CN116345964A - 开绕组电机及其控制方法和装置、计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开绕组电机及其控制方法和装置、计算机可读存储介质，其中，方法包括：获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压；获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，N为正整数；根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压；根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比；根据占空比对电机进行控制。由此，该方法仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

Description

开绕组电机及其控制方法和装置、计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种开绕组电机的控制方法、一种计算机可读存储介质、一种开绕组电机和一种开绕组电机的控制装置。

背景技术

近年来，电机控制系统的应用范围越来越广，在高速运转领域的需求也越来越高。为了实现电机的高速运转，电机端子电压要求也随之增高，变频器的高电压化和弱磁通量控制从而被采用。其中，对于变频器的高电压化，通常采用升压电路的方法，但是随着半导体元件和平滑电容器的耐压性能升高，应用成本也会增大，因此不能够大幅度进行高电压化。而弱磁通量控制会消耗对电机转矩没有贡献的多余电力，从节能的观点来看其应用效果并不理想。

为解决上述问题，目前所采用将三相电机的绕组拉出，用两台变频器进行驱动的技术方案，与常规Y连接三相电机相比，开绕组电机系统可以提供将近两倍的直流母线电压利用率。

此外，由于上述开绕组电机系统的零相电流会导致电机效率下降和产生转矩波纹，为了实施消除这个3倍频率的零相电流，通常设置有零相电流抑制模块，零相电流抑制模块的控制区块线图如图1所示，由比例控制区块21A和共振控制区块21B组成(以下简称PR(ProportionResonant,比例谐振)控制器)，由于零相电流的频率是电机相电流频率的3倍，所以在高速运转时，会受到电流检测延迟的影响，进一步在PR控制器的前段插入如图2所示的相位前移补偿区块21C和对相位前移补偿区块21C而产生的非线形性增益进行抵消的增益补偿区块21D，以此改善相位特性，从而改善电机的高速运转时的控制特性。

将上述图2所对应的方法具体化然后实机做成如图3所示的Simulink模型，增益补偿区块21D会做包括对数计算的计算量非常多的计算，相位前移补偿区块21C也是包含可变系数的传递函数的控制区块，如果将软件安装到计算机中进行计算，那么计算机的计算负载会很重，代码也会很复杂，从而导致上述技术方案难以实际实现。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种开绕组电机的控制方法，仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种开绕组电机。

本发明的第四个目的在于提出一种开绕组电机的控制装置。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种开绕组电机的控制方法，电机包括三相绕组，三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器共用直流母线，方法包括：获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压；获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，N为正整数；根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压；根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比；根据占空比对电机进行控制。

根据本发明实施例的开绕组电机的控制方法，首先获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压，然后获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比，最后根据占空比对电机进行控制。由此，该方法仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

另外，根据本发明上述实施例的开绕组电机的控制方法，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，包括：根据反馈角速度获取零相反馈电流的周期；根据零相反馈电流的采样频率获取N采样时间；根据周期与N采样时间之间的时间差值从历史数据库中获取历史零相反馈电流。

根据本发明的一个实施例，零相反馈电流的周期与反馈角速度之间呈三倍关系。

根据本发明的一个实施例，根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，包括：对零相给定电流与零相反馈电流之间的电流差值进行第一比例控制得到第一电压；对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压；对第一电压和第二电压求和得到零相给定电压。

根据本发明的一个实施例，对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压，包括：对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行第二比例控制得到第三电压；对反馈角速度的三倍的平方与上一时刻的第二电压的乘积进行积分控制得到第四电压；对第三电压与第四电压之间的电压差值进行积分控制得到当前时刻的第二电压。

根据本发明的一个实施例，获取当前时刻电机的零相反馈电流、反馈角速度和转子位置角度，包括：获取电机的三相电流；对三相电流进行坐标变换得到电机的q轴反馈电流、d轴反馈电流和零相反馈电流；根据q轴反馈电流和d轴反馈电流进行位置估计得到反馈角速度和转子位置角度。

