CN115700992A - 无感永磁同步电机启动方法、器件及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无感永磁同步电机启动方法、器件及装置，所述方法包括步骤：开环启动永磁同步电机后，计算代表电机转子的实际位置的估测角度及给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；及将参考电流由调整后的给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。从而，有效解决现有电机启动不稳的问题。

Description

无感永磁同步电机启动方法、器件及装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种无感永磁同步电机启动方法、器件及装置。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具备结构较为简单、运行可靠性高、无需励磁电流、提高电机效率和功率密度等优点，被广泛应用于诸多电子装置，譬如车用电机。

举例来说，无位置传感器的永磁同步电机(简称无感PMSM)启动时，必须先开环启动，当转速达到一定时，开环位置与电机转子实际位置具有一个角度差。但是，如果直接切换成闭环运行，电机会出现抖动，不利于电机平稳启动，且无法适应不同负载。

以往虽有一些现有技术，譬如通过反电动势作为角度替换依据，但不确保角度差量在安全角度内。此外，现有技术的切换过程时间长，精确度低，不利于快速平稳启动，仍待改善。

发明内容

本发明提供一种无感永磁同步电机启动方法、器件及装置，用于解决现有技术存在电机启动不稳的问题。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种无感永磁同步电机启动方法，所述方法包括步骤：基于矢量控制方式，配置参考电流为给定转矩相应的给定电流，依据配置后的所述参考电流开环启动永磁同步电机；计算代表电机转子的实际位置的估测角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；及将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

在一实施例，所述无感永磁同步电机启动方法依据启动永磁同步电机的电性特征通过滑模观测器算法估算所述估测角度。

在一实施例，当所述电机转子的转速达到预定速度时，执行调整所述给定电流的步骤，其中所述电机转子的转速按照线性或非线性增加到所述预定速度。

在一实施例，当所述电机转子的转速达到所述预定速度时，所述电机转子的转矩与负载转矩平衡。

在一实施例，所述开环位置依据所述电机转子的转速从所述给定速度开始积分计算得到；其中于执行调整所述给定电流的步骤之前，所述开环角度与所述估测角度同步变化，而所述角度差值逐渐减小。

在一实施例，所述无感永磁同步电机启动方法依据启动永磁同步电机的电性特征计算所述电机转子的转速，依据所述转速与参考转速的差量估算所述速度环输出的相应电流。

在一实施例，所述无感永磁同步电机启动方法在维持所述电机转子的转矩恒定的情况下，依据所述角度差值与所述目标夹角的差量通过自适应控制调整所述给定电流。

在一实施例，所述角度差值为所述自适应控制的反馈输入，所述目标夹角为所述自适应控制的参考输入，所述给定电流为所述自适应控制的输出。

在一实施例，将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为所述速度环输出的相应电流的步骤更包括：将调整后的所述给定电流通过加权替代逐步替换为所述速度环输出的相应电流。

在一实施例，将参考角度从所述开环角度切换为所述估测角度，依据切换后的所述参考角度闭环驱动永磁同步电机。

为了解决上述问题，本发明的第二方面提供一种无感永磁同步电机启动器件，包括开环启动模块，被配置成基于矢量控制方式，配置参考电流为给定转矩相应的给定电流，依据配置后的所述参考电流开环启动永磁同步电机；角度差调整模块，被配置成计算代表电机转子的实际位置的估测角度，计算给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；及闭环驱动模块，被配置成将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

为了解决上述问题，本发明的第三方面提供一种无感永磁同步电机启动装置，包括控制器及存储器，所述存储器存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置为由所述控制器执行如上所述的无感永磁同步电机启动方法。

为了解决上述问题，本发明的第四方面提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件指令，所述计算机软件指令用于被配置为由控制器执行如上所述的无感永磁同步电机启动方法。

本发明的无感永磁同步电机启动方法、装置、器件及计算机存储介质，通过给定转矩相应的给定电流开环启动永磁同步电机；计算代表所述电机转子的实际位置的估测角度及给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。本发明可以实现无感永磁同步电机启动平滑化，最大程度降低开环切闭环过程产生的抖动，实现切换平稳，还能实现大转矩启动，实现电机在不同负载下都能够平稳启动，具有较高鲁棒性。从而，确实使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行，改善现有技术直接切换成闭环运行衍生电机抖动且无法适应不同负载等情况，有利于提升电机控制技术水平与质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一实施例的无感永磁同步电机启动装置的示意框图；

