CN114362634B - 开绕组直线电机控制装置及开绕组直线电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开绕组直线电机控制装置及控制方法，其控制装置包括：参数辨识模块，用于获取电机的电阻和电感；虚拟负载控制模块用于获取三相虚拟电压并结合电阻和电感计算三相虚拟电流；解耦模块用于根据三相采样电流和三相虚拟电流计算计算正序三相电流和负序三相电流、根据正序三相电流、正序电流指令值输出正序三相调控电压、以及根据负序三相电流、负序电流指令值输出负序三相调控电压、再根据所述正序三相调控电压和负序三相调控电压计算三相虚拟电压和作为电机控制电压的三相电压指令；电机控制模块用于根据三相电压指令控制电机运转，以实现消除电机电磁推力波动的效果。

Description

开绕组直线电机控制装置及开绕组直线电机控制方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，更具体地，涉及一种开绕组直线电机控制装置及开绕组直线电机控制方法。

背景技术

随着超高速切削、超精密加工、多轴联动等一系列先进加工制造技术的快速发展，机械加工对机床的性能要求越来越高。相比于传统的“旋转电机+滚珠丝杠”传动方式，直线电动机取消了电动机与工作台的机械机构，从而可以实现直接驱动的高速响应，减小了机械摩擦，提高了机床的精度。高性能机床采用直线电机驱动已经成为趋势。为了确保控制精度要求和性能要求，直线电机的控制系统中普遍采用双环控制系统，包括电流内环和速度外环，可以实现励磁和推力的解耦，进行矢量控制，既可以抑制电流的波动又可以实现速度的快速跟踪。但是由于存在直线电机两端开断的特殊结构导致端部效应、电机三相不对称，采用传统的三相电流对称的控制方法将会造成电机电磁推力的波动，控制器很难达到精准的控制要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种开绕组直线电机控制装置及开绕组直线电机控制方法，其目的在于解决由于三相不对称造成的电机电磁推力波动的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种开绕组直线电机控制装置，包括：

参数辨识模块，用于获取电机的电阻R₁和电感L₁；

虚拟负载控制模块，包括依次连接的αβ轴坐标变换单元、虚拟负载单元、和αβ轴坐标逆变换单元以及连接于虚拟负载单元两端的反馈单元，所述αβ轴坐标变换单元用于将三相虚拟电压转换为αβ轴电压，所述虚拟负载单元用于根据αβ轴电压和对应的反馈电压的电压偏差、以及电感L₁计算αβ轴虚拟电流，所述反馈单元用于根据αβ轴虚拟电流和电阻R₁计算所述反馈电压，αβ轴坐标逆变换单元用于将αβ轴虚拟电流转换为三相虚拟电流；

解耦模块，包括解耦正变换单元、电流控制单元和解耦逆变换单元，所述解耦正变换单元用于根据电机三相采样电流和三相虚拟电流计算正序三相电流和负序三相电流，所述电流控制单元用于根据正序三相电流、正序电流指令值输出正序三相调控电压、以及根据负序三相电流、负序电流指令值输出负序三相调控电压，所述解耦逆变换单元用于根据所述正序三相调控电压和负序三相调控电压计算三相虚拟电压和作为电机控制电压的三相电压指令；

电机控制模块，用于根据所述三相电压指令控制电机运转。

在其中一个实施例中，还包括电流控制模块，所述电流控制模块包括：

dq轴坐标变换单元，用于将电机三相采样电流转换为d轴电流、q轴电流和零序电流；

第一电流电压转换单元，用于根据d轴电流和d轴电流参考值输出d轴电压参考值、根据q轴电流和q轴电流参考值输出q轴电压参考值、以及根据零序电流和零序电流参考值输出0轴电压参考值，其中，第一电流电压转换单元输出的电压参考值满足使反馈回输入端的电流跟随对应的电流参考值，零序电流参考值大于d轴电流参考值和q轴电流的参考值对应的电流矢量的幅值；

dq轴坐标逆变换单元，用于将d轴电压参考值、q轴电压参考值转换为作为电机控制电压的三相电压参考值；

所述电机控制模块根据所述三相电压参考值和所述0轴电压参考值控制电机运转期间，所述参数辨识模块采集电机三相电流并根据三相电压参考值和当前电机三相电流计算电机的电阻R₁和电感L₁。