根据本发明的一个实施例，获取当前时刻电机的q轴电压和d轴电压，包括：获取电机的给定角速度和dq轴电压；对给定角速度与反馈角速度之间的角度差值进行速度控制得到电机的q轴给定电流；对直流母线电压与dq轴电压之间的电压差值进行弱磁控制得到电机的d轴给定电流；根据q轴给定电流、d轴给定电流、q轴反馈电流和d轴反馈电流进行电流控制得到q轴电压和d轴电压。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有开绕组电机的控制程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，基于上述方法，仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种开绕组电机，包括：三相绕组、第一逆变器、第二逆变器和控制装置，其中，三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器共用直流母线；控制装置包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

根据本发明实施例的开绕组电机，基于上述控制方法，仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出的一种开绕组电机的控制装置，电机包括三相绕组，三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器共用直流母线，装置包括：获取模块，用于获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压；PR控制模块，用于获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压；占空比生成模块，用于根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比；控制模块，用于根据占空比对电机进行控制。

根据本发明实施例的开绕组电机的控制装置，通过获取模块获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压，通过PR控制模块获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，通过占空比生成模块根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比，控制模块根据占空比对电机进行控制。由此，该装置仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

另外，根据本发明上述实施例的开绕组电机的控制装置，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，PR控制模块获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，具体用于：根据反馈角速度获取零相反馈电流的周期；根据零相反馈电流的采样频率获取N采样时间；根据周期与N采样时间之间的时间差值从历史数据库中获取历史零相反馈电流。

根据本发明的一个实施例，PR控制模块中零相反馈电流的周期与反馈角速度之间呈三倍关系。

根据本发明的一个实施例，占空比生成模块根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，具体用于：对零相给定电流与零相反馈电流之间的电流差值进行第一比例控制得到第一电压；对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压；对第一电压和第二电压求和得到零相给定电压。

根据本发明的一个实施例，占空比生成模块对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压，具体用于：对零相给定电流与历史零相反馈电流之间的电流差值进行第二比例控制得到第三电压；对反馈角速度的三倍的平方与上一时刻的第二电压的乘积进行积分控制得到第四电压；对第三电压与第四电压之间的电压差值进行积分控制得到当前时刻的第二电压。

根据本发明的一个实施例，获取模块获取当前时刻电机的零相反馈电流、反馈角速度和转子位置角度，具体用于：获取电机的三相电流；对三相电流进行坐标变换得到电机的q轴反馈电流、d轴反馈电流和零相反馈电流；根据q轴反馈电流和d轴反馈电流进行位置估计得到反馈角速度和转子位置角度。

根据本发明的一个实施例，获取模块获取当前时刻电机的q轴电压和d轴电压，具体用于：获取电机的给定角速度和dq轴电压；对给定角速度与反馈角速度之间的角度差值进行速度控制得到电机的q轴给定电流；对直流母线电压与dq轴电压之间的电压差值进行弱磁控制得到电机的d轴给定电流；根据q轴给定电流、d轴给定电流、q轴反馈电流和d轴反馈电流进行电流控制得到q轴电压和d轴电压。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为相关技术中PR控制器区块示意图；

图2为相关技术中插入相位前移补偿区块以及增益补偿区块的PR控制器区块示意图；

图3为相关技术中插入相位前移补偿区块以及增益补偿区块的Simulink模型示意图；

图4为根据本发明一个实施例的开绕组电机的控制方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的开绕组电机的电路连接示意图；

图6为根据本发明一个实施例的开绕组电机的控制方框示意图；

图7为根据本发明一个具体实施例的一周期前的1采样时间的示意图；

图8为根据本发明一个实施例的控制方法中PR控制器的方框示意图；

图9为根据本发明一个实施例的控制方法的Simulink模型示意图；

图10为根据本发明一个实施例的开绕组电机的控制方法的仿真结果示意图；

图11为相关技术中控制方法的仿真结果示意图；

图12为根据本发明一个实施例的开绕组电机的方框示意图；

图13为根据本发明一个实施例的开绕组电机的控制装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的开绕组电机的控制方法、计算机可读存储介质、开绕组电机和开绕组电机的控制装置。

