CN117978021A - 永磁同步电机控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种永磁同步电机控制方法、装置和存储介质，所述控制方法包括：获取当前控制周期的电流参数；根据所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；根据当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的所述第一预测电流进行修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量；根据所述目标电压矢量，控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。通过当前控制周期的预测误差参数对下一控制周期的第一预测电流进行修正，提高控制准确性和可靠性。

Description

永磁同步电机控制方法、装置及存储介质

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，具体涉及永磁同步电机的控制方法、装置及存储介质。

背景技术

新能源汽车是全球汽车产业转型发展的主要方向，也是促进能源消费结构优化、交通体系和城市运行智能化水平提升的重要手段。经过多年持续努力，技术水平、产业体系不断提升，我国新能源汽车产业进入加速发展阶段。永磁同步电机具备体积小、功率密度高、可调速范围广、响应速度快以及运行安全可靠等优势，因此广泛应用于新能源汽车驱动系统上。

随着近些年来对新能源汽车电动机控制性能与精度的要求越来越高，由于永磁同步电机具有非线性和多变量等特点，其控制难度大，控制算法复杂，传统的矢量控制方法往往不能满足要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种能够提高永磁同步电机控制准确性及可靠性的控制方法、装置及存储介质。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请提供一种永磁同步电机控制方法，所述控制方法包括：获取当前控制周期的电流参数；根据所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；根据当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的所述第一预测电流进行修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量；根据所述目标电压矢量，控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

在一些实施例中，当前控制周期的所述电流参数包括：两相旋转坐标系下的第一电流，多个两相旋转坐标系下的第一电压矢量和转子电角速度。

在一些实施例中，所述根据所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流包括：对所述永磁同步电机在所述两相旋转坐标系下的连续状态方程进行离散化，得到离散状态方程；将第k个控制周期的所述两相旋转坐标系下的第一电流，多个所述第一电压矢量和所述转子电角速度，带入所述离散状态方程，得到多个第k+1个控制周期的所述第一预测电流。

在一些实施例中，第k+1个控制周期的所述第一预测电流 表达式为：

其中：R_s表示定子电阻，L_d和L_q分别表示d轴和q轴的定子电感，ψ_f表示转子永磁体磁链，T_S表示控制周期，ω_c为所述转子电角速度，i_d(k)和i_q(k)分别表示d轴和q轴的所述第一电流，u_dn(k)和u_qn(k)分别表示d轴的n个所述第一电压矢量和q轴的n个所述第一电压矢量；其中，n为大于或等于0且小于或等于7的整数。

在一些实施例中，所述预测误差参数包括预测误差和修正误差；所述预测误差用于表示所述目标电压矢量对应的所述第二预测电流与实际电流之间的误差；所述修正误差用于表示所述第一电压矢量对应的所述第二预测电流与实际电流的差值与所述预测误差之间的误差。

一种实施方式中，第k+1个控制周期的所述第二预测电流 表达式为：

其中：和/>分别表示d轴和q轴的所述第一预测电流，PE_d(k)和PE_q(k)分别表示d轴和q轴的所述预测误差，ΔPE_dn(k)和ΔPE_qn(k)分别表示d轴和q轴的所述修正误差。

在一些实施例中，第k个控制周期的所述预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式为：

PE_d(k)＝Au_d(k-1)-AR_si_d(k-1)+Bω_ci_q(k-1)；

PE_q(k)＝Cu_q(k-1)-DR_si_q(k-1)+Dω_ci_d(k-1)-Cω_cψ_f；

第k个控制周期的所述预测修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)表达式为：

ΔPE_dn(k)＝A[u_d(k-1)-u_dn(k-1)]；

ΔPE_qn(k)＝C[u_q(k-1)-u_qn(k-1)]；

其中：

表示d轴定子参考电感，/>表示d轴定子预测电感；

表示q轴定子参考电感，/>表示q轴定子预测电感。

在一些实施例中，所述根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量包括：分别计算第k+1个控制周期的多个所述第二预测电流与第k+1个控制周期的所述参考电流i^ref(k+1)之间的差值；确定最小所述差值对应的所述第一电压矢量为所述电压矢量。

