CN105207544A - 一种弱磁控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于永磁同步电机弱磁控制领域，提供了一种弱磁控制方法及装置，所述弱磁控制方法包括：获取直流母线电压以及d轴参考电压；根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。本发明在永磁同步电机正常使用的情况下，彻底消除了正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象，且其快速的动态性对母线电压的波动具有极高的抵抗力，可以提高永磁同步电机的稳定性。

Description

一种弱磁控制方法及装置

技术领域

本发明属于永磁同步电机弱磁控制领域，尤其涉及一种弱磁控制方法及装置。

背景技术

永磁同步电机既可以说是电动机，也可以说是发电机，电机转动时产生的反向电动势正比于电机转速，当电机转速提高到一定程度时，其反向电动势接近于直流母线电压，抵抗马达线圈电流的增加，最高转速因此被限制。要想运行更高的速度，惯用的解决方法是采用弱磁控制方法，就是在转子d轴方向注入一个负的电流，削弱转子磁通，强制降低反向电动势，使更多的电流注入马达线圈，提升马达速度。

然而，现有弱磁控制方法，不能使永磁同步电机的弱磁控制自然平滑，且无法彻底消除正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象。其原因在于，现有永磁同步电机需要利用传感器，才能在转子d轴方向注入一个负的电流，削弱转子磁通，而传感器不具有快速的动态性，很难在短时间内，输出合适的参考电流，因此不能使永磁同步电机的弱磁控制自然平滑，且无法彻底消除正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种弱磁控制方法，旨在解决现有弱磁控制方法，不能使永磁同步电机的弱磁控制自然平滑，且无法彻底消除正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象。

本发明实施例是这样实现的，一种弱磁控制方法，包括：

获取直流母线电压以及d轴参考电压；

根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

本发明实施例的另一目的在于提供一种弱磁控制装置，包括：

获取模块，用于获取直流母线电压以及d轴参考电压；

q轴电压生成模块，用于根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

弱磁开始阈值电压生成模块，用于将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

电压差值生成模块，用于将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

参考电流生成模块，用于对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

在本发明实施例中，对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流，解决了现有弱磁控制方法，不能使永磁同步电机的弱磁控制自然平滑，且无法彻底消除正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象的问题。在永磁同步电机正常使用的情况下，彻底消除了正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象，且其快速的动态性对母线电压的波动具有极高的抵抗力，可以提高永磁同步电机的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的弱磁控制方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的弱磁控制方法步骤S103的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的弱磁控制方法中步骤S105的实现流程图；

图4是弱磁控制方法中坐标系较佳的样例图；

图5是本发明实施例提供的弱磁控制方法在实际应用的较佳实现流程图；

图6是本发明实施例提供的弱磁控制装置的结构框图。

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。

实施例一

图1是本发明实施例提供的弱磁控制方法的实现流程图，详述如下：

在步骤S101中，获取直流母线电压以及d轴参考电压；

在步骤S102中，根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

在步骤S103中，将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

在步骤S104中，将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

在步骤S105中，对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

其中，对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流，具体为：

将所述电压差值与预设阀值相比较，根据比较结果，采用变系数积分器对所述电压差值进行积分，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流。

其中，采用变系数积分器对所述电压差值进行积分，具体为：

采用变系数积分器以及积分系数，对所述电压差值进行积分。

需说明的是，变系数积分器指的是：积分系数跟马达转速成反比变化的一种变系数积分器。即，马达转速逐渐增大，积分系数逐渐减小，马达转速逐渐减小，积分系数逐渐增大。采用变系数积分器，可使弱磁响应在不同的速度段中具有一样的时间常数。

在本发明实施例中，直接用电压作为比较对象，不采用调制深度进行比较，且引入了“q轴电压余量”的全新概念，占用MCU时间少，实时性强。在永磁同步电机正常使用的情况下，彻底消除了正常控制和弱磁控制之间切换时的电流跳动、速度波动以及其他不稳定现象，且其快速的动态性对母线电压的波动具有极高的抵抗力，可以提高永磁同步电机的稳定性。

实施例二

本发明实施例主要描述了步骤S102的实施流程，详述如下：

根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表，生成q轴能分配到的电压。

其中，在所述根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表之前，还包括：

配置数据表，所述数据表包括量化值以及所述量化值对应的系数，所述量化值为d轴参考电压和直流母线电压的比值量化的值。

在本发明实施例中，采用经过变换的、简单的查表算法，占用MCU时间少，实时性强。

实施例三

图2是本发明实施例提供的弱磁控制方法步骤S103的实现流程图，详述如下：

在步骤S201中，将获取的直流母线电压和d轴参考电压d轴参考电压相比，生成比值；

在步骤S202中，将生成的比值量化，生成量化值；

在步骤S203中，在所述数据表中，根据量化值查找对应的系数；

在步骤S204中，直流母线电压乘以所述系数，生成q轴能分配到的电压。

在本发明实施例中，采用经过变换的、简单的查表算法，根据量化值查找对应的系数，可以快速得到生成q轴能分配到的电压，因此实时性强，能够实时调节合成电压矢量，以使合成电压矢量趋于优选输出电压矢量。