在其中一个实施例中，所述参数辨识模块为MRAS参数辨识模块。

在其中一个实施例中，所述虚拟负载控制模块还包括电压减法单元，用于计算αβ轴电压和对应的反馈电压的电压偏差；

所述虚拟负载单元包括依次串联于电压减法单元和αβ轴坐标逆变换单元之间的1/L₁乘法子单元和积分子单元，电压偏差经过1/L₁乘法子单元与1/L₁相乘后经过积分子单元进行积分得到αβ轴虚拟电流；

所述反馈单元包括R₁乘法子单元，用于将αβ轴虚拟电流与R₁相乘后得到所述反馈电压。

在其中一个实施例中，将电机三相采样电流记为i_A1、i_B1、i_C1，三相虚拟电流记为i_A2、i_B2、i_C2，正序三相电流记为i_Ap、i_Bp、i_Cp，负序三相电流记为i_An、i_Bn、i_Cn，解耦正变换单元的数学模型为：

将正序三相调控电压记为u_Ap、u_Bp、u_Cp，负序三相调控电压记为u_An、u_Bn、u_Cn，三相电压指令记为u_A1、u_B1、u_C1，三相虚拟电压记为u_A2、u_B2、u_C2，解耦逆变换单元的数学模型为：

在其中一个实施例中，所述电流控制单元包括：

dq轴正序坐标变换单元，用于将正序三相电流转换为d轴正序电流和q轴正序电流；

dq轴负序坐标变换单元，用于将负序三相电流转换为d轴负序电流和q轴负序电流；

第二电流电压转换单元，用于根据d轴正序电流和d轴正序电流参考值输出d轴正序电压参考值、根据q轴正序电流和q轴正序电流参考值输出q轴正序电压参考值、根据d轴负序电流和d轴负序电流参考值输出d轴负序电压参考值、根据q轴负序电流和q轴负序电流参考值输出q轴负序电压参考值；

dq轴正序坐标逆变换单元，用于将d轴正序电压参考值、q轴正序电压参考值转换为正序三相调控电压；

dq轴负序坐标逆变换单元，用于将d轴负序电压参考值、q轴负序电压参考值转换为负序三相调控电压。

在其中一个实施例中，还包括速度控制模块，所述速度控制模块包括：

速度减法单元，用于计算电机预设速度和动子速度之间的速度偏差；

速度电流转换单元，用于根据速度偏差计算调控电流，其中，调控电流满足使速度偏差小于预设速度偏差；

电流分配模块，用于根据调控电流求解d轴正序电压参考值、q轴正序电流参考值、d轴负序电流参考值和q轴负序电压参考值。

在其中一个实施例中，所述电机控制模块包括：

第一相移单元，用于对电机控制电压进行相位偏移后输出逆变器I的αβ轴电压；

第二相移单元，用于对电机控制电压进行相位偏移后输出逆变器II的αβ轴电压；

第一SVPWM单元，用于根据逆变器I的αβ轴电压和0轴电压输出逆变器I的开关逻辑信号；

第二SVPWM单元，用于根据逆变器I的αβ轴电压和0轴电压输出逆变器II的开关逻辑信号。

按照本发明的另一方面，提供了一种开绕组直线电机控制方法，基于上述的开绕组直线电机控制装置进行控制，包括：

步骤A：先通过参数辨识模块获取电机的电阻R₁和电感L₁；

步骤B：再通过虚拟负载控制模块和解耦模块计算三相电压指令后根据所述三相电压指令控制电机运转。

在其中一个实施例中，其特征在于：

在步骤A期间，电机零序电流大于0；

在步骤B期间，电机零序电流等于0。

总体而言，本申请中设置参数辨识模块、虚拟负载控制模块和解耦模块，通过参数辨识模块获取电机的电阻和电感，基于电机的电阻和电感构建虚拟负载控制模块，虚拟负载控制模块与解耦模块构建虚拟电流与虚拟电压反馈调节的闭合回路，通过建立虚拟三相负载，与开绕组直线电机并联控制，对采样得到的开绕组直线电机三相电流和虚拟负载三相电流置于新的坐标系下进行闭环控制，有效提高了电流控制器的带宽，在此基础上，解耦模块在dq坐标系下提取正负序电流并融入电机三相电流注入电机，从而实现消除电机电磁推力波动的效果。