本申请还提供一种永磁同步电机控制装置，所述控制装置包括：获取模块，用于获取当前控制周期的电流参数；预测模块，用于基于所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；补偿模块，用于基于当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的所述第一预测电流进行补偿并修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；电压矢量确定模块，用于基于下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流，确定目标电压矢量，所述目标电压矢量用于控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

本申请还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括：存储器和处理器，所述存储器适于存储计算机指令；所述处理器适于在运行所述计算机指令时，执行上述永磁同步电机控制方法。

本申请实施例中的永磁同步电机控制方法，通过当前控制周期的电流参数确定下一个控制周期的第一预测电流，并根据当前控制周期的预测误差参数对下一个控制周期的第一预测电流进行修正得到第二预测电流。当前控制周期的预测误差参数实时更新，增加了第二预测电流的准确性，增加了目标电压矢量选择的准确度，减小了永磁同步电机在运行过程中参数失配带来的影响，增加了控制系统的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例中永磁同步电机控制方法的步骤图；

图2为本申请实施例中永磁同步电机控制方法的控制框图；

图3为本申请实施例中永磁同步电机控制方法的电压矢量空间分布图；

图4为本申请实施例中永磁同步电机控制方法的程序流程图；

图5为本申请实施例中永磁同步电机控制装置的结构示意图；

图6为本申请实施例中计算机存储介质的结构示意图。

附图标记说明

控制装置10；获取模块11；预测模块12；补偿模块13；电压矢量确定模块14；永磁同步电机M；

计算机存储介质100；存储器110；处理单元120。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式及附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本申请保护的范围。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

永磁同步电机一般由定子、转子和端盖等部件构成，是一种利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，具有体积小、功率密度高、可调速范围广、响应速度快以及运行安全可靠等特点。

随着永磁同步电机的不断发展，永磁同步电机的控制技术的重要性日益突出。传统的矢量控制方法利用坐标变换将采集到的电机三相定子电流、磁链等矢量分解成两个分量，一个沿着转子磁链方向，称为直轴励磁电流；另一个正交于转子磁链方向，称为交轴转矩电流。根据不同的控制目标调节励磁电流和转矩电流，进而实现对速度和转矩的精确控制，具有较好的稳态跟踪性能，但是存在控制器参数难调整的问题，使得永磁同步电机性能不稳定。模型预测控制方法是基于控制对象离散数学模型和当前系统状态变量预测未来系统状态变量，通过求解预测时间段内的优化问题得到目标控制量。应用模型预测的控制方法具有较快的动态响应速度，适应性强和鲁棒性好的特点，对于提升永磁同步电机这样的非线性强的系统的控制性能具有重要意义。

为提高永磁同步电机的控制性能，本申请实施例提供一种永磁同步电机控制方法，控制方法步骤图如图1所示，永磁同步电机控制方法具体包括：

步骤S1：获取当前控制周期的电流参数。其中，当前控制周期的电流参数可通过当前控制周期内采集的永磁同步电机的电流、电压、转速等信号确定。

步骤S2：根据电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流。

步骤S3：根据当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的第一预测电流进行修正，确定下一个控制周期的第二预测电流。其中，当前控制周期的预测误差参数用于表征当前控制周期的第二预测电流与实际电流之间的误差。

步骤S4：根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量。其中，参考电流用于表征永磁同步电机的实际电流。

步骤S5：根据目标电压矢量，控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

模型预测控制方法是基于预测模型的控制算法，在永磁电机控制领域，一般通过建立永磁电机数学模型，利用当前控制周期的参数计算得到所有可能的第一电压矢量对应的预测值；然后通过评价各预测值，从所有可能的第一电压矢量中选择出目标电压矢量；在下一个控制周期施加目标电压矢量，实现对永磁同步电机的控制。

需要说明的是，控制周期可以根据电流参数的采样间隔确定。所有可能的第一电压矢量指用于控制永磁同步电机的逆变器的所有可能的有效开关状态对应的第一电压矢量。其中，逆变器指把直流电转变为交流电的转换器。示例性的，逆变器可以为三相两电平电压源逆变器，其包括6个开关，可以产生8种有效开关组合状态，8种有效开关状态分别对应8种可能的第一电压矢量。