实施例四

图3是本发明实施例提供的弱磁控制方法中步骤S105的实现流程图，详述如下：

在步骤S301中，判断所述电压差值是否大于0；

在步骤S302中，当所述电压差值大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值正方向积分，直到0，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流；

在步骤S303中，当所述电压差值不大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值负方向积分，直到负最大值，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流。

在本发明实施例中，根据不同的电压差值，输出不同的积分值，可以保证电机在弱磁控制状态下非常平稳地运行。

实施例五

本发明实施例描述了弱磁控制方法在实际应用中较佳的应用流程，详述如下：

1、进入弱磁控制过程

直流母线电压记为Vdc，d轴参考电压为Vd_ref,q轴参考电压为Vq_ref。

根据空间矢量调制理论，在线性调制区，最大输出电压矢量为近似表示为0.866Vdc。

参考图4，图4是弱磁控制方法中坐标系较佳的样例图。

d电压Vd_ref优先被分配，那么q轴最多能分配到的电压为 $\mathrm{Vq}\_\mathrm{lmt}=\sqrt{{\left(0.866\mathrm{Vdc}\right)}^2-\mathrm{Vd}\_{\mathrm{ref}}^2}.$

当Vq_ref靠近Vq_lmt，而不是超过Vq_lmt时，就开始进入进入弱磁控制。增加q轴电压余量的概念，引入变量Vq_margin,当Vq_ref＞(Vq_lmt-Vq_margin)时，弱磁控制即启动。

2、弱磁控制过程

启动弱磁控制后，对Vq_ref与(Vq_lmt-Vq_margin)的电压差值进行积分，变系数积分器的输出形成d轴负方向的参考电流。因此呈现这样的效果：当电压差值为+时，增加d轴负方向的电流值，使Vq_ref与(Vq_lmt-Vq_margin)的电压差值由正值慢慢变小，直到趋于0；当电压差值为-时，减少d轴负方向的电流值，使Vq_ref与(Vq_lmt-Vq_margin)的电压差值由负值慢慢变大，直到趋于0。即合成电压矢量以非常接近最大输出电压矢量为模旋转，同时输出电压为正弦，保证电机在弱磁控制状态下非常平稳地运行。

需说明的是：变系数积分器的增益可调，以满足不同动态性要求！

3、退出弱磁控制过程

当Vq_ref与(Vq_lmt-Vq_margin)的电压差值持续为负时，变系数积分器的输出变为0，停止积分操作，弱磁控制退出，进入正常控制。

其中，需说明的是：在本发明中，计算的算法采用经过变换的、简单的查表算法，实现方法如下：

$\mathrm{Vq}\_\mathrm{lmt}=\sqrt{{\left(0.866\mathrm{Vdc}\right)}^2-\mathrm{Vd}\_{\mathrm{ref}}^2}$

$==>\mathrm{Vq}\_\mathrm{lmt}=\mathrm{Vdc}*\sqrt{{0.866}^2-{\left(\frac{\mathrm{Vd}\_\mathrm{ref}}{\mathrm{Vdc}}\right)}^2}$

因为Vd_ref<Vdc,所以是小于1的数，将其放大若干倍N，比如1024倍，在处理器ROM区建立一个对的数据表，索引为数据项的值为为一小数，可以用Q15表示；

程序实现如下：

1、计算 $\frac{\mathrm{Vd}\_\mathrm{ref}}{\mathrm{Vdc}}*N$

2、用的整数部分作为索引，在数据表中取出索引对应的值x；

3、计算Vd_lmt＝直流母线电压*x

在本发明实施例中，采用经过变换的、简单的查表算法，占用MCU时间少，实时性强。可以快速生成q轴最多能分配到的电压。

实施例六

图5是本发明实施例提供的弱磁控制方法在实际应用的较佳实现流程图，详述如下：

S501，采集母线电压得到Vdc；

S502，计算0.866*Vdc；

S503，计算q轴最多能分配到的电压；

S504，计算弱磁开始阈值电压；

其中，引入q轴电压余量Vq_margin,计算弱磁开始阈值电压＝Vq_lmt-Vq_margin；

S505，判断d轴参考电压与弱磁开始阈值电压的电压差值是否大于0，是执行S506，否则执行S507；

S506，对电压差值进行正方向积分，直到0；

S507，对电压差值进行负方向积分，直到负最大值；

S508，输出结果*可变系数Ki，得到d轴参考电流。

实施例七

图6是本发明实施例提供的弱磁控制装置的结构框图，该装置可以运行于永磁同步电机中。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