图4为根据本发明一个实施例的开绕组电机的控制方法的流程图。

如图5所示，在本发明一个实施例中，电机包括三相绕10，三相绕组10的两端分别连接第一逆变器20和第二逆变器30，第一逆变器20和第二逆变器30共用直流母线。

具体而言，上述电机具有三相绕组10，且为开绕组结构，第一逆变器20和第二逆变器30采用三相全桥整流器，每个桥臂上至少由一个电力电子器件串联组成，本实施例中的开关器件采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，即每个逆变器均包括六个IGBT，且第一逆变器20和第二逆变器30的直流侧共用同一直流电源dc，也就是说第一逆变器20和第二逆变器30由同一直流电源dc供电，第一逆变器20和第二逆变器30的输入电压均为V_dc。电机中任一相绕组的一端与第一逆变器20中对应上下桥臂的中心节点相连，另一端与第二逆变器30中对应相上下桥臂的中心接点相连，如图1所示，三相绕组10的一端连接第一逆变器20的节点A、节点B和节点C，另一端连接第二逆变器30的节点D、节点E和节点F。

当第一变频器10和第二变频器20的电源为同一直流电源dc时，电机的零相电流会通过直流链路路径流动，其电机的电压、电流的方程式如下：

I₀＝(I_u+I_v+I_w)/3

V₀＝(V_u+V_v+V_w)/3

其中，p为微分算子，ω_e为电气角速度，θ_e为电气角，I_d为d轴电流，I_q为q相电流，I₀为零相电流，V_d为d轴电压，V_q为q轴电压，V₀为零相电压,L_d为d轴电感，L_q为q轴自感，l_s为漏磁通，Ψ_d为磁铁磁通量基波，Ψ₀为磁铁磁通量3次谐波成分，δ为d轴和磁通量的相位差，I_u、I_v和I_w为电机的三相电流，V_u、V_v和V_w为电机的三相电压。

由此可以看出，该开绕组电机系统的零相电流I₀的频率是电机相电流频率的三倍。

如图4所示，本发明实施例的开绕组电机的控制方法，可包括：

S1，获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压。

如图6所示，根据本发明的一个实施例，获取当前时刻电机的零相反馈电流I₀、反馈角速度ω和转子位置角度θ，包括：获取电机的三相电流(I_u、I_v和I_w)；对三相电流(I_u、I_v和I_w)进行坐标变换得到电机的q轴反馈电流I_q、d轴反馈电流I_d和零相反馈电流I₀；根据q轴反馈电流I_q和d轴反馈电流I_d进行位置估计得到反馈角速度ω和转子位置角度θ。

具体而言，首先可通过设置在电路中的电流传感器对电机的三相电流I_u、I_v和I_w进行实时检测获取，例如，通过设置在A节点和D节点连接形成的电路上的电流传感器获取电流I_u，通过设置在B节点和E节点连接形成的电路上的电流传感器获取电流I_v，通过设置在C节点和F节点连接形成的电路上的电流传感器获取电流I_w，然后将检测获得的I_u、I_v和I_w输入到坐标变换模块1进行坐标变换得到反馈电流I_q、I_d和I₀，q轴和d轴的反馈电流I_q、I_d输出至位置估计模块2，并以此对电机中的转子的位置进行估计得到反馈角速度ω以及转子位置角度θ。

继续参照图6，根据本发明的一个实施例，获取当前时刻电机的q轴电压V_q和d轴电压V_d，包括：获取电机的给定角速度ω_ref和dq轴电压V_dq；对给定角速度ω_ref与反馈角速度ω之间的角度差值进行速度控制得到电机的q轴给定电流I_qref；对直流母线电压V_dc与dq轴电压V_dq之间的电压差值进行弱磁控制得到电机的d轴给定电流I_dref；根据q轴给定电流I_qref、d轴给定电流I_dref、q轴反馈电流I_q和d轴反馈电流I_d进行电流控制得到q轴电压V_q和d轴电压V_d。其中，给定角速度ω_ref可根据实际情况进行标定。