模型预测控制方法根据永磁同步电机主要控制目标的不同，可以分为模型预测转矩控制和模型预测电流控制。模型预测转矩控制需要同时控制转矩和磁链两个控制对象，而模型预测电流控制是以电流为唯一控制对象，具有算法简单的特点。本申请的永磁同步电机控制方法选择以电流为控制对象，建立永磁电机预测模型。

具体地，利用当前控制周期采集的永磁同步电机的电流、电压、转速等信号确定电流参数；通过建立的永磁电机预测模型，以电流参数作为预测模型的输入，可以得到下一控制周期的所有可能的第一电压矢量对应的第一预测电流。在实际应用中，第一预测电流与实际电流存在较大误差，由于模型预测电流控制方法的控制性能依赖于预测模型的准确性，如果直接利用第一预测电流作为确定下一个控制周期施加的目标电压矢量的预测电流，可能出现预测模型参数失配造成的永磁电机控制性能恶化，降低控制准确性和稳定性。基于此，本申请进一步提出利用当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的第一预测电流进行修正，得到下一个控制周期的第二预测电流，并根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的第二预测电流之间的跟踪误差，从所有可能的第一电压矢量中确定出在下一个控制周期施加的目标电压矢量。相较于下一控制周期的第一预测电流，经当前控制周期的预测误差参数修正后得到的下一控制周期的第二预测电流与下一控制周期的实际电流更接近，通过第二预测电流确定的目标电压矢量准确度更高，可以提高永磁同步电机控制的准确性和可靠性。其中，当前控制周期的预测误差参数用于表征当前控制周期的第二预测电流与实际电流之间的误差。

本申请实施例中的永磁同步电机控制方法，通过当前控制周期的电流参数确定下一个控制周期的第一预测电流，并根据当前控制周期的预测误差参数对下一个控制周期的第一预测电流进行修正得到第二预测电流。通过实时更新当前控制周期的预测误差参数，增加了第二预测电流的准确性，增加了目标电压矢量选择的准确度，减小了永磁同步电机在运行过程中参数失配带来的影响，增加了控制系统的准确性和可靠性。

在一些实施例中，步骤S1包括：获取当前控制周期的电流参数。其中，电流参数具体可包括：两相旋转坐标系下的第一电流，多个两相旋转坐标系下的第一电压矢量和转子电角速度。永磁同步电机控制方法的控制框图如图2所示，步骤S1具体包括：

步骤S11：获取两相旋转坐标系下的第一电流，包括d轴第一电流i_d(k)和q轴第一电流i_q(k)。参见图2右下侧所示，采集永磁同步电机在第k个控制周期的三相静止坐标系下的电流i_abc(k)，具体包括电流i_a(k)、i_b(k)和i_c(k)，将电流i_a(k)、i_b(k)和i_c(k)进行Clark变换，得到两相静止坐标系下的电流i_α(k)和i_β(k)，再将电流i_α(k)和i_β(k)进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的第一电流i_d(k)和i_q(k)。

步骤S12：获取两相旋转坐标系下的第一电压矢量，包括多个d轴第一电压矢量u_dn(k)和多个q轴第一电压矢量u_qn(k)。示例性的，选用三相两电平电压源逆变器作为永磁同步电机的逆变器，并将三相两电平电压源逆变器包括的8个开关状态组成电压矢量控制集{U₀，U₁，···，U₇}。其中，8个开关状态对应8个电压矢量，包括6个非零电压矢量和2个零电压矢量，电压矢量在两相静止坐标系下的空间分布图如图3所示，不同电压矢量对应的开关组合和两相静止坐标系下的电压u_α(k)和u_β(k)如表1所示，其中，U_DC表示母线直流电压。将两相静止坐标系下的电压u_α(k)和u_β(k)进行Park变换，分别得到8个与电压矢量对应的8个d轴第一电压矢量u_dn(k)和8个q轴第一电压矢量u_qn(k)，其中，n为大于或等于0且小于或等于7的整数。

表一

步骤S13：通过编码器获取永磁同步电机转子电角速度ω_c。

在一些实施例中，继续参考图2，步骤S2包括：根据第k个控制周期的电流参数第一电流i_d(k)、i_q(k)，8个d轴第一电压矢量y_dn(k)和8个q轴第一电压矢量u_qn(k)，转子电角速度ω_c等，确定第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和q轴第一预测电流步骤S2具体包括：