图2为本发明的一实施例的无感永磁同步电机启动方法的流程示意图；

图3为本发明的一实施例的电机开环启动过程的特征参数示意图；

图4为本发明的一实施例的电机切换过渡状态的特征参数示意图；

图5为本发明的一实施例的电机运行过程的不同阶段电性特征示意图；及

图6为本发明另一实施例的无感永磁同步电机启动器件的示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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，本领域技术人员在没有作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。

在本文的描述中，应被理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文的描述中，应被理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提供许多不同的实施方式或示例用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开内容，下文中对特定示例的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同示例中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本文提供的各种特定的工艺和材料的示例，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本发明实施例提供一种无感永磁同步电机启动方法、装置、器件及计算机存储介质。以下分别举例说明，相关说明用于使本领域技术人员了解本发明，但非意图用于限制本发明。

在一方面，本发明实施例提供一种无感永磁同步电机启动装置，所述无感永磁同步电机启动装置可适用于执行一种无感永磁同步电机启动方法，用于提供适应不同负载平稳启动及运行的无感永磁同步电机启动方案，譬如软硬件协同解决方案。

在一实施例中，如图1所示，所述无感永磁同步电机启动装置可包括控制器U及存储器Y，所述存储器Y譬如可以是各种非易失性存储器，但不以此为限，也可以是其它储存功能硬件或其衍生物，用于储存程序、参数或数据等；所述控制器U可以是微控制单元(MCU)或含有其功能的专用集成电路(ASIC)，但不以此为限，也可以是其它信号处理功能硬件或其衍生物，用于控制驱动永磁同步电机(PMSM)M，譬如所述控制器U电连接所述存储器Y，所述控制器U与所述存储器Y可以相互分离或一体设置，所述存储器Y存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置为由所述控制器U执行上述无感永磁同步电机启动方法。

举例来说，如图1所示，所述控制器U可以被配置成软件模块、硬件模块、软硬件协同模块或具备其功能的其它相应模块的一部分，用于驱动永磁同步电机M。例如基于矢量控制(vector control)方式，启动无感永磁同步电机，所述矢量控制又称磁场定向控制(field oriented control，FOC)，可通过控制变频器输出电压的幅值和频率，控制三相交流电机，譬如永磁同步电机。

譬如，在图1中，除了永磁同步电机M以外的诸多功能模块可被配置成所述控制器U的一部分，在磁场定向控制架构中，主要是通过对电机工作电流的控制实现对电机转矩、速度、位置的控制，通常包括用于电流控制的内环(譬如电流环)，用于速度控制的中环(譬如速度环)及用于夹角控制的外环(譬如控制环)，但不以此为限。

举例来说，在图1中，所述控制器U可被配置成控制转矩电流生成、信号切换、差值计算、比例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制、Park逆变换、Clarke逆变换、逆变桥、Clarke变换、Park变换、位置速度估测、速度积分及位置生成等功能协同运行，用于控制永磁同步电机M以开环方式启动，并且使电机转子实际位置与开环位置之间的角度差量调整到安全角度内，再以闭环方式驱动永磁同步电机M。

应被理解的是，所述控制器U中的诸多功能模块所进行的不同功能，诸如比例、积分、微分、算差、变换、估算等，不限于此，其所需的参数可以是来自其它模块的输出结果，或者是来自不同观测器(如电流计及电压计等传感器)的输出结果，其具体特征(如架构或算法)是本领域技术人员应可理解，不另赘述于此。

在一实施例中，如图1所示，在所述控制器U中，转矩电流生成器U1可用于生成给定电流i_q*，譬如给定转矩相应的给定电流i_q*，可作为以开环方式启动永磁同步电机的电流；应被注意的是，所述给定电流i_q*可通过第一切换模块S1(如S1在位置1处)被配置作为被输送到q轴的参考电流r1，所述电流r1与来自所述Park变换模块U6的q轴电流i_q进行差量运算后再进行比例积分(PI)控制，以生成电压u_q，代表在(d,q)坐标系中的q轴电压。

