CN106452249B - 一种永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器，能在电机运行时选用最适合的直轴电流控制方式，减小压缩机驱动损耗；该方法包括：获取变调率；根据变调率确定直轴电流控制方式，当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；根据预设电机转速指令值和电机转速计算交轴电流指令值；根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机。本发明应用于变频空调。

Description

一种永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器

技术领域

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器。

背景技术

众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机转速基本不变，依靠其不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。基于这点考虑，后来逐渐出现了压缩机中电机转速可变的“变频空调”，变频空调中的压缩机的电机一般使用永磁同步电机，这种电机可以在控制装置的控制下改变转速从而使得压缩机的转速变化平稳，变频空调对室内温度的调节更为快速，因为压缩不存在频繁的一开一停，所以也相比定频空调要节能。现有技术中，参照图1所示，对于变频空调永磁同步电机控制的拓扑结构里永磁同步电机的直轴(d轴)电流控制常常只由弱磁控制完成。但是，随着技术的快速进步，变频空调产品能效等级要求越来越高，对设计人员提出的要求也越来越高，原有的仅用弱磁控制方式控制直轴电流的控制方法更适合在电机转速很高时使用，电机转速比较低时使用弱磁控制并不能满足现在的低损耗要求，所以需要一种控制方法对适合在电机转速低的情况对直轴电流进行控制的控制方式和弱磁控制方式进行切换来满足低损耗的要求。

发明内容

本发明的实施例提供一种永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器，能够根据不同情况切换使用两种控制方式控制直轴电流从而对压缩机中的永磁同步电机进行控制，可以使得变频空调损耗降低，提高空调能效。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种永磁同步电机控制方法，该控制方法包括：

获取永磁同步电机的变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m位永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压；根据变调率确定直轴电流控制方式，直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机。

第二方面，提供一种永磁同步电机控制装置，该装置包括：

控制切换单元，用于计算变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压；控制切换单元还用于，根据变调率确定直轴电流控制方式，直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；速度调节单元，用于根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；直轴电流调节单元，用于根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；交轴电流调节单元，用于根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；驱动信号单元，用于根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号；三相逆变器，用于根据电源电压和六路驱动信号控制电机。

第三方面，提供一种空调器，包括第二方面所述的永磁同步电机控制装置，所述永磁同步电机控制装置连接压缩机的永磁同步电机。

上述方案提供的永磁同步电机控制方法及控制装置和空调器，该控制方法首先获取永磁同步电机的变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压；再根据变调率确定直轴电流控制方式，其中直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；具体的，当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；然后根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；最后根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机。因为在控制过程中直轴电流的指令值可以依据变调率来决定是通过弱磁控制生成或者是通过损耗更低的最低铜损控制生成；这样根据不同的情况使用更适合的控制方式来对直轴电流进行控制，从而达到以更低的损耗对永磁同步电机进行控制，降低了含有永磁同步电机的压缩机的驱动损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制方法中获取变调率方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制方法中弱磁控制和最低铜损控制切换逻辑图；

图4为本发明实施例提供的定子电流和直轴电流以及交轴电流合成关系示意；

图5为本发明实施例提供的一种永磁同步电机控制装置结构示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。另外，本发明实施例中，“的(英文：of)”，“相应的(英文：corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。

本发明实施例提供的永磁同步电机控制方法的执行主体为永磁同步电机控制装置或者可以用于执行上述永磁同步电机控制方法的空调器。其中，永磁同步电机控制装置可以为上述空调器中的主控板或者主控板中的一部分或者空调器另外架设的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、CPU与存储器等硬件的组合。

目前对于变频空调中的永磁同步电机控制中，原有的控制拓扑结构中，直轴电流(i_d)控制常常只由弱磁控制完成，而弱磁控制更适合在电机转速很高时使用，在电机转速较低时并不能满足现在厂家的低损耗要求，所以需要一种控制方法对适合在电机转速低的情况使用的控制方式和弱磁控制方式进行切换来满足低损耗的要求。

针对上述问题，参照图1所示，本发明实施例提供一种永磁同步电机控制方法，该方法包括；

101、获取永磁同步电机的变调率；其中变调率(m_inv)为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压。

具体的，上述的V_m是直轴(d轴)电压理论值(V_d)和交轴(q轴)电压理论值(V_q)平方和的算术平方根，即

102、根据变调率确定直轴电流控制方式，其中直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式。

具体的，当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值(i_d*)；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值。

铜损指的是导线(一般为铜线)上流过电流时因为电阻而产生的一定电功率的损耗，而上述的最低铜损控制方式，要达到最低铜损就要使得定子电流i_s最小，参照图4所示，定子电流是直轴电流i_d和交轴电流i_q的合成所得，即：

要使得定子电流最小，则必须使得i_d和i_q同时最小；根据永磁同步电机磁链转矩方程：

公式(2)中N_p为同步电机极对数；由公式(1)和公式(2)，设计辅助函数，求极值(计算i_s极小值)，得到最小合成电流时d轴与q轴电流的关系。具体如下：

设计辅助函数：

式中：λ为拉格朗日乘子。

将上式分别对i_d，i_q求偏导并另结果为0，得到：

根据公式(4)和公式(5)即可得到

事实上，这整个计算过程都是在永磁同步电动机控制装置中完成的，由于这些计算过程计算量非常大，计算过程会占用大量运行资源，所以在实际应用中，具体是将离线状态下测试的电机参数制成表格存入数据存储器EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory)，例如表一所示：