步骤S21：建立永磁同步电机在两相旋转坐标系下的连续状态方程。

步骤S22：对上述连续状态方程进行离散化处理得到离散化方程。

步骤S23：将当前控制周期的电流参数带入上述离散方程得到多个第一预测电流。

其中，步骤S21中建立的永磁同步电机在两相旋转坐标系下的连续状态方程如下公式(1)：

公式(1)中：R_s表示定子电阻，L_d和L_q分别表示d轴和q轴的定子电感，ψ_f表示转子永磁体磁链，T_S表示控制周期。

由于模型预测控制方法的算法一般需要在数字信号处理器等硬件上实现，需要对连续状态方程公式(1)进行离散化处理得到离散状态方程。在一些实施例中，考虑到在控制周期T_S足够小的情况下，前向欧拉离散法的离散化可以满足精度要求，并且前向欧拉离散法具有实现简单、运算量小的特点。本申请选用前向欧拉离散法对连续状态方程公式1进行离散化处理，具体地，将微分项作前向差分近似处理，即令：

将公式(2)带入公式(1)中，得到离散状态方程，离散状态方程如下公式(3)：

公式(3)中，表示第k+1控制周期的d轴第一预测电流，/>表示第k+1控制周期的q轴第一预测电流。

步骤S23具体包括：将第k个控制周期的两相旋转坐标系下的第一电流i_d(k)和i_q(k)，8个d轴第一电压矢量u_dn(k)和8个q轴第一电压矢量u_qn(k)，以及转子电角速度ω_c，分别带入离散状态方程公式(3)，分别得到8个第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和8个第k+1个控制周期的q轴第一预测电流/>

在一些实施例中，第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和q轴第一预测电流/>如下公式(4)：

公式(4)中：u_dn(k)表示d轴的第n个第一电压矢量，u_qn(k)表示q轴的第n个第一电压矢量。

永磁同步电机控制系统的控制性能依赖于预测模型的准确性，然而诸多影响因素都有可能使得预测模型失配，导致通过预测模型直接得到的第一预测电流与实际电流存在较大误差，进而影响后续目标电压矢量的选择，造成控制可靠性下降。在一些实施例中，在确定第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和q轴第一预测电流/>后，永磁同步电机的控制方法还包括步骤S3和步骤S4。具体地，根据第k个控制周期的预测误差参数，分别对第k+1个控制周期的d轴第一预测电流/>和q轴第一预测电流进行修正，得到第k+1个控制周期的d轴第二预测电流/>和q轴第二预测电流/>根据第k+1个控制周期的参考电流和第k+1个控制周期的第二预测电流/>之间的跟踪误差，确定最小跟踪误差对应的第k个控制周期的第一电压矢量u_d(k)和u_q(k)为第k+1个控制周期目标电压矢量U_d(k+1)和U_q(k+1)。

在一些实施例中，预测误差参数包括预测误差和修正误差。其中，当前控制周期的预测误差用于表征当前控制周期目标电压矢量对应的第二预测电流与实际电流之间的误差。当前控制周期的修正误差用于表征当前控制周期的第一电压矢量与当前控制周期的目标电压矢量不同引起的误差，即当前控制周期的第一电压矢量对应的第二预测电流与实际电流的差值与预测误差之间的误差。

具体地，当前控制周期的第一电压矢量与当前控制周期的目标电压矢量(前一个控制周期的第一电压矢量中的一个)相同时，控制周期T_s足够小的情况下，可以认为永磁同步电机的工况不变，电感参数值基本保持不变。因此，相邻控制周期，若第一电压矢量相同，其对应的预测误差也相同，可以利用当前控制周期的预测误差对下一个控制周期的第一预测电流进行补偿得到第二预测电流。

实际电流与确定下一控制周期目标电压矢量的预测电流之间存在误差的原因包括离散方法、控制周期和模型参数不匹配等，而其中模型参数(L_d、L_q、R_s，ψ_f)不匹配的影响较甚。而对于适用于新能源汽车中的永磁同步电机来说，其模型参数中L_d、L_q相较于R_s，ψ_f对预测误差的影响更大，可以主要考虑d轴电感L_d、q轴电感L_q偏差量化预测误差。

