA0003275601180000151
步骤11、定子电压实际值us * fw与定子电压最大值umax比较后，得到d轴弱磁电流补偿值Δid * _fw，对d轴电流id * _mtpa进行补偿。即，定子电压实际值us * fw与电压限幅值经PI模块后，得到弱磁补偿电流Δid * _fw，之后返回步骤4。也就是说，由定子电压实际值us * _fw与电压限幅值umax比较后经过PI控制器，得到弱磁补偿电流Δid * _fw对步骤4中的d轴电流id * _mtpa进行补偿。
在本发明的方案中，单q轴电流环中设置有失控限幅与补偿模块。首先，在单q轴电流调节器控制方法中，本发明的方案新增了对d轴弱磁电流的限幅模块，并对限幅前后值进行做差，差值作为q轴电流的弱磁补偿量，对q轴电流进行弱磁，即如图9所示的例子，永磁同步电机系统进行两步弱磁，第一步是d轴电流的弱磁与限幅，而后进行第二步弱磁，即q轴电流的弱磁。当失控限幅与补偿模块工作完毕后，进入PI调节器进行控制信号的输出，输出量为电压矢量角θu，即为弱磁控制中的唯一被控量，以上即为所谓的单q轴电流调节器控制。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿。通过在永磁同步电机的弱磁控制中采用单电流环控制结构，并采用一种限幅方式与电流补偿方式进行弱磁控制，能够避免永磁同步电机控制系统不稳定，有利于提升永磁同步电机的弱磁控制的可靠性。
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。该电机的控制装置可以包括：控制单元。
其中，所述控制单元，被配置为在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换。该控制单元的具体功能及处理参见步骤S110。
所述控制单元，还被配置为在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S120。
在一些实施方式中，所述控制单元，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，包括：
所述控制单元，具体还被配置为在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S210。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，包括：
所述控制单元，具体还被配置为获取所述电机的基本参数。所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元，具体还被配置为根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S320。
所述控制单元，具体还被配置为根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压。其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S330。
如图9所示，弱磁补偿模块为通用的补偿方式，但与其他弱磁补偿方式不同的是，此处所用进行前馈计算的信号，即dq轴电流，为经过限幅之后的弱磁电流id * _fw_lim和iq * _fw，选取此处电流，即是为了在弱磁补偿模块和失控限幅与补偿模块之间建立信号的流通，完成信号的闭环。进而由弱磁电流合成定子电压，对d轴电流进行弱磁补偿，能够达到控制效果更加实时的目的。
所述控制单元，具体还被配置为根据所述电机的q轴电流参考值得到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。该控制单元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，根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流，包括：
所述控制单元，具体还被配置为在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S410。
所述控制单元，具体还被配置为使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S420。
图10为一种永磁同步电机的控制装置的一实施例的控制流程示意图。如图10所示，一种永磁同步电机的控制装置，包括：
步骤1、采集三相电流和转子位置、转速等基本信息，并通过坐标变换得到旋转坐标系dq轴系下电流id、iq。具体地，采集三相电流与转子位置信息，并得到转速与dq轴电流id、iq，之后执行步骤2。
步骤2、在转速外环中，电机实际转速与参考转速比较后经过PI控制器，得到q轴参考电流iq *。即，在转速环中，由给定速度和实际速度经过PI控制器后，得到q轴参考电流iq *，之后执行步骤3。
步骤3、q轴参考电流iq *经过MTPA模块得到d轴电流id * _mtpa。即，q轴参考电流iq *，并通过MTPA(最大转矩电流比控制)控制装置得到d轴电流id * _mtpa，之后执行步骤4。
步骤4、d轴电流id * _mtpa经过弱磁补偿电流Δid * _fw的补偿后得到弱磁电流id * _fw。即，d轴电流id * _mtpa，经d轴弱磁补偿电流Δid * _fw补偿后，得到弱磁电流id * _fw，之后可以执行步骤5。
所述控制单元，具体还被配置为基于所述弱磁电流，进入所述失控限幅与补偿模块。在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S230。
在一些实施方式中，所述控制单元，使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流，包括：
所述控制单元，具体还被配置为所述弱磁电流，为d轴弱磁电流。使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S510。
所述控制单元，具体还被配置为使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S520。
如图10中所示，一种永磁同步电机的控制装置，还包括：
在步骤4之后，步骤5、弱磁电流id * _fw，经特征电流Ic限幅后，得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim，之后执行步骤6、步骤7、步骤8中的至少之一。
具体地，弱磁电流id * _fw需要限幅处理，经特征电流Ic限幅后得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim。需要说明的是，对于特定的电机，特征电流Ic的值为固定参数，可实际测得。