具体而言，给定角速度ω_ref和位置估计模块2输出的反馈角速度ω输入至速度控制模块3，速度控制模块3通过定角速度ω_ref和反馈角速度ω的差值进行速度控制得到给定电流I_qref，将获取的直流母线电压V_dc与dq轴电压V_dq输入弱磁控制模块4，弱磁控制模块4将V_dc和V_dq相减得到的电压差进行弱磁控制得到给定电流I_dref，然后将获取的q轴和d轴的给定电流I_qref、I_dref以及坐标变换模块1输出的q轴和d轴的反馈电流I_q、I_d输入至电流控制模块5，并通过电流控制模块5对其进行控制得到q轴电压V_q和d轴电压V_d。

S2，获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，N为正整数。

也就是说，对当前时间一周期前所存储的历史数据即一周前通过坐标变换获取的零相反馈电流I₀进行调用，以作为与当前时间所对应的历史零相反馈电流，且历史零相反馈电流所对应的时间与当前时间之间的时间差为单位周期时间减去N个采样时间。

需要说明的是，上述采样时间是指所使用计算机的内部处理的单位时间，通常与PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)载波相一致。

下面对历史零相反馈电流的获取方法进行详细说明。

根据本发明的一个实施例，获取零相反馈电流I₀的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，包括：

S201，根据反馈角速度ω获取零相反馈电流I₀的周期T。

根据本发明的一个实施例，零相反馈电流I₀的周期T与反馈角速度ω之间呈三倍关系。

S202，根据零相反馈电流I₀的采样频率获取N采样时间；其中，采样频率也可根据实际应用进行设定。根据采样频率可计算获得单次采样间隔时间t，因此可根据N乘以单次采样间隔时间t获取所需N采样时间N*t。

S203，根据周期T与N采样时间之间的时间差值从历史数据库中获取历史零相反馈电流I′₀。

也就是说，在应用过程中，需要对一周期前的零相反馈电流I₀数据进行存储，从而形成采样时间-零相反馈电流的关系表，当确定当前时间为T2时，此时存储器内存储有T1-T2时间段(一个周期)内的零相反馈电流I₀，并根据N值确定所需调用的采样时间，即将T2前T-N*t时间点所对应的零相反馈电流I₀从历史数据库中调取，记为当前时间T2所对应的历史零相反馈电流I′₀。

下面以N＝1为例进行说明，如图7所示，当前时间为T2，则一周期前的时间T1＝T2-T，存储器内存储有T1-T2时间段内的采样时间-零相反馈电流的对应关系表形成历史数据库，确定所要调用的N*t的时间为一个采样时间即t，T1经过一个采样时间t的时间点为t1，然后将调取t1时刻在上述历史数据可中所对应的零相反馈电流I₀，以此作为当前时间T2所需的历史零相反馈电流I′₀。

需要说明的是，上述正整数N的取值可根据实际情况进行设置。例如，当本控制方法中的相位补偿仅考虑到电流传感器的采样延迟时，可以设为1个采样时间，即N＝1，若同时考虑到电流传感器自身的相位延迟，采用2个采样时间可以达到更好的控制效果，即N＝2。

S3，根据零相给定电流I_0ref、零相反馈电流I₀、历史零相反馈电流I′₀和反馈角速度ω获取电机的零相给定电压V_Oref。

如图6所示，将零相给定电流I_0ref、通过坐标变化模块1获得的电流I₀、上述获取的历史零相反馈电流I′₀以及通过位置估计模块2获得的反馈角速度ω输入至零序电流抑制模块6，并计算得到电压V_0ref。

