CN117040339B - 一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质，利用多阶泰勒展开处理定子电流方程，得到离散精度高的定子电流方程；固定离散精度高的定子电流方程的参数得到参数固定的定子电流方程，参数固定的定子电流方程的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项，扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对前馈处理项进行第一次前馈处理；依据最优估计思想获取扰动值，将扰动值代入参数固定的定子电流方程，并对代入扰动值的参数固定的定子电流方程中的扰动值项进行第二次前馈处理，修正上述误差，使得永磁同步电机矢量解耦的效果达到最佳。
Description
技术领域
本申请属于永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
永磁同步电机现有的PI（PI controller，比例积分控制器）矢量解耦策略主要是
从数学模型的角度把常规的定子电压方程中的轴、轴的耦合项进行前馈处理。
在已知技术中，常规的定子电压方程由于存在建模误差并不能准确描述电机的实
际行为。并且当电机实际参数与控制参数不一致时会出现轴、轴电动势相互耦合的情
况。上述的两种情况都会影响矢量解耦的效果，极大的影响PI控制器的功能表现。
已知技术中，一般采用基于一阶泰勒展开的前向欧拉离散方法对永磁同步电机
轴、轴的定子电压方程进行处理，得到被控对象的离散模型，之后对被控对象的离散模型
的耦合项进行前馈处理。定子电压方程本来就存在一定的建模误差，采用一阶泰勒展开并
且忽略其它非线性项的处理方式，会因该处理方式的离散思想进一步加大定子电压方程的
精度损失，由此得知，已知技术中的永磁同步电机矢量解耦的效果差。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置和存储介质，以用于解决已知技术中矢量解耦效果差的问题。
为解决上述问题，本申请提供如下方案：
一种永磁同步电机矢量解耦方法，包括：
获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程；
依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程；
获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理；
依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
可选的，所述获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程，包括：
获取所述基于时间域的定子电流方程：
其中，为轴的电流；为轴的电流；为定子电阻；为定子轴的电感；
为定子轴的电感；为轴的电压；为轴的电压；为转子磁链角速度；为离散控
制周期；为转子磁链；为耦合项；所述基于时间域的定子电流方程已实现轴和轴
电流的部分解耦。
可选的，所述依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程，包括：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程；
依据电流环控制周期短的特性，对所述求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程。
可选的，所述依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程，包括：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程：
其中，为当前的采样时刻；；。
可选的，所述依据电流环控制周期短的特性，对所述求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程，包括：
依据所述电流环控制周期短的特性，将所述求导后的定子电流方程的状态变量在处进行多阶泰勒展开：
并将所述求导后的定子电流方程代入，得到所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程：
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程改写为更为简洁形式表达的定子电流方程：
其中，和都是二乘二的对角矩阵；为代表耦合项的二乘一的矩阵。
可选的，所述获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，包括：
获取所述永磁同步电机的固定电感、固定定子电阻和固定转子磁链；
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程中的电感、定子电阻和转子磁链更换为所述固定电感、所述固定定子电阻和所述固定转子磁链，得到所述参数固定的定子电流方程；所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；
所述参数固定的定子电流方程为：
其中，为定子轴的电感标称值；为定子轴的电感标称值；为定子电
阻标称值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在的测量误差值和定子电流方
程本身的建模误差值的轴的扰动值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在
的测量误差值和定子电流方程本身的建模误差值的轴的扰动值；为所述前馈处理
项，是二乘一的矩阵，。
可选的，所述依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果，包括：
依据所述最优估计思想，同时确定轴和轴的扰动值，所述扰动值服从正态分