步骤6、限幅后的弱磁电流id * _fw_lim，根据转矩公式与电流极限圆限制，可以得到弱磁后的q轴电流值iq * _fw，之后执行步骤8、步骤9中的至少之一。
具体地，根据转矩表达式与电流极限圆的限制，由弱磁电流id * _fw即可得到q轴弱磁电流iq * _fw，转矩表达式与电流极限圆表达式如式(1)和式(2)所示：
Te＝1.5Np[ψf+(Ld-Lq)id * _fw]iq * _fw (1)。
id * _fw 2+iq * _fw 2＝Imax 2 (2)。
其中，Te为永磁同步电机的转矩，iq * _fw为弱磁后的q轴电流值，id * _fw为弱磁后的d轴电流值。
所述控制单元，具体还被配置为随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S240。
图9为应用于单q轴电流调节器控制装置的一实施例的流程示意图。本发明的方案提出一种应用于单q轴电流调节器控制装置，具体控制过程如图9所示。由图9可以看出，该弱磁控制结构为单环控制结构，在弱磁补偿模块中，由弱磁后的dq轴电流经前馈计算得到dq轴电压，进而合成参考电压幅值us * fw，与定子电压最大值umax比较后经过PI控制器得到弱磁补偿电流Δid * _fw。q轴电流参考值iq *经过MTPA运算得到d轴电流id * _mtpa，经过弱磁补偿电流Δid * _fw补偿后即可得到弱磁电流id * _fw，此时进入失控限幅与补偿模块。
本发明的方案，采用以特征电流Ic对d轴电流限幅的装置，使永磁同步电机系统的电流指令在全过程中均处于特征电流点的右侧，即保证永磁同步电机系统不会出现不稳定状况。特征电流Ic为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。弱磁电流id * _fw经限幅后被箝位在特征电流Ic，此时记为id * _fw_lim，当随着转速的提升，弱磁电流降低至其最小值id * _fw_lim，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9中所示，弱磁电流id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim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q轴的补偿值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。根据转矩公式与电流极限圆限制，由弱磁电流id * _fw可得到q轴电流iq * _fw，q轴电流经过补偿，与q轴实际电流iq比较后经过PI控制器，即可得到电压矢量角θu，在弱磁控制系统中，唯一可以控制的变量即为电压矢量角θu。由电压矢量角θu与定子电压最大值umax的关系即可得到dq轴参考电压矢量ud *与uq *，进而经过SVPWM(空间矢量脉宽调制)模块即可产生PWM波实现对电机系统的驱动控制。
在一些实施方式中，所述控制单元，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，包括：
所述控制单元，具体还被配置为确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值。利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S610。以及，
所述控制单元，具体还被配置为将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S620。
所述控制单元，具体还被配置为确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值。利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值，以根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S630。
所述控制单元，还被配置为根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。该控制单元的具体功能及处理还参见步骤S130。
电机控制系统需要弱磁升速，来拓宽其调速范围，因此需要采用弱磁控制装置。相关方案的弱磁控制中，双电流调节器之间存在交叉耦合与饱和的风险。因此，本发明的方案，采用单电流调节器控制装置作为基础框架。
相关方案的弱磁控制通常采用双电流环控制装置，而两个电流调节器存在参数上的相互耦合，即调解一个PI调节器参数，另一个电流性能也随之改变，即相互影响，甚至存在PI调节器饱和的可能，即PI调节器调解输出能力达到上限，此时调解PI参数也不再可以控制电流性能，即电流失控，这个情况是不被允许的。因此，本发明的方案采用单电流环控制装置，相比于双环，单环控制下参数耦合影响就降低了，只需要调解一组PI参数。此外，PI调节器饱和的风险也降低了，因为不考虑参数耦合，PI参数的调解会更容易，一组PI参数总比两组PI参数好调试。因此说，单环控制装置能够避免控制器之间的交叉耦合导致的永磁同步电机控制系统不稳定。
这样，本发明的方案，提出一种基于单q轴电流调节器控制装置的永磁同步电机弱磁控制装置，其电流控制模块只采用一种单q轴电流调节器，避免了双环控制导致的参数整定困难，控制器易饱和与交叉耦合现象。在单电流环控制结构中采用一种弱磁失控抑制装置，通过对弱磁电流进行限幅与对q轴电流的补偿，避免弱磁失控和实现永磁同步电机系统的深度弱磁。
本发明的方案，采用一种单q轴电流调节器弱磁控制装置，可以在弱磁牵引与制动控制间自由切换。也就是说，采用一种基于单q轴电流调节器的弱磁失控抑制与补偿装置，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，能够避免双环结构带来的控制器(即双电流调节器)之间交叉耦合现象导致的永磁同步电机系统不稳定。
一些方案的单电流调节器存在的问题，在深度弱磁区时，如果不加以限幅控制，同样会存在电流失控的可能性。一些方案中对单电流调节器控制的选取问题。单电流环控制分为单d轴电流调节器控制和单q轴电流调节器控制，相比于单d轴电流调节器控制。
考虑到，在单电流环控制中，进入到深度弱磁区时，同样存在发生电流失控的可能。因此本发明的方案，采用一种限幅方式与电流补偿方式进行控制。
具体地，本发明的方案所选取的单q轴电流调节器控制装置，能够在电机运行的牵引和制动模式下平滑切换，这是单q轴电流调节器的工作特性决定的。本发明的方案所提装置，在单q轴电流调节器控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块，避免了深度弱磁区电流不跟随导致的弱磁失控与永磁同步电机系统不稳定。也就是说，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，同时采用了一种电流限幅装置，在深度弱磁区避免了由于电流轨迹规划不合理导致的实际电流不跟随给定电流现象。