附图说明

图1为一实施例的直线电机驱动系统的结构框图；

图2为一实施例的虚拟负载控制模块的电路示意图；

图3为一实施例的解耦模块的电路示意图；

图4为一实施例的0轴电压生成单元的电路示意图；

图5为一实施例的速度控制模块的电路示意图；

图6为一实施例的电机控制模块的电路示意图；

图7为一实施例的电流控制模块的电路示意图；

图8为一实施例的参数辨识模块的结构示意图；

图9为一实施例的开绕组直线电机控制方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1、电流指令单元；2、dq轴坐标变换单元；3、dq轴坐标逆变换单元；4、d轴电流PI控制器；5、q轴电流PI控制器；6、0轴电流PI控制器；7、第一相移单元；8、第一SVPWM单元；9、第二相移单元；10、第二SVPWM单元；11、逆变器I；12、逆变器II；13、电机；14、参数辨识模块；15、解耦正变换单元；16、dq轴正序坐标变换单元；17、dq轴负序坐标变换单元；18、正序d轴PIR控制器；19、正序q轴PIR控制器；20、负序d轴PIR控制器；21、负序q轴PIR控制器；22、dq轴正序坐标逆变换单元；23、dq轴负序坐标逆变换单元；24、解耦逆变换单元；25、求和器；26、零序电流PI控制器；27、αβ轴坐标变换单元；28、虚拟负载单元；29、αβ轴坐标逆变换单元；30、速度计算单元；31、速度电流转换单元；32、电流分配模块；33、直流电源；34、控制装置；35、位置检测单元；36、主控制单元；37、驱动单元；38、电流检测单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了便于理解，先对直线电机驱动系统的结构框图进行介绍。

如图1所示，以电永磁游标直线电机为例，驱动系统主要包括逆变器I 12、逆变器II 11、直流电源33、控制装置34和永磁游标直线电机13。其中，所述控制装置34包括位置检测单元35、电流检测单元38、驱动单元37和主控制单元36，所述主控制单元36对永磁游标直线电机13的运行进行控制。所述位置检测单元35包括直线光栅。所述电流检测单元38包括电流传感器以及电流采样电路。所述电流检测单元38及位置检测单元35输出的信号输出至所述主控制单元36。所述主控制单元36根据接收的电流信号、电机动子位置信号以及预设速度输出驱动永磁游标直线电机13的驱动信号，所述驱动信号通过驱动单元37输出至所述逆变器I 12、逆变器II 11，以控制逆变器I 12、逆变器II 11中的开关器件，驱动永磁游标直线电机13运行。

在本申请中，电机控制装置内的主控单元具体包括参数辨识模块、虚拟负载控制模块和解耦模块。其中，参数辨识模块用于获取电机的电阻R₁和电感L₁。

在一实施例中，如图2所示，虚拟负载控制模块包括依次连接的αβ轴坐标变换单元27、虚拟负载单元28、和αβ轴坐标逆变换单元29以及连接于虚拟负载单元两端的反馈单元。虚拟负载控制模块的输入为三相虚拟电压[u_A2,u_B2,u_C2]，输出为三相虚拟电流[i_A2,i_B2,i_C2]。

其中，αβ轴坐标变换单元27用于将三相虚拟电压[u_A2,u_B2,u_C2]转换为αβ轴电压[u_α2,u_β2]。具体的，αβ轴坐标变换单元可以选用CLARKE正变换模块。

虚拟负载单元28用于根据αβ轴电压[u_α2,u_β2]和对应的反馈电压的电压偏差、以及电感L₁计算αβ轴虚拟电流[i_α2,i_β2]。其中，α轴电压与α轴虚拟电流对应，β轴电压与β轴虚拟电流对应，α轴电压转换为α轴虚拟电流的过程与β轴电压转换为β轴虚拟电流的过程彼此独立。需要说明的是，电压、电感与电流的公式已知，通过电压和电感计算电流的计算过程也是已知的。在一具体的实施例中，虚拟负载单元28包括依次串联的1/L₁乘法子单元和积分子单元，α轴的电压偏差经过对应的1/L₁乘法子单元与1/L₁相乘后再经过积分子单元进行积分得到α轴虚拟电流，β轴的电压偏差经过对应的1/L₁乘法子单元与1/L₁相乘后再经过积分子单元进行积分得到β轴虚拟电流。