在一些实施例中，当第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)相同时(其中，目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)为第k-1个控制周期的最小跟踪误差对应的第一电压矢量u_d(k-1)和u_q(k-1))，第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)对应的第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式如下公式(5)、(6)：

PE_d(k)＝Au_d(k-1)-AR_si_d(k-1)+Bω_ci_q(k-1) (5)；

PE_q(k)＝Cu_q(k-1)-DR_si_q(k-1)+Dω_ci_d(k-1)-Cω_cψ_f (6)；

其中：

表示d轴定子参考电感，/>表示d轴定子预测电感；/>表示q轴定子参考电感，/>表示q轴定子预测电感；其中，各误差系数A、B、C和D可通过电机台架试验获得。

在一些实施例中，当第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)(其中，目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)为第k-1个控制周期的最小跟踪误差对应的第一电压矢量u_d(k-1)和u_q(k-1))不相同时，可以分别计算出第k个控制周期的目标电压矢量对应的第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和第k-1个控制周期的第一电压矢量u_dn(k-1)、u_qn(k-1)对应的第k个控制周期的预测误差PE′_d(k)、PE′_q(k)，利用上述两预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和PE′_d(k)、PE′_q(k)的差值，即修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)，对第k+1个控制周期的补偿后的第一预测电流 进行修正得到第二预测电流/>

预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式公式(5)、(6)中，d轴预测误差公式5中的Au_d(k-1)和q轴预测误差公式6中的Cu_q(k-1)表示电压扰动项对预测结果的影响，在当第k个控制周期的第一电压矢量与第k个控制周期的目标电压矢量不相同时，电压扰动项Au_d(k-1)、Cu_q(k-1)对预测结果的影响相较于其他扰动项较大。可以仅考虑电压扰动项Cu_q(k-1)的影响对利用预测误差进行补偿后的第一预测电流进行补偿修正。则第k个控制周期的d轴修正误差ΔPE_dn(k)、q轴修正误差ΔPE_qn(k)表达式如下式(7)、(8)：

ΔPE_dn(k)＝A[u_d(k-1)-u_dn(k-1)]； (7)

ΔPE_qn(k)＝C[u_q(k-1)-u_qn(k-1)]； (8)

其中，各误差系数A和C可通过电机台架试验获得，具体地，可以通过测量不同转速下各第一电压矢量区间差值建立误差系数表。

需要说明的是，在当第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)相同时(其中，目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)为第k-1个控制周期的最小跟踪误差对应的第一电压矢量u_d(k-1)和u_q(k-1))，修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)为零，可以仅利用第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)对第k+1个控制周期的补偿后的第一预测电流进行修正得到第二预测电流

综上，预测误差参数可以包括预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)。其中，预测误差PE_d(k)、PE_q(k)用于表示目标电压矢量对应的第二预测电流与实际电流之间的误差；修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)用于进一步减小下一控制周期的第一电压矢量与当前控制周期的目标电压矢量方向不同引起的误差，即修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)可表示为第一电压矢量对应的第二预测电流与实际电流的差值与预测误差之间的误差。通过对第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)，对第k+1个控制周期的第一预测电流进行修正。其中，第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)用于表征第k个控制周期目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)对应的第二预测电流/>与实际电流之间的误差(其中，目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)为第k-1个控制周期的最小跟踪误差对应的第一电压矢量u_d(k-1)和u_q(k-1))，第k个控制周期的修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)用于表示第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)对应的第二预测电流/>与实际电流的差值与预测误差PE_d(k)、PE_q(k)之间的误差。当前控制周期的预测误差和修正误差实时更新，进一步减小了下一控制周期第一电压矢量方向与当前控制周期目标电压矢量方向不同引起的第二预测电流的准确度不够，增加了目标电压矢量选择的准确性，减小了永磁同步电机在运行过程中参数失配带来的影响，增加了控制系统的准确性和可靠性。

在一些实施例中，步骤S3包括：根据当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的第一预测电流进行修正，确定下一个控制周期的第二预测电流。具体地，利用第k个控制周期的预测误差PE_d(k)和PE_q(k)和修正误差ΔPE_dn(k)和ΔPE_qn(k)，对第k+1个控制周期的第一预测电流和/>进行补偿和修正，得到第k+1个控制周期的第二预测电流/>第k+1个控制周期的第二预测电流表达式如下式(9)、(10)：