相应地，所述控制单元，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：
所述控制单元，具体还被配置为将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
如图10中所示，一种永磁同步电机的控制装置，还包括：
在步骤4之后，步骤7、在d轴弱磁电流限幅模块中，限幅前的弱磁电流值id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim做差，得到差值Δiq，对限幅后的弱磁电流值iq * _fw进行补偿，之后执行步骤9。
具体地，在步骤7中，d轴弱磁电流限幅前后的差值Δiq对q轴弱磁电流进行补偿，当d轴电流达到其限幅值后，不能再采用降低d轴电流的装置实现升速，此时可以对q轴电流进行补偿，达到进一步弱磁的效果，继续升速。
步骤8、限幅后的弱磁电流id * _fw_lim与弱磁后的q轴电流值iq * _fw，经过前馈计算得到定子电压实际值us * fw，之后执行步骤11。
具体地，在步骤8中，在得到限幅后的弱磁电流id * _fw_lim和弱磁后的q轴电流值iq * _fw后，即可根据前馈计算公式得到定子电压实际值us * _fw，前馈计算公式如式(3)所示：
Figure BDA0003275601180000211
式中，ωs为电机实际转速，则进一步由公式(4)即可得到定子电压实际值us * _fw：
Figure BDA0003275601180000221
步骤9、差值Δiq与q轴弱磁电流iq * _fw相加，并与q轴实际电流iq比较后，经过PI控制器得到电压矢量角θu，在弱磁控制中，唯一的受控变量即是电压矢量角θu。即，限幅后的弱磁电流值id * _fw与限幅后的弱磁电流id * _fw_lim的差值Δiq，与限幅后的弱磁电流值iq * _fw相加，并与q轴实际电流iq比较后，经过PI模块后生成电压矢量角θu，之后执行步骤10。
步骤10、由电压矢量角θu结合定子电压最大值umax，经电压幅值运算后，得到dq轴参考电压ud *与uq *，进而经过SVPWM模块即可产生PWM波实现对永磁同步电机系统的驱动控制。
具体地，在步骤10中，由电压矢量角θu经电压限幅值umax运算后得到dq轴参考电压ud *和uq *，公式如式(5)所示，进而经过SVPWM模块即可产生PWM波实现对电机系统的驱动控制：
Figure BDA0003275601180000222
步骤11、定子电压实际值us * fw与定子电压最大值umax比较后，得到d轴弱磁电流补偿值Δid * _fw，对d轴电流id * _mtpa进行补偿。即，定子电压实际值us * fw与电压限幅值经PI模块后，得到弱磁补偿电流Δid * _fw，之后返回步骤4。也就是说，由定子电压实际值us * _fw与电压限幅值umax比较后经过PI控制器，得到弱磁补偿电流Δid * _fw对步骤4中的d轴电流id * _mtpa进行补偿。
在本发明的方案中，单q轴电流环中设置有失控限幅与补偿模块。首先，在单q轴电流调节器控制装置中，本发明的方案新增了对d轴弱磁电流的限幅模块，并对限幅前后值进行做差，差值作为q轴电流的弱磁补偿量，对q轴电流进行弱磁，即如图9所示的例子，永磁同步电机系统进行两步弱磁，第一步是d轴电流的弱磁与限幅，而后进行第二步弱磁，即q轴电流的弱磁。当失控限幅与补偿模块工作完毕后，进入PI调节器进行控制信号的输出，输出量为电压矢量角θu，即为弱磁控制中的唯一被控量，以上即为所谓的单q轴电流调节器控制。
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，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿，能够避免双环结构带来的控制器(即双电流调节器)之间交叉耦合现象导致的永磁同步电机系统不稳定。
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，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿，避免弱磁失控和实现永磁同步电机系统的深度弱磁。
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，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿，避免了深度弱磁区电流不跟随导致的弱磁失控与永磁同步电机系统不稳定。
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，通过在永磁同步电机的弱磁控制方法中，采用单q轴电流调节器，可以在弱磁工况下进行牵引和制动控制的自由切换，并在单q轴电流调节器的控制系统中加入弱磁电流限幅模块与电流补偿模块进行限幅与电流补偿，在深度弱磁区避免了由于电流轨迹规划不合理导致的实际电流不跟随给定电流现象。
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 (10)

1.一种电机的控制方法，其特征在于，包括：
在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换；
在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角；
根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的电机的控制方法，其特征在于，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，包括：
在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流；
根据所述电机的q轴电流参考值得到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；
在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流；
随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。
3.根据权利要求2所述的电机的控制方法，其特征在于，其中，
根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，包括：
获取所述电机的基本参数；所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一；
根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流；