反馈单元用于根据αβ轴虚拟电流[i_α2,i_β2]和电阻R₁计算所述反馈电压，其中，根据α轴虚拟电流和电阻R₁计算与α轴对应的反馈电压，根据β轴虚拟电流和电阻R₁计算与β轴对应的反馈电压。

在一实施例中，虚拟负载控制模块还包括电压减法单元，分别计算α轴虚拟电压和对应的反馈电压的电压偏差以及β轴虚拟电压与对应的反馈电压的电压偏差。

αβ轴坐标逆变换单元29用于将αβ轴虚拟电流[i_α2,i_β2]转换为三相虚拟电流[i_A2,i_B2,i_C2]。具体的，αβ轴坐标逆变换单元29可选用CLARKE逆变换模块。

在一实施例中，如图3所示，解耦模块包括解耦正变换单元15、电流控制单元和解耦逆变换单元24。

其中，解耦正变换单元15用于将电机三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]和三相虚拟电流[i_A2,i_B2,i_C2]融合后计算正序三相电流[i_Ap,i_Bp,i_Cp]和负序三相电流[i_An,i_Bn,i_Cn]。其中正序电流和负序电流的计算过程不做限定。

电流控制单元用于根据正序三相电流[i_Ap,i_Bp,i_Cp]计算出进行调控的正序三相调控电压[u_Ap,u_Bp,u_Cp]，还负序三相电流根据[i_An,i_Bn,i_Cn]计算负序三相调控电压[u_An,u_Bn,u_Cn]。可以理解的，在电机控制领域，根据输入电流生成用于调控电流的调控电压是一个闭合反馈电路，通过生成的调控电压调控电机运转状态，继而反馈调节输入电流，使输入电流满足要求。因此，一般会引入参考量，在本申请中，引入的参考量为正序电流指令值和负序电流指令值，根据正序三相电流和正序电流指令值计算正序三相调控电压，通过反馈调节使正序三相电流跟随正序电流指令值；还根据负序三相电流和负序电流指令值计算负序三相调控电压，通过反馈调节使负序三相电流跟随负序电流指令值。根据输入电流生成用于调控电流的调控电压在电机控制领域已经非常成熟，在此对其过程不做限定。

解耦逆变换单元24则用于根据所述正序三相调控电压[u_Ap,u_Bp,u_Cp]和和负序三相调控电压[u_An,u_Bn,u_Cn]融合后再分解出用于控制电机的三相电压指令[u_A1,u_B1,u_C1]和供给虚拟负载控制模块的三相虚拟电压[u_A2,u_B2,u_C2]。其中，解耦逆变换单元24的变换过程是解耦正变换单元15的逆变换过程。

电机变换模块用于根据三相电压指令控制电机运转。

以上虚拟负载模块、解耦模块和电机控制模块构成一闭合的控制回路，其中，通过引入虚拟负载模块，使解耦模块在进行正负序分解时融合了虚拟电流和实际的三相采样电流，在提高了电流控制器带宽的基础上，在具有端部效应的直线电机三相绕组中注入正序电流和负序电流，实现降低电机输出电磁推力的波动，提高电机推力输出的控制精度。

在一实施例中，解耦正变换单元15用于将电机三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]和三相虚拟电流[i_A2,i_B2,i_C2]融合后计算正序三相电流[i_Ap,i_Bp,i_Cp]和负序三相电流[i_An,i_Bn,i_Cn]，其数学模型为：

在一实施例中，解耦逆变换单元24用于根据所述正序三相调控电压[u_Ap,u_Bp,u_Cp]和和负序三相调控电压[u_An,u_Bn,u_Cn]融合后再分解出用于控制电机的三相电压指令[u_A1,u_B1,u_C1]和供给虚拟负载控制模块的三相虚拟电压[u_A2,u_B2,u_C2]，其数学模型为：