布；
将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，得到代入扰动值的定子电流方程：
其中，为和的函数；为和的函数；
为的函数；为的函数；
对所述代入扰动值的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
一种永磁同步电机矢量解耦装置，包括：
获取单元、处理单元、第一前馈处理单元和第二前馈处理单元，其中：
所述获取单元，用于获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程；
所述处理单元，用于依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程；
所述第一前馈处理单元，用于获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理；
所述第二前馈处理单元，用于依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
一种永磁同步电机矢量解耦设备，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以实现如上文任意一项所述的永磁同步电机矢量解耦方法。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现如上文任一项所述的永磁同步电机矢量解耦方法。
由以上方案可知，本申请公开的永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质，先获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程，依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理基于时间域的定子电流方程，运用多阶泰勒展开的处理方式可以得到离散精度高的定子电流方程。
获取永磁同步电机的固定参数，依据固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，参数固定的定子电流方程的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项，对前馈处理项进行第一次前馈处理。将参数时变的电机系统转换成了参数固定的电机系统进行控制，降低了电机系统的控制难度。
依据最优估计思想获取扰动值，将扰动值代入参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的参数固定的定子电流方程中的扰动值项进行第二次前馈处理，得到永磁同步电机的最终矢量解耦结果。设置并获取用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差的扰动值项，并对扰动值项进行第二次前馈处理，修正上述误差，使得永磁同步电机矢量解耦的效果达到最佳。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的永磁同步电机矢量解耦方法的一种流程示意图；
图2是本申请提供的永磁同步电机矢量解耦装置的组成结构图；
图3是本申请提供的永磁同步电机矢量解耦设备的硬件结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
需要注意，本申请中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本申请中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
已知技术中的常规的永磁同步电机的数学模型、常规的解耦方法以及产生的问题如下：
永磁同步电机轴、轴的定子电压方程为：
其中，为定子电压 ；为定子电流 ；为定子电阻 ；为定子交直轴电 ；为转子磁链 ；为转子磁链角速度 ；是微分算子，可以表示为。
需要说明的是，常规的PI矢量解耦控制策略主要是将上述定子电压方程中的作为前馈处理项进行前馈处理。但是，由于电机运行时工况的各种各样，电
机的参数会随着运行工况的变化而变化，这就很容易出现电机实际参数与控制器中使用的
电机参数不一致的情况，从而引起交叉耦合解耦不彻底的问题，影响PI控制器的控制表现。
例如，永磁同步电机轴电感的实际值为，该实际电感值会随着电机的运行工
况发生变化，但是控制器中采用电感标称值，两个参数不一致，会引起交叉耦合解耦不
彻底的问题。
在已知技术中，由于电机运行工况的多变，很难获取电机随工况变化的实际参数，为了便于控制，控制器中的电机参数一般取固定值或者按照某一固定规律变化的电机参数值。需要说明的是，实际的电机参数往往是一个范围，采用固定的值或按照某一固定规律变化的电机参数，这样的处理方式会损失被控对象模型（定子电流方程或者定子电压方程）的精度。
进一步的，采用常规前向欧拉离散方法，将上述永磁同步电机轴、轴的定子电
压方程处理为永磁同步电机轴、轴定子电流离散数学方程：
其中，为定子轴电压；为定子轴电压；为定子轴的电流；为定子轴
的电流；为定子电阻；为转子磁链角速度；为转子磁链；为离散控制周期。
之后，应用常规的永磁同步电机的轴的矢量解耦策略：
将永磁同步电机轴、轴定子电流离散数学方程进一步变形为：
需要说明的是，在上述变形过程中，采用的前向欧拉法实际上是忽略其它非线性项的基于一阶泰勒展开的方法：
该方法会给被控对象模型的精度造成很大的损失：在实际应用中，虽然精确的被控对象模型很难获得，但是，常规的矢量解耦中采用的前向欧拉法的离散思想会进一步加大被控对象模型的精度损失，致使PI矢量解耦的效果变差。
为了解决在已知技术中的常规的永磁同步电机的数学模型、常规的解耦方法中出现的上述问题，本申请提出了一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质。本申请在提高被控对象模型精度的基础上又大大提高了永磁同步电机矢量解耦的效果，同时提升了PI控制参数的工况适用性。