在一种实施例中，具体计算第k+1个控制周期的第二预测电流的程序流程图如图4所示，步骤S3具体包括：

步骤S31：根据上式(5-6)计算第k个控制周期的预测误差PE_d(k)和PE_q(k)。

步骤S32：计算第k个控制周期的误差系数A、C。

步骤S33至步骤S37：根据上式(3)依次计算第k个控制周期的第一预测电流和/>并根据上式(7-10)依次对第k+1个控制周期的8个第一预测电流/>和/>进行补偿和修正，得到8个第二预测电流进一步减小了第k个控制周期第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)不同引起的第二预测电流的准确度不够，使得到的第二预测电流更接近实际电流，增加了第k+1个控制周期目标电压矢量U_d(k+1)、U_q(k+1)选择的准确度，减小了永磁同步电机在运行过程中参数失配带来的影响，增加了控制系统的准确性和可靠性。

在一些实施例中，步骤S4包括：根据第k+1个控制周期的参考电流和第k+1个控制周期的第二预测电流之间的跟踪误差，确定第k+1个控制周期目标电压矢量U_d(k+1)和U_q(k+1)。具体包括：

步骤S41：以电流预测为控制目标，以参考电流和预测电流之间的跟踪误差最小为约束条件，构造价值函数。

步骤S42：计算第k+1个控制周期的跟踪误差。

步骤S43：计算第k+1个控制周期的价值函数。

步骤S44：确定最小价值函数对应的第二预测电流和第一电压矢量，将该第一电压矢量作为目标电压矢量。

其中，第k+1个控制周期的跟踪误差e_d(k+1)和e_q(k+1)表达式如下式(11)和(12)，第k+1个控制周期的价值函数J表达式如下式(13)。

J＝(e_d(k+1))²+(e_q(k+1))² (13)。

步骤S42：计算第k+1个控制周期的跟踪误差。具体地，分别计算第k+1个控制周期的多个第二预测电流与第k+1个控制周期的参考电流和/>之间的差值，确定多个第二预测电流在第k+1个控制周期内各自的d轴跟踪误差e_d(k+1)和q轴跟踪误差e_q(k+1)。

其中，参考电流和/>可以通过转速外环获得，转速外环可采用控制器进行控制。

步骤S43：计算第k+1个控制周期的价值函数。具体地，分别计算第k+1个控制周期的多个d轴跟踪误差e_d(k+1)和q轴跟踪误差e_q(k+1)的平方和，确定多个第二预测电流在第k+1个控制周期内各自的价值函数J。

步骤S44：确定最小价值函数J_min对应的第二预测电流 和第一电压矢量u_d(k)和u_q(k)，将该第一电压矢量u_d(k)和u_q(k)作为第k+1个控制周期的目标电压矢量U_d(k+1)和U_q(k+1)。

在一些实施例中，步骤S5具体包括：根据上述第k+1个控制周期的目标电压矢量U_d(k+1)和U_q(k+1)，控制永磁同步电机在第k+1个控制周期运转。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种永磁同步电机控制装置，如图5所示，控制装置10包括：获取模块11、预测模块12、补偿模块13和电压矢量确定模块14。其中获取模块10用于获取当前控制周期的电流参数；预测模块12用于基于电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；补偿模块13用于基于当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的第一预测电流进行补偿并修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；电压矢量确定模块14用于基于下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的第二预测电流，确定目标电压矢量，目标电压矢量用于控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

在一些实施例中，参考图2，预测模块12根据获取模块得到的第k个控制周期的电流参数u_dq(k)、i_dq(k)和ω(k)，确定第k个控制周期的第一预测电流补偿模块13根据第k个控制周期的第二预测电流/>和实际电流i_dq(k)对该第一预测电流进行补偿修正，得到第k+1个控制周期的第二预测电流/>电压矢量确定模块14根据该第二预测电流/>与控制器提供的参考电流/>之间的跟踪误差e_dq(k+1)，选择最小价值函数J_min对应的第一电压矢量u_dq(k)作为第k+1个控制周期的目标电压矢量U_dq(k+1)，并通过逆变器控制永磁同步电机M在第k+1个控制周期运转。其中，第一预测电流/>包括d轴第一预测电流/>和q轴第一预测电流第二预测电流/>包括d轴第二预测电流/> 和q轴第二预测电流参考电流/>包括d轴参考电流/>和q轴参考电流跟踪误差e_dq(k+1)包括d轴跟踪误差e_d(k+1)和q轴跟踪误差e_q(k+1)；目标电压矢量U_dq(k+1)包括d轴目标电压矢量U_d(k+1)和q轴目标电压矢量U_q(k+1)。