在一实施例中，如图3所示，电流控制单元包括dq轴正序坐标变换单元16、dq轴负序坐标变换单元17、第二电流电压转换单元、dq轴正序坐标逆变换单元22和dq轴负序坐标逆变换单元23。其中，dq轴正序坐标变换单元16用于将正序三相电流[i_Ap,i_Bp,i_Cp]转换为dq轴正序电流[i_dp,i_qp]；dq轴负序坐标变换单元17用于将负序三相电流[i_An,i_Bn,i_Cn]转换为dq轴负序电流[i_dn,i_qn]。具体的，dq轴正序坐标变换单元16为正序PARK正变换模块，dq轴负序坐标变换单元17为负序PARK正变换模块。

第二电流电压转换单元包括正序电流电压转换单元和负序电流电压转换单元，其中，正序电流电压转换单元用于将dq轴正序电流[i_dp,i_qp]转换为dq轴正序电压参考值[u_dp,u_qp]，负序电流电压转换单元用于将dq轴负序电流[i_dn,i_qn]转换为dq轴正序电压参考值[u_dn,u_qn]。具体的，正序电流电压转换单元和负序电流电压转换单元均为PIR控制器。正序电流电压转换单元包括正序d轴PIR控制器18、正序q轴PIR控制器19，负序电流电压转换单元包括负序d轴PIR控制器20和负序q轴PIR控制器21。其中，通过设置d轴正序电流参考值i_{dp_ref}、q轴正序电流参考值i_{qp_ref}、d轴负序电流参考值i_{dn_ref}和q轴负序电流参考值i_{qn_ref}；正序d轴PIR控制器18根据d轴正序电流i_dp和d轴正序电流参考值i_{dp_ref}生成用于调控的d轴正序电压参考值u_dp；正序q轴PIR控制器19根据q轴正序电流i_qp和q轴正序电流参考值i_{qp_ref}生成用于调控的q轴正序电压参考值u_qp；负序d轴PIR控制器20根据d轴负序电流i_dn和d轴负序电流参考值i_{dn_ref}生成用于调控的d轴负序电压参考值u_dn；负序q轴PIR控制器19根据q轴负序电流i_qn和q轴正序电流参考值i_{qn_ref}生成用于调控的q轴正序电压参考值u_qn。

在一实施例中，dq轴正序坐标逆变换单元22为正序PARK逆变换模块，dq轴负序坐标逆变换单元23为负序PARK逆变换模块，dq轴正序坐标逆变换单元22用于将dq轴正序电压参考值[u_dp,u_qp]转换为正序三相调控电压[u_Ap,u_Bp,u_Cp]，dq轴负序坐标逆变换单元23用于将dq轴负序电压参考值[u_dn,u_qn]转换为负序三相调控电压[u_An,u_Bn,u_Cn]。

在一实施例中，由于电机控制除了需要输入三相电压外，还需要输入0轴电压，因此，解耦模块还包括0轴电压生成单元，解耦模块中0轴电压生成单元生成的0轴电压注入电机控制模块后满足对应的零序电流为0。在一具体的实施例中，如图4所示，0轴电压生成单元包括求和器25、放大器和零序电流PI控制器26，三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]经过求和器25求和后再经过放大器求平均值得到零序电流i₀₁，零序电流PI控制器26根据零序电流i₀₁和设定的零序电流参考值i_{01_ref}生成0轴电压u_{01_ref}，该零序电流参考值i_{01_ref}一般设定为0，该0轴电压u_{01_ref}经电机控制模块处理后，使得实际注入电机的零序电流i₀₁尽量接近于0。

在一实施例中，该电机控制装置还包括速度控制模块用于生成解耦模块中所用的电流参考值。如图5所示，该速度控制模块包括速度减法单元、速度电流转换单元31和电流分配模块32。其中，速度减法单元用于计算电机预设速度和通过速度反馈得到的动子速度之间的速度偏差。具体的，速度反馈得到的动子速度是通过光栅采样动子位置信息后通过速度计算单元30计算后得到对应的动子当前速度。速度电流转换单元用于根据速度偏差生成用于调控的电流，通过生成的调控电流形成反馈回路，调节动子的实际速度，使得实际速度与预设速度之间的偏差尽可能小，也即，通过反馈调节使实际速度跟随预设速度。在一实施例中，速度电流转换单元31为速度PI控制器。电流分配模块用于根据调控电流求解d轴正序电压参考值i_{dp_ref}、q轴正序电流参考值i_{qp_ref}、d轴负序电流参考值i_{dn_ref}和q轴负序电流参考值i_{qn_ref}。在一具体的实施例中，通过速度电流转换单元31生成的调控电流放大2倍后为q轴正序电流参考值i_{qp_ref}，将i_{qp_ref}通过电流分配模块32计算其他三个电流参考值，其计算公式如下：