参见图1，本申请提供的永磁同步电机矢量解耦方法的一种流程示意图，如图所示，永磁同步电机矢量解耦方法包括以下步骤：
步骤101、获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程。
描述永磁同步电机特性的方程有很多种形式，上文中“已知技术中的常规的永磁
同步电机的数学模型、常规的解耦方法以及产生的问题”这一部分中提到的永磁同步电机轴、轴的定子电压方程为一种形式；而在本申请中获取的基于时间域的定子电流方程为
另一种形式。
需要说明的是，定子电压方程和定子电流方程实际上都是描述永磁同步电机特性的方程，二者没有本质的差别，方程的命名为定子电压方程还是定子电流方程取决于方程左边的参数为电压还是电流，如果方程左边的参数为电压就是定子电压方程，如果方程左边的参数是电流就命名为定子电流方程。本申请中获取的是基于时间域的定子电流方程，该方程将定子电流方程的复矢量形式转化为时间域的形式，原因是基于时间域的定子电流方程方便进行解耦。
本申请获取的永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程可以为：
其中，为轴的电流 ；为轴的电流 ；为定子电阻 ；为定子轴的电感
；为定子轴的电感 ；为轴的电压 ；为轴的电压 ；为转子磁链角速度 ；为
离散控制周期 ；为转子磁链 ；为耦合项。
从该方程可以看出来，如果暂时忽略耦合项，该方程的前半部分已经实现了
轴和轴的解耦。需要说明的是，上述基于时间域的定子电流方程是永磁同步电机理论上
的运行工况方程，由于理论模型不能完全复刻永磁同步电机的实际运行情况，所以上述基
于时间域的定子电流方程相较于永磁同步电机实际运行工况存在一定的误差。
步骤102、依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程。
电压和转子磁链角速度的特性为：在每个控制周期中近似不变，这样就可以认为
电压和转子磁链角速度为固定不变的数值；电流环周期特性为控制周期通常很短，这
样就可以认为相邻周期的定子电流方程是几乎不变的；利用多阶泰勒展开的处理方式相较
于已知技术中使用的一阶泰勒展开的处理方式，可以得到离散精度更高的定子电流方程。
可选的，依据电压和转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程；依据电流环控制周期短的特性，对求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程。
具体的，先依据电压和转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程，求导过程如下：
其中，为当前的采样时刻；；。
之后，依据电流环控制周期短的特性，对求导后的定子电流方程中进行多阶泰勒展开。需要说明的是，对求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，这里是将连续的参数进行离散化处理，相较于已知技术中采用一阶泰勒展开处理的方式，本申请中的处理方式中的定子电流方程的模型精度损失小。同时，由于采用离散化的处理思想，会产生定子电流方程相较于永磁同步电机实际运行的误差，同样的，该误差相对于已知技术中采用一阶泰勒处理方式产生的误差小了很多。
具体的，将求导后的定子电流方程的状态变量在处进行多阶泰勒展
开：
并将上述求导后的定子电流方程代入，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程：
最后，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程改写为更为简洁形式表达的定子电流方程：
其中，和都是二乘二的对角矩阵；为代表耦合项的二乘一的矩阵。
到此，本申请将最开始的基于时间域的定子电流方程已经处理为更为简洁形式表达的定子电流方程。该过程关键的一步是利用多阶泰勒展开的原理对基于时间域的定子电流方程进行了处理，能够更加精准的描述永磁同步电机的实际行为，为后面永磁同步电机的高精度控制做好了模型准备。
步骤103、获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理。
永磁同步电机的固定参数可以理解为电机中各参数的标称值。本申请将随电机的工况而发生变化的电感、电阻和转子磁链转换为永磁同步电机中的电感标称值、定子电阻标称值和转子磁链标称值，将参数时变的电机系统转换成了参数固定的电机系统。该处理方式一方面是可以降低电机系统的控制难度，另一方面是利于后续求得的扰动值更加的精确。
可选的，获取永磁同步电机中的电感标称值、定子电阻标称值和转子磁链的标称值，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程中的电感、定子电阻和转子磁链更换为电感标称值、定子电阻标称值和转子磁链的标称值，得到参数固定的定子电流方程，该参数固定的定子电流方程为：
其中，为定子轴的电感标称值；为定子轴的电感标称值；为定子电
阻标称值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在的测量误差值和定子电流方
程本身的建模误差值的轴的扰动值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在
的测量误差值和定子电流方程本身的建模误差值的轴的扰动值；为前馈处理项，是
二乘一的矩阵，。
需要说明的是，表示仅仅是和的函数，后面可以
统一表示为；仅仅表示为和的函数，后面统一表示为；仅仅表示是的函数，后面统一表示为；表示
仅仅为的函数，后面统一表示为。
可以看到的是，应用在控制器中的参数固定的定子电流方程中的前馈处理项中的电感、定子电阻和转子磁链也都更换为了永磁同步电机中的电感标称值、定子电阻标称值和转子磁链标称值，使得第一次前馈处理进行的快速简便。