相应地，如图1所示，被输送到d轴的参考电流i_d*可被给定为0，电流i_d*与来自所述Park变换模块U6的电流i_d进行差量运算后再进行比例积分(PI)运算，以生成电压u_d，用于代表在(d,q)坐标系中的d轴电压；所述电压u_q、u_d可用于Park逆变换模块U2，以依据Park逆变换生成电压u_α、u_β，代表在(α,β)坐标系中的α、β轴电压；所述电压u_α、u_β可通过Clarke逆变换及空间矢量PWM(SVPWM)模块U3，以依据Clarke逆变换并生成三个脉宽调制信号(PWM)波形，再经逆变桥模块U4增大驱动能力后生成三相端电压u_a、u_b、u_c，作为输入给永磁同步电机(PMSM)的驱动电力。

相应地，如图1所示，与三相端电压u_a、u_b、u_c相应的三相电流i_a、i_b、i_c可通过Clarke变换模块U5，以依据Clarke变换生成电流i_α、i_β，代表在(α,β)坐标系中的α、β轴电流，所述电流i_α、i_β可用于Park变换模块U6生成电流i_q、i_d，代表在(q,d)坐标系中的q、d轴电流。

相应地，如图1所示，所述电压u_α、u_β与电流i_α、i_β可通过位置速度估测器U7进行位置速度估测，譬如可以通过滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)算法进行估测位置与速度，但不以此为限，也可以通过其它适用于无感电机控制的算法，例如隆伯格(LUENBURGER)算法等,用以生成代表所述电机转子的实际位置的估测位置θ₁及所述电机转子的转速ω，其计算过程是本领域技术人员可理解，不再赘述于此。所述转速ω与参考转速ω_ref的差量可进行比例积分(PI)控制以生成速度环输出的相应电流i_ω，所述估测位置θ₁可用于计算角度差值θ_L，譬如所述角度差值θ_L为所述估测角度θ₁与给定速度(ω*)相应的电机转子的开环角度θ₂的差量；应被注意的是，在开环运行时，所述开环角度θ₂可通过第二切换模块S2(如S2在位置1处)被配置作为参考角度r2，作为所述Park逆变换模块U2及Park变换模块U6的输入参数；所述开环位置θ₂可来自速度积分器U8通过速度积分运算得到的位置数值，所述被积分运算的速度可以来自位置生成器U9生成的给定速度ω*。

相应地，如图1所示，在开环运行时(该期间第一切换模块S1选择给定电流i_q*作为参考电流r1)，所述角度差值θ_L与目标夹角θ_L*的差量可通过自适应控制，例如比例积分(PI)控制或者比例积分微分(PID)控制，作为所述转矩电流生成器U1调整所述给定电流i_q*的依据。具体而言，在维持电机转子的转矩恒定的情况下，通过自适应控制算法(简单来说例如可以根据角度差修改PID控制算法中的P和I的值)，通过调整所述给定电流i_q*来调整所述角度差值θ_L。例如电机转子转矩＝＝i_q*cosθ_LC(C为常数)，调整的前提是保证电机转子转矩不变，通过自适应控制算法调整所述给定电流i_q*，实现调整角度差值θ_L，直至角度差值θ_L小于等于所述目标夹角θ_L*。如此循环运行，譬如更新所述参考电流r1及所述参考角度r2以持续驱动永磁同步电机M，直到所述角度差值θ_L小于或等于所述目标夹角θ_L*(譬如θ_L*＝ε，譬如ε可被设定介于0至10度(°)范围的任意值，其值可视应用情况予以微调，例如目标夹角θ_L*可以是0度，当目标夹角θ_L*是0度时，则以所述角度差值θ_L等于所述目标夹角θ_L*作为停止条件，但不以此为限，譬如目标夹角θ_L*也可以是10度，以容许不同构件存在数据误差限度)。应被注意的是，通过所述第一切换模块S1(如S1在位置2处)将所述参考电流r1由前述调整后的给定电流i_q*切换为速度环输出的相应电流i_ω，可单独依据切换后的所述参考电流r1(即依据速度环输出的相应电流i_ω)闭环驱动永磁同步电机M，或者，在一实施例中，更通过所述第二切换模块S2(如S2在位置2处)将所述参考角度r2由所述开环角度θ₂切换为所述估测角度θ₁，可依据切换后的所述参考电流r1及所述参考角度r2(即依据速度环输出的相应电流i_ω及所述估测角度θ₁)闭环驱动永磁同步电机M。