根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压；其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流；
和/或，
根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流，包括：
在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值；
使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流；
和/或，
使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流，包括：
所述弱磁电流，为d轴弱磁电流；使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流；
使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值。
4.根据权利要求3所述的电机的控制方法，其特征在于，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，包括：
确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值；利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁；以及，
将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角；
确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值；利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值；
相应地，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：
将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
5.一种电机的控制装置，其特征在于，包括：
控制单元，被配置为在所述电机的弱磁控制系统中，采用单q轴电流调节器，在弱磁工况下，进行弱磁牵引和制动控制的自由切换；
所述控制单元，还被配置为在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角；
所述控制单元，还被配置为根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，以根据所述dq轴参考电压矢量，对所述电机所在系统进行驱动控制。
6.根据权利要求5所述的电机的控制装置，其特征在于，所述控制单元，在所述单q轴电流调节器的控制系统中，加入弱磁补偿模块，对所述电机的d轴和q轴电流进行弱磁补偿处理；并加入失控限幅与补偿模块，对所述电机的d轴弱磁电流进行失控限幅和补偿处理，包括：
在所述弱磁补偿模块中，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，进而将所述dq轴电压合成参考电压幅值，再将所述参考电压幅值与所述电机的定子电压最大值进行比较和PI处理后，得到弱磁补偿电流；
根据所述电机的q轴电流参考值得到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；
在所述失控限幅与补偿模块中，所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流；
随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁。
7.根据权利要求6所述的电机的控制装置，其特征在于，其中，
所述控制单元，根据弱磁后的dq轴电流得到dq轴电压，包括：
获取所述电机的基本参数；所述基本参数，包括：三相电流、转子位置、转速中的至少之一；
根据所述电机的基本参数，经坐标变换得到dq轴系下的dq轴电流，作为弱磁后的dq轴电流；
根据所述弱磁后的dq轴电流，经前馈计算，得到dq轴电压；其中，所述弱磁后的dq轴电流，是经过所述失控限幅与补偿模块进行限幅之后的弱磁电流；
和/或，
所述控制单元，根据所述电机的q轴电流参考值得到d轴电流，包括：
在所述电机的转速外环中，使所述电机的实际转速与参考转速比较和PI处理后，得到所述电机的q轴电流参考值；
使所述电机的q轴电流参考值经MTPA处理，得到所述电机的d轴电流；
和/或，
所述控制单元，使所述弱磁电流经限幅后被箝位在设定的特征电流，包括：
所述弱磁电流，为d轴弱磁电流；使所述d轴弱磁电流，经设定的特征电流限幅后，得到限幅后的d轴弱磁电流；
使所述限幅后的d轴弱磁电流，经转矩公式与电流极限圆限制，得到弱磁后的q轴电流值；
其中，所述控制单元，随着所述电机的转速的提升，使所述弱磁电流降低至设定的最小值，对所述q轴电流进行反向补偿，继续弱磁，包括：
确定限幅前的d轴弱磁电流、以及限幅后的d轴弱磁电流的差值，记为第一差值；利用所述第一差值对所述限幅后的d轴弱磁电流进行补偿，继续弱磁；以及，
将所述第一差值与所述弱磁后的q轴电流值相加，并与所述电机的q轴实际电流比较和PI处理后，得到所述电机的电压矢量角；
确定所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值；利用所述限幅后的d轴弱磁电流、以及所述弱磁后的q轴电流值进行前馈计算，得到所述电机的定子电压实际值；
相应地，所述控制单元，根据所述电压矢量角和所述电机的定子电压最大值，确定所述电机的dq轴参考电压矢量，包括：
将所述电机的电压矢量角结合所述电机的定子电压最大值，经电压幅值运算后，得到所述电机dq轴参考电压，以得到所述电机的弱磁控制系统的电压矢量角。
8.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求5至7中任一项所述的电机的控制装置。
9.一种存储介质，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4中任一项所述的电机的控制方法。
10.一种处理器，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4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
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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

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