需要说明的是，永磁同步电机中的控制算法中所使用的电机参数一旦确定基本上就不会改动，当控制算法所使用的电机参数与实际参数不一致时，就会出现模型失配的问题，上述参数固定的定子电流方程清楚的表示出模型失配问题。
本申请中使用永磁同步电机中的固定参数替换基于多阶泰勒展开的定子电流方程中电感、定子电阻和转子磁链。而实际应用中，控制器的实际电感、实际定子电阻和实际转子磁链是会随着电机的实际运行工况的变化而变化，将控制器中的参数固定为永磁同步电机中的参数标称值，但是该处理方式不可以避免的会产生一定的误差。
扰动值项的设置就是为了修正参数固定引起的误差、量测系统存在误差以及考虑到实际运行中定子电流方程作为理论模型本身的不足而产生的定子电流方程本身的建模误差，求得并补偿上述误差后，能够使得永磁同步电机的运行效果达到最佳。
步骤104、依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
需要说明的是，最优估计思想为卡尔曼滤波最优估计，最优估计是用于对某一感兴趣的变量，进行一系列的观测后，从获取的测量数据中以某一种最优指标对感兴趣的变量进行估算的算法。
本申请中，采用最优估计算法同时获取轴和轴的扰动值和，采用最优估
计算法是考虑到实际电机系统中传感器的测量误差会引起轴的耦合，通过暂时忽略常
规永磁电机轴耦合项，将复杂的耦合系统转化成易于处理的轴的相互解耦的简单的
系统进行处理。扰动值获取的具体过程如下：
假设服从均值为，方差为的正态分布；服从均值为，方差为的正
态分布。
以轴的扰动值的获取为例：
由参数固定的定子电流方程中矩阵的基本运算可以得到如下轴对应的等式关
系：
其中，为第一次前馈处理掉的内容，进行完第一次前馈处理后在实际应用中对
电机系统几乎没有影响，可以暂时忽略。
应用最优估计思想，可以将轴对应的等式关系改写为含有值的方程组：
其中，表示轴传感器系统中存在的包含因参数失配在内的等效扰动值的
方差；和可以看为中间变量。可以理解的是，该中间变量可以不断地迭代，自
动更新下一时刻的值，从而更新，由上述方程组可以得知，轴的扰动值为。
对应的，轴的扰动值的获取过程如下：
由参数固定的定子电流方程中矩阵的基本运算可以得到如下轴对应的等式关
系：
其中，为第一次前馈处理掉的内容，进行完第一次前馈处理后在实际应用中对
电机系统几乎没有影响，可以暂时忽略。
应用最优估计思想，可以将轴对应的等式关系改写为含有值的方程组：
其中，表示轴传感器系统中存在的包含因参数失配在内的等效扰动值的
方差；和可以看为中间变量。可以理解的是，该中间变可以不断地迭代，自动
更新下一时刻的值，从而更新，由上述方程组可以得知，轴的扰动值为。
至此已经获取到了两个轴的扰动值，在获取的过程中，将已知的耦合项暂时忽略，即可将复杂的耦合的电机耦合系统转化成易于处理的相互解耦的简单的电机系统进行处理。
之后，将求得的扰动值代入到上文中的参数固定的定子电流方程中，得到代入扰动值的定子电流方程：
最后对代入扰动值的定子电流方程中的扰动值项进行第二次前馈处理，至此，永磁同步电机经过两次前馈处理后，实现了真正的矢量解耦。这里主要是通过第二次前馈处理补偿偏离控制器参数的扰动值，同时将永磁同步电机的耦合项完全解耦成相互独立的部分。
综上所述，本申请公开的永磁同步电机矢量解耦方法，先获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程，依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理基于时间域的定子电流方程，运用多阶泰勒展开的处理方式可以得到离散精度高的定子电流方程。
获取永磁同步电机的固定参数，依据固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，参数固定的定子电流方程的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项，对前馈处理项进行第一次前馈处理。将参数时变的电机系统转换成了参数固定的电机系统进行控制，降低了电机系统的控制难度。
依据最优估计思想获取扰动值，将扰动值代入参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的参数固定的定子电流方程中的扰动值项进行第二次前馈处理，得到永磁同步电机的最终矢量解耦结果。设置并获取用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差的扰动值项，并对扰动值项进行第二次前馈处理，修正上述误差，使得永磁同步电机矢量解耦的效果达到最佳。
简单来说，本申请利用多阶泰勒展开处理定子电流方程，得到离散精度高的定子电流方程；固定离散精度高的定子电流方程的参数得到参数固定的定子电流方程，参数固定的定子电流方程的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项，扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对前馈处理项进行第一次前馈处理；依据最优估计思想获取扰动值，将扰动值代入参数固定的定子电流方程，并对代入扰动值的参数固定的定子电流方程中的扰动值项进行第二次前馈处理，修正上述误差，使得永磁同步电机矢量解耦的效果达到最佳。
对于上述永磁同步电机矢量解耦方法，本申请还提供了一种永磁同步电机矢量解耦装置，该装置的组成如图2所示。
包括获取单元10、处理单元20、第一前馈处理单元30和第二前馈处理单元40。
获取单元10，用于获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程；
处理单元20，用于依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理基于时间域的定子电流方程；
第一前馈处理单元30，用于获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理；