另一方面，本发明实施例提供一种无感永磁同步电机启动方法，所述无感永磁同步电机启动方法可适用于如上所述的无感永磁同步电机(PMSM)启动装置。

如图2所示，所述无感永磁同步电机启动方法实施例包括开环启动电机步骤T1、角度差异调整步骤T2及闭环驱动电机步骤T3。

如图1及图2所示，所述开环启动电机步骤T1，可基于矢量控制方式，配置参考电流r1为给定转矩相应的给定电流i_q*，依据配置后的所述参考电流r1开环启动永磁同步电机。值得注意的是，在一实施例中，开环启动时，先人为给定一个初始角度，开环启动T1期间，开环位置对应的角度θ₂按预设角度旋转。

举例来说，如图3所示，示意电机开环启动过程的特征参数。图3中的(a)表示电机转子的初始状态(如图中所示磁极N、S连线方向呈水平状)，图3中的(b)表示电机转子的正转运行状态(如图中所示磁极N、S连线方向非呈水平状)。在图3中，q轴表示转子真实坐标轴，其由估测角度θ₁表征，q*为给定坐标轴(表示开环位置)，其由开环角度θ₂表征，角度差值θ_L为q轴与q*轴之间的夹角，即估测角度θ₁与开环角度θ₂之间的差量。如图3中的(a)、(b)，初始状态，q*轴滞后于q轴90度(°)，相应生成的电流i_q为零；随着q*轴旋转，角度差值θ_L逐渐减小；与真实轴角度变小，电磁转矩增大，当电磁转矩大于电机最小启动转矩时，电机转子q轴开始旋转。只要负载转矩小于电机能够产生的最大电磁转矩，则存在某个角度差值θ_L使得电机运行平衡，角度差值θ_L大小由初始给定转矩和负载决定。举例而言，电机转子的电磁转矩＝i_q*cosθ_L*C(C为常数)，启动初始时刻θ_L＝90°，电机转矩为0；开环启动以后θ_L逐渐减小，电机转矩逐渐增大，当大于负载转矩后，电机转子便开始转动，开始转动后不限制电机转矩再如何变化；当电机转子转速达到预定速度时(在一实施例是当电机转子转速恒定时，在另一实施例是当电机转子转速达到人为给定的预定速度)，电机的电磁转矩与负载转矩达到平衡，此时进入角度差值调整步骤T2，值得注意的是，给定转矩越大，此时需要调整的角度差值θ_L越大。

如图1及图2所示，所述角度差异调整步骤T2，可计算代表所述电机转子的实际位置的估测角度θ₁，计算给定速度(ω*)相应的电机转子的开环角度θ₂，并且计算角度差值θ_L，其中所述角度差值θ_L为所述开环角度θ₂与所述估测角度θ₁的差量，依据所述角度差值θ_L与目标夹角θ_L*的差量调整所述给定电流i_q*，直到所述角度差值θ_L小于或等于所述目标夹角θ_L*。

如图1及图2所示，所述闭环驱动电机步骤T3，可将所述参考电流r1由步骤T2调整后的所述给定电流i_q*切换为速度环输出的相应电流i_ω，依据切换后的所述参考电流r1(如i_ω)闭环驱动永磁同步电机。在一实施例中，更将所述参考角度r2由所述开环角度θ₂切换为所述估测角度θ₁，还依据切换后的所述参考角度r2(如θ₁)闭环驱动永磁同步电机。

举例来说，如图2及图4所示，用于示意电机切换过渡过程的特征参数。图4中的(a)表示角度差异调整步骤T2执行前的状态状态，图4中的(b)表示角度差异调整步骤T2执行后的状态。如果要让电机平稳从开环切换到闭环运行，通过本发明的启动方法降低角度差值θ_L，以利降低抖动幅度，在一实施例中，可采用自适应控制算法，例如比例积分微分(PID)或比例积分(PI)控制方案，以减小角度差值θ_L，其示例如上所述，不另赘述。