需要说明的是，上述电机的零相给定电压V_0ref的获取方法根据实际情况进行选择，下面对其获取方法进行详细说明。

根据本发明的一个实施例，根据零相给定电流I_0ref、零相反馈电流I₀、历史零相反馈电流I′₀和反馈角速度ω获取电机的零相给定电压V_0ref，包括：

S301，对零相给定电流I_0ref与零相反馈电流I₀之间的电流差值I_0dev进行第一比例控制得到第一电压V₁。其中，零相给定电流I_Oref始终为0。

如图8所示，零相给定电流I_Oref与零相反馈电流I₀相减得到I_0dev＝-I₀，输入比例控制区块21A，即以比例调节系数K_p进行第一比例控制，得到电压V₁。需要说明的是，上述第一比例控制所采用的比例调节系数可根据实际应用情况进行设定。

S302，对零相给定电流I_0ref与历史零相反馈电流I′₀之间的电流差值进行共振控制得到第二电压V₂。

其中，I_0ref＝0，也就是说，将电流I_0ref和历史零相反馈电流I′₀相减得到的电流差值-I′₀输入至共振控制区块21B进行共振控制，并计算得到第二电压V₂。

根据本发明的一个实施例，对零相给定电流I_0ref与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压V₂，可包括：对零相给定电流I_0ref与历史零相反馈电流I′₀之间的电流差值进行第二比例控制得到第三电压V₃；对反馈角速度ω的三倍的平方与上一时刻的第二电压V₂的乘积进行积分控制得到第四电压V₄；对第三电压V₃与第四电压V₄之间的电压差值进行积分控制得到当前时刻的第二电压V₂。

具体而言，将上述获取的电流I_0ref与历史零相反馈电流I′₀的电流差值-I′₀输入至比例控制模块，以比例控制调节系数K_r进行第二比例控制操作，计算得到第三电压V₃，将上述位置估计模块2获取的反馈角速度ω代入公式ω₀＝(3ω)²计算得到ω₀，然后将ω₀与上一时刻获取的第二电压V₂相乘，并进行积分控制，计算得到第四电压V₄，对第三电压V₃与第四电压V₄相减得到的电压差值再次进行积分控制计算获得当前时刻的第二电压V₂。

也就是说，在V₂计算过程中，需要对当前时刻的V₂进行保存，以便代入获取下一时刻的V₂。上述计算所需参数可根据实际情况进行设定。

此外，上述第二电压V₂的获取方法也与电机转速n相关，根据本发明的一个实施例，上述方法还包括：当根据反馈角速度ω确定电机的转速n大于预设转速n_ref时，对零相给定电流I_0ref与历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压V₂；当根据反馈角速度ω确定电机的转速n小于等于预设转速n_ref时，对零相给定电流I_0ref与零相反馈电流I₀之间的电流差值I_0dev进行共振控制得到第二电压V₂。其中，所述预设转速n_ref可根据实际应用进行设定。

具体来说，根据反馈角速度ω通过计算得到当前电机的转速n，若ω的单位为rad/s，转速n的单位为r/min，则角速度与转速的关系可通过公式ω＝n×π/30进行表示，由此，可通过该公式计算得到当前电机的转速n，然后将当前转速n与预设转速n_ref作比较，若n大于n_ref，将零相给定电流I_0ref与历史零相反馈电流的电流差值输入共振控制区块21B，并计算获得第二电压V₂。若n小于等于n_ref，则通过共振控制I_0ref与I₀的电流差值得到第二电压V₂。也就是说，根据当前电机转速n与预设转速n_ref的大小关系，对共振控制区块21B的输入量进行控制和改变。也就是说，重复控制区块21E在电机的低速区域内不进行补偿。

S303，对第一电压V₁和第二电压V₂求和得到零相给定电压V_0ref。

也就是说，零相给定电压V_0ref的计算公式为：

V_0ref＝V₁+V₂

其中，V_0ref为零相给定电压，V₁为第一电压，V₂为第二电压。

S4，根据零相给定电压V_0ref、转子位置角度θ、q轴电压V_q、d轴电压V_d和直流母线电压V_dc获取第一逆变器20和第二逆变器30的占空比。

具体来说，将上述通过零序电流抑制模块输出的V_0ref、位置估计模块2输出的θ、电流控制模块输出的V_q、V_d以及直流母线电压V_dc输入至空间矢量调制模块7，并通过空间矢量调制方法计算得到第一逆变器20和第二逆变器30的占空比，输出与第一逆变器20中六个晶体管分别对应的控制信号U1、V1、W1、X1、Y1、Z1，以及与第二逆变器30中的晶体管分别对应的控制信号U2、V2、W2、X2、Y2、Z2。