在一些实施例中，获取模块10用于获取第k个控制周期的电流参数，电流参数具体可包括：两相旋转坐标系下的第一电流i_d(k)和i_q(k)，多个d轴第一电压矢量u_dn(k)和多个q轴第一电压矢量u_qn(k)和转子电角速度ω_c。示例性的，若选用三相两电平电压源逆变器作为永磁同步电机M的逆变器，三相两电平电压源逆变器中8个开关状态对应8个电压矢量，包括6个非零电压矢量和2个零电压矢量，则电流参数包括8个d轴第一电压矢量u_dn(k)和8个q轴第一电压矢量u_qn(k)。

在一些实施例中，预测模块12用于基于第k个控制周期的电流参数：第一电流i_d(k)和i_q(k)，8个d轴第一电压矢量u_dn(k)和8个q轴第一电压矢量u_qn(k)和转子电角速度ω_c，确定第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和q轴第一预测电流/>

在一些实施例中，补偿模块13用于基于第k个控制周期的预测误差参数，对第k+1个控制周期的d轴第一预测电流和q轴第一预测电流/>进行补偿并修正，确定第k+1个控制周期的d轴第二预测电流/> 和q轴第二预测电流

在一些实施例中，当第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)相同时，预测误差参数可以包括第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)。其中，预测误差PE_d(k)、PE_q(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)对应。具体的第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式如上公式(5)、(6)所示。当第k个控制周期的第一电压矢量u_dn(k)、u_qn(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)不相同时，预测误差参数可以包括第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)。其中，预测误差PE_d(k)、PE_q(k)与第k个控制周期的目标电压矢量U_d(k)、U_q(k)对应。具体的第k个控制周期的预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式如上公式(5)、(6)所示。具体的第k个控制周期的修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)表达式如上公式(7)、(8)所示。第k+1个控制周期的第二预测电流表达式如上式(9)、(10)所示。

综上，补偿模块13中用于补偿并修正第一预测电流的预测误差参数可以包括预测误差PE_d(k)、PE_q(k)和修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)。其中，预测误差PE_d(k)、PE_q(k)用于表示目标电压矢量对应的第二预测电流与实际电流之间的误差；修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)用于表示第一电压矢量对应的第二预测电流与实际电流的差值与预测误差之间的误差。通过当前周期的预测误差和修正误差，对下一个控制周期的第一预测电流进行修正，当前控制周期的预测误差和修正误差实时更新，进一步减小了第一电压矢量方向不同引起的第二预测电流的准确度不够，增加了目标电压矢量选择的准确性，减小了永磁同步电机在运行过程中参数失配带来的影响，增加了控制系统的准确性和可靠性。

在一些实施例中，电压矢量确定模块14用于基于第k+1个控制周期的参考电流和第k+1个控制周期的第二预测电流/> 确定目标电压矢量U_d(k+1)、U_q(k+1)，目标电压矢量U_d(k+1)、U_q(k+1)用于控制永磁同步电机在第k+1个控制周期运转。其中，第k+1个控制周期的参考电流可以通过转速外环获得。电压矢量确定模块14确定第k+1个控制周期目标电压矢量U_d(k+1)、U_q(k+1)的具体方法可包括：/>

步骤S41：以电流预测为控制目标，以参考电流和预测电流之间的跟踪误差最小为约束条件，构造价值函数。第k+1个控制周期的跟踪误差e_d(k+1)和e_q(k+1)表达式如上式(11)和(12)，第k+1个控制周期的价值函数J表达式如上式(13)。