其中，E_qp、E_qn、E_dp、E_dn为开绕组直线电机dq坐标系下反电势的正负序分量幅值。

在一实施例中，如图6所示，电机控制模块包括第一相移单元7、第一SVPWM单元8、第二相移单元9、第二SVPWM单元10。其中，第一相移单元7对电机控制电压进行120°相位偏移后输出逆变器I的αβ轴电压[u_{α1ref_I},u_{β1ref_I}]，第一SVPWM单元8用于获取逆变器I的αβ轴电压[u_{α1ref_I},u_{β1ref_I}]以及0轴电压u_01ref的一半并生成逆变器I的开关逻辑信号，该开关逻辑信号输入逆变器I11。第二相移单元9对电机控制电压进行120°相位偏移后输出逆变器II的αβ轴电压[u_{α2ref_II},u_{β2ref_II}]，第二SVPWM单元10用于获取逆变器II的αβ轴电压[u_{α2ref_II},u_{β2ref_II}]以及0轴电压u_01ref的一半并生成逆变器II的开关逻辑信号，该开关逻辑信号输入逆变器II 12，通过逆变器I和逆变器II控制电机13的运转。

在一实施例中，该开绕组直线电机控制装置还包括电流控制模块，该电流控制模块用于生成作为电机控制电压的三相电压参考值[u′_A1,u′_B1,u′_C1]和0轴电压参考值u′_{01_ref}，电机控制模块根据三相电压参考值[u′_A1,u′_B1,u′_C1]和0轴电压参考值u′_{01_ref}控制电机运转时，注入电机的零序电流大于0。需要说明的是，电流控制模块和解耦模块是分开进行的，在通过电流控制模块生成电机控制电压时，解耦模块未工作，通过解耦模块生成电机控制电压时，电流控制模块不工作。在本实施例中，电流控制模块是与参数辨识模块配合使用的，在需要通过参数辨识模块进行参数识别时，启动电流控制模块控制电机运转并在此期间对电机参数进行识别，在完成参数识别后，停止电流控制模块，启动解耦模块控制电机运转。在本实施例中，通过电流控制模块向电机中注入大于零的零序电流，可以消除了逆变器死区效应对参数辨识精度的影响，提高参数辨识的精度，而虚拟负载控制模块是基于所辨识出的参数建立的，参数辨识的精度越高，后期解耦模块对电机的控制越精确。

在一实施例中，如图7所示，电流控制模块包括dq轴坐标变换单元2、第一电流电压转换单元和dq轴坐标逆变换单元3。其中，dq轴坐标变换单元2用于将电机三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]转换为dq轴电流[i_d1,i_q1]和零序电流i’₀₁。具体的，dq轴坐标变换单元2为PARK正变换模块。第一电流电压转换单元包括d轴电流PI控制器4、q轴电流PI控制器5和0轴电流PI控制器6，其中，d轴电流PI控制器4根据d轴电流i_d1和d轴电流参考值i_{d1_ref}输出d轴电压参考值u_d1，q轴电流PI控制器5根据q轴电流i_q1和q轴电流参考值i_{q1_ref}输出q轴电压参考值u_q1，0轴电流PI控制器6根据零序电流i’₀₁和零序电流参考值i’_{01_ref}输出0轴电压参考值u’_{01_ref}。其中，零序电流参考值i’_{01_ref}大于d轴电流参考值i_{d1_ref}的电流矢量幅值和q轴电流的参考值i_{q1_ref}的电流矢量幅值。具体的，如图7所示，电流控制模块内包含电流指令单元1，通过电流指令单元1生成符合要求的d轴、q轴、0轴的电流指令参考值。dq轴坐标逆变换单元3用于将dq轴电压参考值[u_d1,u_q1]转换为作为电机控制电压的三相电压参考值[u′_A1,u′_B1,u′_C1]。具体的，dq轴坐标逆变换单元3为PARK逆变换模块。以电流控制模块生成的[u′_A1,u′_B1,u′_C1]和0轴电压参考值u’_{01_ref}作为电机控制电压输入电机控制模块，控制电机运转，在此期间，参数辨识模块获取机的电阻R₁和电感L₁。如图8所示，参数辨识模块14为MRAS参数辨识模块，其通过采集电机三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]和三相采样电流[i_A1,i_B1,i_C1]并根据MRAS算法得到电机的电阻R₁和电感L₁。