S5，根据占空比对电机进行控制。也就是说，将上述空间矢量调制模块7输出的控制信号U1、V1、W1、X1、Y1、Z1、U2、V2、W2、X2、Y2、Z2对第一逆变器20和第二逆变器30进行控制，从而实现对电机的控制操作。

本发明实施例的控制方法，首先将电机的三相电流I_u、I_v和I_w通过坐标变换模块1获得反馈电流I_q、I_d和I₀，反馈电流I_q、I_d输出进入位置估计模块2得到转子位置角度θ以及反馈角速度ω，给定角速度ω_ref和反馈角速度ω输入至速度控制模块3得到给定电流I_qref，直流母线电压V_dc与dq轴电压V_dq输入弱磁控制模块4给定电流I_dref，给定电流I_qref、I_dref以及反馈电流I_q、I_d输入至电流控制模块5，并通过电流控制模块5得到电压V_q、V_d，零相给定电流I_0ref、电流I₀、历史零相反馈电流以及反馈角速度ω输入至零序电流抑制模块6，并计算得到电压V_0ref，最后，通过零相给定电压V_0ref、转子位置角度θ、q轴电压V_q、d轴电压V_d和直流母线电压V_dc输入至空间矢量调制模块7计算得到第一逆变器20和第二逆变器30的占空比，并由此输出控制信号U1、V1、W1、X1、Y1、Z1以及U2、V2、W2、X2、Y2、Z2至第一逆变器20和第二逆变器30，从而实现对电机进行控制。

其中，上述零序电流抑制模块6内的控制区块如图8所示，零相给定电流I_0ref与零相反馈电流I₀相减，输入比例控制区块21A，即以比例调节系数K_p进行第一比例控制，得到第一电压V₁，将电流I_0ref和历史零相反馈电流相减得到的电流差值输入至共振控制区块21B，计算得到第二电压V₂，通过上述控制方法获得的第二电压V₂与P控制器(即比例控制区块21A)输出的第一电压V₁相加得到零相给定电压V_0ref。

此外，上述控制方法在PR控制器的R(Resonant，谐振)控制器(即共振控制区块21B)的前端插入用K_k表示的控制区块即重复控制区块21E，来改善相位特性，将上述控制方法具体化后形成的如图9所示的Simulink模型。在图9所示的Simulink模型中，直接以I₀作为比例控制区块21A的输入以及重复控制区块21E、共振控制区块21B的输入，其中，反馈角速度ω输入开关控制模块，从而根据ω值控制共振控制区块21B的输入端连接重复控制区块21E的输出端还是I₀，也就是说，通过ω值决定是对历史零相电流I′₀还是零相电流I₀进行共振控制，然后将区块21A与区块21B分别计算获取的电压之和乘以-1，得到与图8相对应的零相给定电压V_0ref。

上述图8中K_k的控制区块对应于图9中所标注的重复控制区块21E，以N＝1为例，即通过将与电机转数n成正比的3次谐波成分(零相反馈电流I₀)的1周期前1采样时间后的历史零相反馈电流输入到R控制器，从而改善相位特性。也就是说，该控制方法采用零相反馈电流I₀1个周期前1采样时间所对应的历史零相反馈电流作为延迟处理。