如图5所示，示意电机运行过程的不同阶段电性特征。在图5中，C1表示在时间为0至t₁的电机运行过程的恒定启动阶段、C2表示在时间为t₁至t₂的电机运行过程的调整角度差阶段、C3表示在时间为t₂至t₃的电机运行过程的电流参考值切换阶段、C4表示在时间大于t₃的速度-电流双闭环运行阶段。

如图5所示，在时间为0至t₁的阶段C1，给定电流i_q*采用恒定的启动方案，譬如开环角度θ₂可通过角加速度按照线性或者非线性增加，应被注意的是，如图3及图5所示，电磁转矩在C1阶段是逐渐增大，譬如转矩相应于电流i_q*乘以cosθ_L，初始θ_L＝90°，开环启动以后θ_L逐渐减小，转矩逐渐变大，当大于负载转矩后，电机转子开始转动，电机转子转速逐渐增加，直至时间为t₁，电机转子转速达到预定速度，此时转矩与负载转矩平衡，譬如图3中，q轴为电机转子磁场方向的垂直方向(如图1中θ₁)，而q*轴代表开环位置对应的虚拟q轴的方向(如图1中θ₂)。两者夹角θ_L在C1阶段会从90°逐渐减小，直至电机转子转速基本恒定或者达到给定速度。

如图5所示，在时间为t₁至t₂的阶段C2，时间t₁为开始进行角度差调整的时点，在一示例中，与图4对应，譬如可采用PID或者PI控制的方式，使得给定电流从i_q*逐步调整为i’_q*，其中i’_q*为角度差值θ_L等于对应目标夹角值(ε)时的给定电流值，具体而言，譬如PID控制的参考输入可为目标夹角(ε)，所述目标夹角(ε)譬如可控制在10°(实际可根据不同电机适当调整)，譬如PID控制的反馈输入为位置速度估测器U7(如图1)生成的估测位置θ₁与开环角度θ₂之间的夹角θ_L，PID控制的输出可为转矩，譬如转矩相应的给定电流i_q*。在一实施例中，电机转子转矩＝＝i_q*cosθ_LC(C为常数)，调整的前提是确保电机转子转矩不变(t₁时刻已经与负载转矩平衡)，通过自适应控制算法调整所述给定电流i_q*达到i’_q*，从而实现调整角度差值θ_L，直至角度差值θ_L小于等于所述目标夹角θ_L*。

如图5所示，在时间为t₂至t₃的阶段C3，可进行转矩切换，时间t₂为开始进行转矩切换的时点，时间t₃为完成转矩切换的时点，示意性切换过程可参图4，譬如通过将当前转矩逐步过渡到目标转矩的相应参数，譬如参考电流r1由调整后的给定电流i_q*值(例如i’_q*)切换为所述速度环输出的相应电流i_ω，若两者相差仍然较大，在本发明另一实施例中，还可将调整后的给定电流i_q*通过加权替代逐步替换为所述速度环输出的相应电流，譬如依据观测到的转速和速度环电流信息，设定切换过程的参数(如加权系数及电性参数等)，以实现非直接切换技术方案，可以进一步再减小速度环切入闭环控制系统时的波动，降低对电机运行稳定性造成干扰幅度。从而，在时间为0至t₃的阶段C1至C3，譬如通过自适应控制算法，估测位置(θ_l)与开环角度θ₂之间的夹角θ_L会逐渐减小至目标夹角(θ_L*)，使开环角度和观测角度基本一致，此时可以平滑切换位置，顺畅完成无感永磁同步电机的开环启动过程；另，在时间大于t₃的阶段C4，永磁同步电机的运行进入闭环控制，无感永磁同步电机自调适地稳定运转。

相应地，本发明所述方法的一些实施例的如上内容被描述如下，但不以此为限。

可选地，在一实施例中，所述无感永磁同步电机启动方法依据启动永磁同步电机的电性特征通过滑模观测器算法估算所述估测角度。从而，通过滑模观测器算法，可适应性优化角度估测结果，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。但本发明并不以此为限，也可以通过其它适用于无感电机控制的算法，例如隆伯格(LUENBURGER)算法等,用以生成代表所述电机转子的实际位置的估测位置θ₁及所述电机转子的转速ω(如图1)。