本申请还涉及一种开绕组直线电机控制方法，基于以上开绕组直线电机控制装置对电机进行控制。如图9所示，该方法包括：

步骤S100：先通过参数辨识模块获取电机的电阻R₁和电感L₁。

其中，对获取电机的电阻R₁和电感L₁的方法不做限定。在本实施例中，在步骤S100中，控制电机零序电流大于0，其具体实施方式可参考上文记载，例如，通过电流控制模块生成电机控制电压以控制电机运转，并在此期间识别电机参数。

步骤S200：再通过虚拟负载控制模块和解耦模块计算三相电压指令后根据所述三相电压指令控制电机运转。

在步骤S200中，控制电机零序电流等于0，其具体实施方式可参考上文记载。在执行步骤S200之前，停止步骤S100中对电机的控制，切换至步骤S200中的模块，通过步骤S200中的虚拟负载控制模块和解耦模块对电机进行控制。

综上，本申请中设置参数辨识模块、虚拟负载控制模块和解耦模块，通过参数辨识模块获取电机的电阻和电感，基于电机的电阻和电感构建虚拟负载控制模块，虚拟负载控制模块与解耦模块构建虚拟电流与虚拟电压反馈调节的闭合回路，通过建立虚拟三相负载，与开绕组直线电机并联控制，对采样得到的开绕组直线电机三相电流和虚拟负载三相电流置于新的坐标系下进行闭环控制，有效提高了电流控制器的带宽，在此基础上，解耦模块在dq坐标系下提取正负序电流并融入电机三相电流注入电机，从而实现消除电机电磁推力波动的效果。同时，通过电流控制模块向电机中注入大于零的零序电流，可以消除了逆变器死区效应对参数辨识精度的影响，提高参数辨识的精度，而虚拟负载控制模块是基于所辨识出的参数建立的，参数辨识的精度越高，后期解耦模块对电机的控制越精确。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开绕组直线电机控制装置，其特征在于，包括：

参数辨识模块，用于获取电机的电阻R₁和电感L₁；

虚拟负载控制模块，包括依次连接的αβ轴坐标变换单元、虚拟负载单元、和αβ轴坐标逆变换单元以及连接于虚拟负载单元两端的反馈单元，所述αβ轴坐标变换单元用于将三相虚拟电压转换为αβ轴电压，所述虚拟负载单元用于根据αβ轴电压和对应的反馈电压的电压偏差、以及电感L₁计算αβ轴虚拟电流，所述反馈单元用于根据αβ轴虚拟电流和电阻R₁计算所述反馈电压，αβ轴坐标逆变换单元用于将αβ轴虚拟电流转换为三相虚拟电流；

解耦模块，包括解耦正变换单元、电流控制单元和解耦逆变换单元，所述解耦正变换单元用于根据电机三相采样电流和三相虚拟电流计算正序三相电流和负序三相电流，所述电流控制单元用于根据正序三相电流、正序电流指令值输出正序三相调控电压、以及根据负序三相电流、负序电流指令值输出负序三相调控电压，所述解耦逆变换单元用于根据所述正序三相调控电压和负序三相调控电压计算三相虚拟电压和作为电机控制电压的三相电压指令；