步骤S42：计算第k+1个控制周期的跟踪误差e_d(k+1)和e_q(k+1)。

步骤S43：计算第k+1个控制周期的价值函数J。

步骤S44：确定最小价值函数J_min对应的第二预测电流和第一电压矢量，将该第一电压矢量作为第k+1个控制周期的目标电压矢量U_d(k+1)和U_q(k+1)。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机存储介质100，如图5所示，计算机存储介质100包括存储器110和处理器120。其中，存储器110适于存储计算机指令，处理器120适于在运行计算机指令时，执行上述永磁同步电机控制方法。由于计算机存储介质100中的处理器120用于执行上述永磁同步电机控制方法，使得存储介质具有上述永磁同步电机控制方法相同的有益技术效果，因此，在此不再赘述计算机存储介质的有益技术效果。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取当前控制周期的电流参数；

根据所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；

根据当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的所述第一预测电流进行修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；

根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量；

根据所述目标电压矢量，控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，当前控制周期的所述电流参数包括：

两相旋转坐标系下的第一电流，多个两相旋转坐标系下的第一电压矢量和转子电角速度。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述根据所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流包括：

对所述永磁同步电机在所述两相旋转坐标系下的连续状态方程进行离散化，得到离散状态方程；

将第k个控制周期的所述两相旋转坐标系下的第一电流，多个所述第一电压矢量和所述转子电角速度，带入所述离散状态方程，得到多个第k+1个控制周期的所述第一预测电流。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，

第k+1个控制周期的所述第一预测电流表达式为：

其中：R_s表示定子电阻，L_d和L_q分别表示d轴和q轴的定子电感，ψ_f表示转子永磁体磁链，T_S表示控制周期，ω_c为所述转子电角速度，i_d(k)和i_q(k)分别表示d轴和q轴的所述第一电流，u_dn(k)和u_qn(k)分别表示d轴的n个所述第一电压矢量和q轴的n个所述第一电压矢量；其中，n为大于或等于0且小于或等于7的整数。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述预测误差参数包括预测误差和修正误差；所述预测误差用于表示所述目标电压矢量对应的所述第二预测电流与实际电流之间的误差；所述修正误差用于表示所述第一电压矢量对应的所述第二预测电流与实际电流的差值与所述预测误差之间的误差。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，

第k+1个控制周期的所述第二预测电流表达式为：

其中：和/>分别表示d轴和q轴的所述第一预测电流，PE_d(k)和PE_q(k)分别表示d轴和q轴的所述预测误差，ΔPE_dn(k)和ΔPE_qn(k)分别表示d轴和q轴的所述修正误差。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，

第k个控制周期的所述预测误差PE_d(k)、PE_q(k)表达式为：

PE_d(k)＝Au_d(k-1)-AR_si_d(k-1)+Bω_ci_q(k-1)；

PE_q(k)＝Cu_q(k-1)-DR_si_q(k-1)+Dω_ci_d(k-1)-Cω_cψ_f；

第k个控制周期的所述预测修正误差ΔPE_dn(k)、ΔPE_qn(k)表达式为：

ΔPE_dn(k)＝A[u_d(k-1)-u_dn(k-1)]；

ΔPE_qn(k)＝C[u_q(k-1)-u_qn(k-1)]；

其中：

表示d轴定子参考电感，/>表示d轴定子预测电感；

表示q轴定子参考电感，/>表示q轴定子预测电感。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，

所述根据下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流之间的跟踪误差，确定目标电压矢量包括：

分别计算第k+1个控制周期的多个所述第二预测电流 与第k+1个控制周期的所述参考电流i^ref(k+1)之间的差值；

确定最小所述差值对应的所述第一电压矢量为所述电压矢量。

9.一种永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

获取模块，用于获取当前控制周期的电流参数；

预测模块，用于基于所述电流参数，确定下一个控制周期的第一预测电流；

补偿模块，用于基于当前控制周期的预测误差参数，对下一个控制周期的所述第一预测电流进行补偿并修正，确定下一个控制周期的第二预测电流；

电压矢量确定模块，用于基于下一个控制周期的参考电流和下一个控制周期的所述第二预测电流，确定目标电压矢量，所述目标电压矢量用于控制永磁同步电机在下一个控制周期运转。

10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质包括：

存储器和处理器，所述计算机存储器适于存储计算机指令；

所述处理器适于在运行所述计算机指令时，执行权利要求1至8任一项所述的永磁同步电机控制方法。