可选地，在一实施例中，当所述电机转子的转速达到预定速度时(例如图5中的t₁时刻)，执行调整所述给定电流的步骤，其中所述电机转子的转速按照线性或非线性增加到所述预定速度。从而，通过所述电机转子的转速按照线性或非线性增加到所述预定速度，所述估测角度在所述电机转子的转速达到预定速度时再被计算，此时估测角度和实际角度基本一致。值得注意的是，电机转子的实际转速通常是从0开始增加，所述增加可以是线性的也可以是非线性的：所述非线性增加可以是采用分段给定速度(ω*，如图1)方式增加，所述线性增加可以从0开始线性增加，本发明并不作此限制。

可选地，在一实施例中，当所述电机转子的转速达到所述预定速度时，所述电机转子的转矩与负载转矩平衡。从而，通过所述电机转子的转矩从0开始增加，通常给定转矩一定会大于负载转矩，当电机转子的转矩大于负载转矩时，电机转子开始转动，从而使得所述电机转子转速逐步增加，当所述电机转子的转速达到所述预定速度时，电机转子的转矩与负载转矩达平衡状态，此后进入调整给定电流阶段，在电机转子转矩基本不变的前提下，通过调整给定电流来调整角度差直至角度差小于目标夹角，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳开环启动及从开环启动平稳切换至闭环运行

可选地，在一实施例中，如图1，所述开环位置(θ₂)依据所述电机转子的转速从所述给定速度(ω*)积分计算得到；其中于执行调整所述给定电流(i_q*)的步骤之前，所述开环角度(θ₂)与所述估测角度(θ₁)同步变化(譬如在转子旋转过程中同步旋转或逐渐增大)，而所述角度差值(θ_L)逐渐减小。可以依据所述电机转子的转速积分计算得到所述开环位置，所述开环位置随时间以相应于所述电机转子转速的方式变化，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。

可选地，在一实施例中，所述无感永磁同步电机启动方法依据启动永磁同步电机的电性特征计算所述电机转子的转速，依据所述转速与参考转速的差量估算所述速度环输出的相应电流。从而，在永磁同步电机切换到闭环运行后，可适应性地依据所述转速与参考转速的差量估算所述速度环输出的相应电流，以便依据启动永磁同步电机的电性特征微调所述电机转子的转速，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。

可选地，在一实施例中，在维持所述电机转子的转矩恒定的情况下，所述无感永磁同步电机启动方法依据所述角度差值与目标夹角的差量通过自适应控制调整所述给定电流。从而，所述给定电流通过所述角度差值与目标夹角的差量进行调整，所述角度差量可以确实映对所述给定转矩特征相应的电流，避免转矩电流与角度差量不协调，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。

可选地，在一实施例中，所述角度差值为所述自适应控制的反馈输入，所述目标夹角为所述自适应控制的参考输入，所述给定电流为所述自适应控制的输出。从而，通过所述角度差值、所述目标夹角分别作为所述自适应控制的反馈输入、参考输入，可以适应性调整输出到给定转矩相应的电流，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。

可选地，在一实施例中，将所述参考电流切换为所述速度环输出的相应电流的步骤更包括：将调整后的所述给定电流(譬如i’_q*)通过加权替代逐步替换为所述速度环输出的相应电流(譬如i_ω)。从而，将所述参考电流与所述速度环输出的相应电流通过加权替代逐步替换，可以减小速度环切入闭环控制系统时的波动，降低对电机运行稳定性造成干扰幅度，使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行。

另一方面，本发明实施例提供一种无感永磁同步电机启动器件，可适用于无感永磁同步电机，用于提供适应不同负载平稳启动及运行的无感永磁同步电机启动方案，譬如硬件解决方案。

在一实施例中，如图6所示，所述无感永磁同步电机启动器件包括开环启动模块D1、角度差调整模块D2及闭环驱动模块D3。所述开环启动模块D1可被配置成基于矢量控制方式，配置参考电流为给定转矩相应的给定电流，依据配置后的所述参考电流开环启动永磁同步电机，在一实施例中，开环启动的初始角度也可以预先给定，譬如通过人为经验、适当实验或人工智能算法预测结果等方式进行给定；所述角度差调整模块D2可被配置成计算代表所述电机转子的实际位置的估测角度，计算给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；所述闭环驱动模块D3可被配置成将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