参照图6，该弱磁控制装置，包括：

获取模块61，用于获取直流母线电压以及d轴参考电压；

q轴电压生成模块62，用于根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

弱磁开始阈值电压生成模块63，用于将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

电压差值生成模块64，用于将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

参考电流生成模块65，用于对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

在本实施例的一种实现方式中，所述q轴电压生成模块，还用于根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表，生成q轴能分配到的电压。

在本实施例的一种实现方式中，所述弱磁控制装置，还包括：

数据表配置模块，用于配置数据表，所述数据表包括量化值以及所述量化值对应的系数，所述量化值为d轴参考电压和直流母线电压的比值量化的值。

在本实施例的一种实现方式中，所述弱磁控制模块，包括：

比值生成单元，用于将获取的直流母线电压和d轴参考电压d轴参考电压相比，生成比值；

量化值生成单元，用于将生成的比值量化，生成量化值；

查找单元，用于在所述数据表中，根据量化值查找对应的系数；

电压单元，用于直流母线电压乘以所述系数，生成q轴能分配到的电压。

在本实施例的一种实现方式中，所述参考电流生成模块，包括：

判断单元，用于判断所述电压差值是否大于0；

参考电流第一生成单元，用于当所述电压差值大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值正方向积分，直到0，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流；

参考电流第二生成单元，用于当所述电压差值不大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值负方向积分，直到负最大值，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流。

本发明实施例提供的装置可以应用在前述对应的方法实施例中，详情参见上述实施例的描述，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现。所述的程序可以存储于可读取存储介质中，所述的存储介质，如随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种弱磁控制方法，其特征在于，包括：

获取直流母线电压以及d轴参考电压；

根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

2.如权利要求1所述弱磁控制方法，其特征在于，所述根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压，具体为：

根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表，生成q轴能分配到的电压。

3.如权利要求2所述弱磁控制方法，其特征在于，在所述根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表之前，所述弱磁控制方法，还包括：

配置数据表，所述数据表包括量化值以及所述量化值对应的系数，所述量化值为d轴参考电压和直流母线电压的比值量化的值。

4.如权利要求2所述弱磁控制方法，其特征在于，所述根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表，生成q轴能分配到的电压，具体为：

将获取的直流母线电压和d轴参考电压d轴参考电压相比，生成比值；

将生成的比值量化，生成量化值；

在所述数据表中，根据量化值查找对应的系数；

直流母线电压乘以所述系数，生成q轴能分配到的电压。

5.如权利要求1所述弱磁控制方法，其特征在于，所述对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流，具体为

判断所述电压差值是否大于0；

当所述电压差值大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值正方向积分，直到0，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流；

当所述电压差值不大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值负方向积分，直到负最大值，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流。

6.一种弱磁控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取直流母线电压以及d轴参考电压；

q轴电压生成模块，用于根据获取的直流母线电压以及d轴参考电压，生成q轴能分配到的电压；

弱磁开始阈值电压生成模块，用于将q轴能分配到的电压以及预设的q轴电压余量相减，生成弱磁开始阈值电压；

电压差值生成模块，用于将预设的q轴参考电压与所述弱磁开始阈值电压相减，生成电压差值；

参考电流生成模块，用于对所述电压差值积分，生成d轴的参考电流。

7.如权利要求6所述弱磁控制装置，其特征在于，所述q轴电压生成模块，还用于根据获取的直流母线电压、d轴参考电压以及预先配置的数据表，生成q轴能分配到的电压。

8.如权利要求7所述弱磁控制装置，其特征在于，所述弱磁控制装置，还包括：

数据表配置模块，用于配置数据表，所述数据表包括量化值以及所述量化值对应的系数，所述量化值为d轴参考电压和直流母线电压的比值量化的值。

9.如权利要求7所述弱磁控制装置，其特征在于，所述弱磁控制模块，包括：

比值生成单元，用于将获取的直流母线电压和d轴参考电压d轴参考电压相比，生成比值；

量化值生成单元，用于将生成的比值量化，生成量化值；

查找单元，用于在所述数据表中，根据量化值查找对应的系数；

电压单元，用于直流母线电压乘以所述系数，生成q轴能分配到的电压。

10.如权利要求6所述弱磁控制装置，其特征在于，所述参考电流生成模块，包括：

判断单元，用于判断所述电压差值是否大于0；

参考电流第一生成单元，用于当所述电压差值大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值正方向积分，直到0，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流；

参考电流第二生成单元，用于当所述电压差值不大于0时，采用变系数积分器对所述电压差值负方向积分，直到负最大值，输出积分值，将输出的积分值乘以可变系数，生成d轴的参考电流。