第二前馈处理单元40，用于依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
在一实施方式中，获取单元10，具体用于：
获取基于时间域的定子电流方程：
其中，为轴的电流；为轴的电流；为定子电阻；为定子轴的电感；
为定子轴的电感；为轴的电压；为轴的电压；为转子磁链角速度；为离散控
制周期；为转子磁链；为耦合项；所述基于时间域的定子电流方程已实现轴和轴
电流的部分解耦。
在一实施方式中，处理单元20，具体用于：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程；
依据电流环控制周期短的特性，对所述求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程。
在一实施方式中，处理单元20，具体用于：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程：
其中，为当前的采样时刻；；。
在一实施方式中，处理单元20，具体用于：
依据所述电流环控制周期短的特性，将所述求导后的定子电流方程的状态变量在处进行多阶泰勒展开：
并将所述求导后的定子电流方程代入，得到所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程：
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程改写为更为简洁形式表达的定子电流方程：
其中，和都是二乘二对角矩阵；为代表耦合项的二乘一的矩阵。
在一实施方式中，第一前馈处理单元30，具体用于：
获取所述永磁同步电机的固定电感、固定定子电阻和固定转子磁链；
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程中的电感、定子电阻和转子磁链更换为所述固定电感、所述固定定子电阻和所述固定转子磁链，得到所述参数固定的定子电流方程；所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；
所述参数固定的定子电流方程为：
其中，为定子轴的电感标称值；为定子轴的电感标称值；为定子电
阻标称值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在的测量误差值和定子电流方
程本身的建模误差值的轴的扰动值；为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在
的测量误差值和定子电流方程本身的建模误差值的轴的扰动值；为所述前馈处理
项，是二乘一的矩阵，。
在一实施方式中，第二前馈处理单元40，具体用于：
依据所述最优估计思想，同时确定轴和轴的扰动值，所述扰动值服从正态分
布；
将所述扰动值代入所述包含扰动值项的参数固定的定子电流方程中，得到代入扰动值的定子电流方程：
其中，为和的函数；为和的函数；
为的函数；为的函数；
对所述代入扰动值的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
可选的，本申请还提供了一种永磁同步电机矢量解耦设备，如图3所示的本申请提供的永磁同步电机矢量解耦设备的硬件结构框图，主要包括处理器1和存储器3，并且至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4。
所述存储器3用于存储指令；
所述处理器1用于执行所述存储器中存储的指令，以实现永磁同步电机矢量解耦方法的各个处理流程。
另外，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现永磁同步电机矢量解耦方法的各个处理流程。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
为了描述的方便，描述以上系统或装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (4)
1.一种永磁同步电机矢量解耦方法，其特征在于，包括：
获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程；
依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程；
获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理；
依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果；
其中，所述获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程，包括：
获取所述基于时间域的定子电流方程：
其中，id为d轴的电流；iq为q轴的电流；Rs为定子电阻；Ld为定子d轴的电感；Lq为定子q轴的电感；ud为d轴的电压；uq为q轴的电压；ωe为转子磁链角速度；Ts为离散控制周期；为转子磁链；Gk为耦合项；所述基于时间域的定子电流方程已实现d轴和q轴电流的部分解耦；
其中，所述依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程，包括：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程；
依据所述电流环控制周期短的特性，对所述求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程；
其中，所述依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程，包括：
依据所述电压和所述转子磁链角速度在每个控制周期近似不变的特性，对所述基于时间域的定子电流方程求导，得到求导后的定子电流方程：
...