应被理解的是，如图6所示，所述开环启动模块D1、角度差调整模块D2及闭环驱动模块D3可实现如图1所示的诸多功能模块的相应功能，譬如图1所示的诸多功能可以被适当设置在所述开环启动模块D1、角度差调整模块D2及闭环驱动模块D3中，使所述开环启动模块D1、角度差调整模块D2及闭环驱动模块D3能够协同运行，以实现如图2所示的相关步骤，相关内容可参如上其它实施例，不再赘述。

另一方面，本发明实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件指令，譬如通过C或其它程序语言(program language)实现计算机软件指令，所述计算机软件指令可适用于被配置为由控制器执行如上所述的无感永磁同步电机启动方法。

综上所述，本发明实施例的无感永磁同步电机启动方法、装置、器件及计算机存储介质，通过开环启动永磁同步电机；计算代表所述电机转子的实际位置的估测角度和给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整给定转矩相应的给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

本发明实施例可以实现无感永磁同步电机启动平滑化，最大程度降低开环切闭环过程产生的抖动，实现切换平稳，还能实现大转矩启动，实现电机在不同负载下都能够平稳启动，具有较高鲁棒性。从而，确实使得无感永磁同步电机能够适应不同负载平稳启动及运行，改善现有技术直接切换成闭环运行衍生电机抖动且无法适应不同负载等情况，有利于提升电机控制技术水平与质量。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本发明实施例进行详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

基于矢量控制方式，配置参考电流为给定转矩相应的给定电流，依据配置后的所述参考电流开环启动永磁同步电机；

计算代表电机转子的实际位置的估测角度，计算给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；及

将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

2.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，依据启动永磁同步电机的电性特征通过滑模观测器算法估算所述估测角度。

3.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，当所述电机转子的转速达到预定速度时，执行调整所述给定电流的步骤，其中所述电机转子的转速按照线性或非线性增加到所述预定速度。

4.如权利要求3所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，当所述电机转子的转速达到所述预定速度时，所述电机转子的转矩与负载转矩平衡。

5.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，所述开环角度依据所述给定速度积分计算得到；其中于执行调整所述给定电流的步骤之前，所述开环角度与所述估测角度同步变化，而所述角度差值逐渐减小。

6.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，依据启动永磁同步电机的电性特征计算所述电机转子的转速，依据所述转速与参考转速的差量估算所述速度环输出的相应电流。

7.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，在维持所述电机转子的转矩恒定的情况下，依据所述角度差值与所述目标夹角的差量通过自适应控制调整所述给定电流。

8.如权利要求7所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，所述角度差值为所述自适应控制的反馈输入，所述目标夹角为所述自适应控制的参考输入，所述给定电流为所述自适应控制的输出。

9.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为所述速度环输出的相应电流的步骤更包括：

将调整后的所述给定电流通过加权替代逐步替换为所述速度环输出的相应电流。

10.如权利要求1所述的无感永磁同步电机启动方法，其特征在于，将参考角度从所述开环角度切换为所述估测角度，依据切换后的所述参考角度闭环驱动永磁同步电机。

11.一种无感永磁同步电机启动器件，其特征在于，包括：

开环启动模块，被配置成基于矢量控制方式，配置参考电流为给定转矩相应的给定电流，依据配置后的所述参考电流开环启动永磁同步电机；

角度差调整模块，被配置成计算代表电机转子的实际位置的估测角度，计算给定速度相应的电机转子的开环角度，并且计算角度差值，其中所述角度差值为所述开环角度与所述估测角度的差量，依据所述角度差值与目标夹角的差量调整所述给定电流，直到所述角度差值小于或等于所述目标夹角；及

闭环驱动模块，被配置成将所述参考电流由调整后的所述给定电流切换为速度环输出的相应电流，依据切换后的所述参考电流闭环驱动永磁同步电机。

12.一种无感永磁同步电机启动装置，其特征在于，包括控制器及存储器，所述存储器存储一个或多个程序，所述一个或多个程序被配置为由所述控制器执行如权利要求1-10任一项所述的无感永磁同步电机启动方法。

13.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机软件指令，所述计算机软件指令用于被配置为由控制器执行如权利要求1-10任一项所述的无感永磁同步电机启动方法。

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