电机控制模块，用于根据所述三相电压指令控制电机运转。

2.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，还包括电流控制模块，所述电流控制模块包括：

dq轴坐标变换单元，用于将电机三相采样电流转换为d轴电流、q轴电流和零序电流；

第一电流电压转换单元，用于根据d轴电流和d轴电流参考值输出d轴电压参考值、根据q轴电流和q轴电流参考值输出q轴电压参考值、以及根据零序电流和零序电流参考值输出0轴电压参考值，其中，第一电流电压转换单元输出的电压参考值满足使反馈回输入端的电流跟随对应的电流参考值，零序电流参考值大于d轴电流参考值和q轴电流的参考值对应的电流矢量的幅值；

dq轴坐标逆变换单元，用于将d轴电压参考值、q轴电压参考值转换为作为电机控制电压的三相电压参考值；

所述电机控制模块根据所述三相电压参考值和所述0轴电压参考值控制电机运转期间，所述参数辨识模块采集电机三相电流并根据三相电压参考值和当前电机三相电流计算电机的电阻R₁和电感L₁。

3.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，所述参数辨识模块为MRAS参数辨识模块。

4.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，所述虚拟负载控制模块还包括电压减法单元，用于计算αβ轴电压和对应的反馈电压的电压偏差；

所述虚拟负载单元包括依次串联于电压减法单元和αβ轴坐标逆变换单元之间的1/L₁乘法子单元和积分子单元，电压偏差经过1/L₁乘法子单元与1/L₁相乘后经过积分子单元进行积分得到αβ轴虚拟电流；

所述反馈单元包括R₁乘法子单元，用于将αβ轴虚拟电流与R₁相乘后得到所述反馈电压。

5.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，将电机三相采样电流记为i_A1、i_B1、i_C1，三相虚拟电流记为i_A2、i_B2、i_C2，正序三相电流记为i_Ap、i_Bp、i_Cp，负序三相电流记为i_An、i_Bn、i_Cn，解耦正变换单元的数学模型为：

将正序三相调控电压记为u_Ap、u_Bp、u_Cp，负序三相调控电压记为u_An、u_Bn、u_Cn，三相电压指令记为u_A1、u_B1、u_C1，三相虚拟电压记为u_A2、u_B2、u_C2，解耦逆变换单元的数学模型为：

6.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，所述电流控制单元包括：

dq轴正序坐标变换单元，用于将正序三相电流转换为d轴正序电流和q轴正序电流；

dq轴负序坐标变换单元，用于将负序三相电流转换为d轴负序电流和q轴负序电流；

第二电流电压转换单元，用于根据d轴正序电流和d轴正序电流参考值输出d轴正序电压参考值、根据q轴正序电流和q轴正序电流参考值输出q轴正序电压参考值、根据d轴负序电流和d轴负序电流参考值输出d轴负序电压参考值、根据q轴负序电流和q轴负序电流参考值输出q轴负序电压参考值；

dq轴正序坐标逆变换单元，用于将d轴正序电压参考值、q轴正序电压参考值转换为正序三相调控电压；

dq轴负序坐标逆变换单元，用于将d轴负序电压参考值、q轴负序电压参考值转换为负序三相调控电压。

7.如权利要求6所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，还包括速度控制模块，所述速度控制模块包括：

速度减法单元，用于计算电机预设速度和动子速度之间的速度偏差；

速度电流转换单元，用于根据速度偏差计算调控电流，其中，调控电流满足使速度偏差小于预设速度偏差；

电流分配模块，用于根据调控电流求解d轴正序电压参考值、q轴正序电流参考值、d轴负序电流参考值和q轴负序电压参考值。

8.如权利要求1所述的开绕组直线电机控制装置，其特征在于，所述电机控制模块包括：

第一相移单元，用于对电机控制电压进行相位偏移后输出逆变器I的αβ轴电压；

第二相移单元，用于对电机控制电压进行相位偏移后输出逆变器II的αβ轴电压；

第一SVPWM单元，用于根据逆变器I的αβ轴电压和0轴电压输出逆变器I的开关逻辑信号；

第二SVPWM单元，用于根据逆变器I的αβ轴电压和0轴电压输出逆变器II的开关逻辑信号。

9.一种开绕组直线电机控制方法，其特征在于，基于权利要求1至8任一项所述的开绕组直线电机控制装置进行控制，包括：

步骤A：先通过参数辨识模块获取电机的电阻R₁和电感L₁；

步骤B：再通过虚拟负载控制模块和解耦模块计算三相电压指令后根据所述三相电压指令控制电机运转。

10.如权利要求9所述的开绕组直线电机控制方法，其特征在于：

在步骤A期间，电机零序电流大于0；

在步骤B期间，电机零序电流等于0。