...
其中，k为当前的采样时刻；
其中，所述依据所述电流环控制周期短的特性，对所述求导后的定子电流方程进行多阶泰勒展开，得到基于多阶泰勒展开的定子电流方程，包括：
依据所述电流环控制周期短的特性，将所述求导后的定子电流方程的状态变量x(k+1)在x(k)处进行多阶泰勒展开：
并将所述求导后的定子电流方程代入，得到所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程：
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程改写为更为简洁形式表达的定子电流方程：
其中，和/>都是二乘二的对角矩阵；/>为代表耦合项的二乘一的矩阵；
其中，所述获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，包括：
获取所述永磁同步电机的固定电感、固定定子电阻和固定转子磁链；
将所述基于多阶泰勒展开的定子电流方程中的电感、定子电阻和转子磁链更换为所述固定电感、所述固定定子电阻和所述固定转子磁链，得到所述参数固定的定子电流方程；所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；
所述参数固定的定子电流方程为：
其中，Ld0为定子d轴的电感标称值；Lq0为定子q轴的电感标称值；Rs0为定子电阻标称值；Fd为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在的测量误差值和定子电流方程本身的建模误差值的d轴的扰动值；Fq为包含参数固定所带来的误差值、量测系统存在的测量误差值和定子电流方程本身的建模误差值的q轴的扰动值；为所述前馈处理项，是二乘一的矩阵，/>
其中，所述依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果，包括：
依据所述最优估计思想，同时确定d轴和q轴的扰动值，所述扰动值服从正态分布；
将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，得到代入扰动值的定子电流方程：
其中，为Ld0和Rs0的函数；/>为Lq0和Rs0的函数；/>为Ld0的函数；/>为Lq0的函数；
对所述代入扰动值的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
2.一种永磁同步电机矢量解耦装置，所述永磁同步电机矢量解耦装置用于实现权利要求1所述的永磁同步电机矢量解耦方法，其特征在于，包括：
获取单元、处理单元、第一前馈处理单元和第二前馈处理单元，其中：
所述获取单元，用于获取永磁同步电机的基于时间域的定子电流方程；
所述处理单元，用于依据电压和转子磁链角速度以及电流环控制周期的特性，利用多阶泰勒展开的处理方式，处理所述基于时间域的定子电流方程；
所述第一前馈处理单元，用于获取永磁同步电机的固定参数，依据所述固定参数，将基于多阶泰勒展开的定子电流方程处理为参数固定的定子电流方程，所述参数固定的定子电流方程中的耦合项包括前馈处理项和新设置的扰动值项；所述扰动值项用于表征将时变电机参数固定为恒值引起的误差、量测系统存在的测量误差和定子电流方程本身的建模误差；对所述前馈处理项进行第一次前馈处理；
所述第二前馈处理单元，用于依据最优估计思想获取扰动值，将所述扰动值代入所述参数固定的定子电流方程中，对代入扰动值的所述参数固定的定子电流方程中的所述扰动值项进行第二次前馈处理，得到所述永磁同步电机的最终矢量解耦结果。
3.一种永磁同步电机矢量解耦设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储指令；
所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以实现权利要求1所述的永磁同步电机矢量解耦方法。
4.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，能实现如权利要求1所述的永磁同步电机矢量解耦方法。
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|---|---|---|---|
| CN202311297580.0A CN117040339B (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202311297580.0A Active CN117040339B (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种永磁同步电机矢量解耦方法、装置、设备和存储介质 |
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| 以电流矢量为目标的永磁同步电机定子电流动态预测;荆锴;孙鹤旭;董砚;郑易;;电工技术学报(02);全文 * |
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