具体来说，首先通过反馈角速度ω计算得到电机转数n，继而根据电机转数n计算3次谐波的周期T即零相反馈电流I₀的周期，然后将1个周期T内的所对应的零相反馈电流I₀进行存储，若1采样时间为s，那么可以通过延迟时间处理区块21F来取得时间点T-s，进而调取存储器内预先存储T-s时刻所对应的零相反馈电流I₀作为历史零相反馈电流I′₀输入至共振控制区块21B。若1周期前的3次谐波成分的历史零相反馈电流I′₀的电流值与当前反馈电流I₀的电流值几乎没有变化，就将该历史零相反馈电流I′₀看作是对当前零相反馈电流I₀在1个采样时间之后的零相反馈电流值的预测，然后输入到R控制器，由此改善相位特性。上述重复控制区块21E所采用的处理过程简单，且不需要对数计算等复杂且负载较大的计算处理，可以通过微型计算机的软件进行处理，降低了应用成本。

进一步地，重复控制区块21E在电机的低速区域内不进行补偿，也就是说，当电机转速n大于预设转速n_ref时，将零相给定电流I_0ref与上述得到的历史零相反馈电流之间的电流差值输入共振控制区块21B，得到第二电压V₂，而当电机转速n小于等于预设转速n_ref时，直接将零相给定电流I_0ref与零相反馈电流I₀之间的电流差值输入I_0dev输入共振控制区块21B共振控制得到第二电压V₂。

综上，本方法仅需对三相电机的3次谐波成分的1周期内的采样值存储在存储器中，然后将它1周期前的1个采样时间后的数据提取出来，进而完成滞后处理的布置应用，因此不需要对数计算等复杂且负载较大的计算处理，可以用低成本的微型计算机来实现上述控制过程。

此外，上述控制方法具有很高的有效性，尤其是适用于加减速比较缓慢的电机应用情况，例如空调等。以电机转速为6000rpm为例，对上述控制方法进行仿真操作，图10显示的是具有图8和图9中显示的增益抵消区块重复控制区块21E的控制仿真结果，而图11显示的是具有如图1所示的没有相位补偿控制区块的仿真结果，可以看出，图10相对于图11的零相反馈电流I₀减少，抑制效果得到了提升，由此验证了该控制方法的有效性。

综上，根据本发明实施例的开绕组电机的控制方法，首先获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压，然后获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比，最后根据占空比对电机进行控制。由此，该方法仅需对一周期内的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

对应上述实施例，本发明还提出了一种计算机可读存储介质。

本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储有开绕组电机的控制程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，基于上述开绕组电机的控制方法，仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

对应上述实施例，本发明还提出了一种开绕组电机。

如图12所示，本发明实施例的开绕组电机，可包括：三相绕组10、第一逆变器20、第二逆变器30和控制装置40。

其中，三相绕组10的两端分别连接第一逆变器20和第二逆变器30，第一逆变器20和第二逆变器30共用直流母线。控制装置40包括存储器41和处理器42，存储器41存储有计算机程序，处理器42执行计算机程序时实现上述方法的步骤。

根据本发明实施例的开绕组电机，基于上述开绕组电机的控制方法，仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

对应上述实施例，本发明还提出了一种开绕组电机的控制装置。

如图13所示，本发明实施例的开绕组电机的控制装置，电机包括三相绕组，三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，第一逆变器和第二逆变器共用直流母线，装置可包括：获取模块60、PR控制模块70、占空比生成模块80和控制模块90。

其中，获取模块60用于获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压。PR控制模块70用于获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压。占空比生成模块80用于根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比。控制模块90用于根据占空比对电机进行控制。

需要说明的是，本发明实施例的开绕组电机的控制装置中未披露的细节，请参照本发明上述实施例的开绕组电机的控制方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的开绕组电机的控制装置，通过获取模块获取当前时刻电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压，通过PR控制模块获取零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据零相给定电流、零相反馈电流、历史零相反馈电流和反馈角速度获取电机的零相给定电压，通过占空比生成模块根据零相给定电压、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压获取第一逆变器和第二逆变器的占空比，控制模块根据占空比对电机进行控制。由此，该装置仅需对一周期前的历史零相反馈电流进行存储，不需要进行复杂且负载较大的数据计算处理，可以使用低成本的微型计算机来实现。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种开绕组电机的控制方法，其特征在于，所述电机包括三相绕组，所述三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器和所述第二逆变器共用直流母线，所述方法包括：

获取当前时刻所述电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压；

获取所述零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，N为正整数；

根据所述零相给定电流、所述零相反馈电流、所述历史零相反馈电流和所述反馈角速度获取所述电机的零相给定电压；

根据所述零相给定电压、所述转子位置角度、所述q轴电压、所述d轴电压和所述直流母线电压获取所述第一逆变器和所述第二逆变器的占空比；

根据所述占空比对所述电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，包括：

根据所述反馈角速度获取所述零相反馈电流的周期；

根据所述零相反馈电流的采样频率获取所述N采样时间；

根据所述周期与所述N采样时间之间的时间差值从历史数据库中获取所述历史零相反馈电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述零相反馈电流的周期与所述反馈角速度之间呈三倍关系。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述零相给定电流、所述零相反馈电流、所述历史零相反馈电流和所述反馈角速度获取所述电机的零相给定电压，包括：

对所述零相给定电流与所述零相反馈电流之间的电流差值进行第一比例控制得到第一电压；

对所述零相给定电流与所述历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压；

对所述第一电压和所述第二电压求和得到所述零相给定电压。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述零相给定电流与所述历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压，包括：

对所述零相给定电流与所述历史零相反馈电流之间的电流差值进行第二比例控制得到第三电压；

对所述反馈角速度的三倍的平方与上一时刻的第二电压的乘积进行积分控制得到第四电压；

对所述第三电压与所述第四电压之间的电压差值进行积分控制得到当前时刻的第二电压。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当根据所述反馈角速度确定所述电机的转速大于预设转速时，对所述零相给定电流与所述历史零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压；

当根据所述反馈角速度确定所述电机的转速小于等于所述预设转速时，对所述零相给定电流与所述零相反馈电流之间的电流差值进行共振控制得到第二电压。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取当前时刻所述电机的零相反馈电流、反馈角速度和转子位置角度，包括：

获取所述电机的三相电流；

对所述三相电流进行坐标变换得到所述电机的q轴反馈电流、d轴反馈电流和所述零相反馈电流；

根据所述q轴反馈电流和所述d轴反馈电流进行位置估计得到所述反馈角速度和所述转子位置角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获取当前时刻所述电机的q轴电压和d轴电压，包括：

获取所述电机的给定角速度和dq轴电压；

对所述给定角速度与所述反馈角速度之间的角度差值进行速度控制得到所述电机的q轴给定电流；

对所述直流母线电压与所述dq轴电压之间的电压差值进行弱磁控制得到所述电机的d轴给定电流；

根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、所述q轴反馈电流和所述d轴反馈电流进行电流控制得到所述q轴电压和所述d轴电压。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有开绕组电机的控制程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

10.一种开绕组电机，其特征在于，包括：三相绕组、第一逆变器、第二逆变器和控制装置，其中，

所述三相绕组的两端分别连接所述第一逆变器和所述第二逆变器，所述第一逆变器和所述第二逆变器共用直流母线；

所述控制装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

11.一种开绕组电机的控制装置，其特征在于，所述电机包括三相绕组，所述三相绕组的两端分别连接第一逆变器和第二逆变器，所述第一逆变器和所述第二逆变器共用直流母线，所述装置包括：

获取模块，用于获取当前时刻所述电机的零相给定电流、零相反馈电流、反馈角速度、转子位置角度、q轴电压、d轴电压和直流母线电压；

PR控制模块，用于获取所述零相反馈电流的一周期前N采样时间后的历史零相反馈电流，并根据所述零相给定电流、所述零相反馈电流、所述历史零相反馈电流和所述反馈角速度获取所述电机的零相给定电压；

占空比生成模块，用于根据所述零相给定电压、所述转子位置角度、所述q轴电压、所述d轴电压和所述直流母线电压获取所述第一逆变器和所述第二逆变器的占空比；

控制模块，用于根据所述占空比对所述电机进行控制。

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