项目	数值
		r(Ω)	0.355
直轴电感L<sub>d</sub>(H)	0.0087
		交轴电感L<sub>q</sub>(H)	0.014
电机中磁铁产生的磁通量Φ<sub>m</sub>(Wb)	0.1127

表1某电机参数表

在控制装置上电后，先从数据存储器EEPROM中读出电机参数，利用公式(6)，将不同i_q时对应的i_d计算出来，制作成表格放在CPU的rom里。假设电流采样采用8位AD通道，电流上限设为64A，最小分辨率为64A/256＝0.25A。示例性的，最低铜损控制需要使用的与交轴电流指令值(i_q*)对应的直轴电流指令值表格如表2所示：

表2最低铜损对应表格示例

在实际对永磁同步电机控制时，只有首次控制时，会根据上述计算过程计算直轴电流指令值，同时会将计算结果制成表格存储，而后的控制过程则会直接采用查表方式进行控制即可，避免每次耗费时间去计算，也节省了运行资源，降低了使用损耗。

103、根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值。

具体的，这里所说的预设永磁同步电机转速指令值是变频空调中对环境检测后计算永磁同步电机转速指令值的装置提前计算好后将数据提供给永磁同步电机控制装置的；另外，这里的永磁同步电机转速是在获取变调率时获取的。

104、根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值(v_d)；根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值(v_q)。

具体的，直轴电流和交轴电流是在获取变调率时获取；电压运行值指的是在真正运行过程中控制装置中存在的电压。

105、根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机。

具体的，直轴电压运行值是依靠直轴电流和直轴电流指令值生成的，所以根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号是和直轴电流指令值密切相关的，而直轴电流的指令值的生成依据变调率的大小，变调率又和电机运行时的状态是有关系的，所以，本发明实施例是可以根据不同条件切换使用不同的控制方式生成直轴电流指令值从而达到对永磁同步电机的低损耗控制，提高用户对于变频空调低损耗的要求。

上述方案提供的永磁同步电机控制方法首先获取永磁同步电机的变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m位永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压；再根据变调率大小确定直轴电流控制方式，其中直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；具体的，当变调率大小满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率大小满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；然后根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；最后根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机。因为在控制过程中直轴电流的指令值可以依据变调率来决定是通过弱磁控制生成或者是通过损耗更低的最低铜损控制生成；这样根据不同的情况使用更适合的控制方式来对直轴电流进行控制，从而达到以更低的损耗对永磁同步电机进行控制，降低了含有永磁同步电机的压缩机的驱动损耗。

具体的，上述方案中的步骤102中根据变调率确定直轴电流控制方式，直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；具体执行时参照图3所示，包括：

当变调率(m_inv)大于第一变调率临界值(m2)时，使用弱磁控制生成直轴电流指令值；

当变调率小于第二变调率临界值(m1)时，使用最低铜损控制生成直轴电流指令值；

当变调率小于等于第一变调率临界值且大于等于第二变调率临界值时，即m1≤m_inv≤m2时，若前一循环周期(即在这次判断控制方式前的一个运行周期)的变调率大于第一变调率临界值时，使用弱磁控制生成直轴电流指令值；若前一循环周期的变调率小于第二变调率临界值时，使用最低铜损控制生成直轴电流指令值。

示例性的，一般选取m1＝0.85，m2＝0.90；例如当头一个运行周期m_inv为0.80时，此时永磁同步电机控制装置便选取最低铜损控制生成直轴电流指令值；下一个周期m_inv为0.91，此时永磁同步电机控制装置便切换为弱磁控制生成直轴电流指令值；再下一个周期时，m_inv改变为0.87，此时因为上一个周期是弱磁控制生成直轴电流指令值得，所以这个周期永磁同步电机控制装置也依旧使用弱磁控制生成直轴电流指令值。

具体的，上述方案中步骤105根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机包括：

根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度通过逆帕克变换生成第一轴电压(V_α)和第二轴电压(V_β)；根据第一轴电压和第二轴电压通过逆克拉克变换生成三相电压(V_a、V_b和V_c)，根据三相电压通过矢量运算得到六路驱动信号用来控制永磁同步电机。

需要说明是的，帕克变换和逆帕克变换是空间静止坐标系和旋转坐标系之间的转换，克拉克变换和逆克拉克变换是两相坐标系和三相坐标系之间的转换；具体公式如下(以电流为例)：

克拉克变换：

逆帕克变换：

其中，i_α为第一轴电流，i_β为第二轴电流；i_a、i_b和i_c为三相电流；θ为转子角度，即旋转坐标相对于静止坐标的角度。

具体的，参照图2所示，上述方案中的步骤101获取永磁同步电机的变调率包括：

201、获取永磁同步电机转速(ω)和永磁同步电机转子角度(θ)。

具体的，因为最开始压缩机未启动时，是没有第一轴电流、第一轴电压、第二轴电流和第二轴电压的，此时需要有一个起始预设值来对永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度进行估算；即当电机初始运行时，依据预设第一轴电流、预设第一轴电压、预设第二轴电流和预设第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度；当电机非初始运行时，依据所述电机运行过程中产生的所述第一轴电流、所述第二轴电流、第一轴电压和第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度。

202、获取第一轴电流和第二轴电流。

具体的，包括获取永磁同步电机的相电流，依据相电流计算三相电流；依据所述三相电流通过克拉克变换得到所述第一轴电流和所述第二轴电流；这里的相电流是电流采样电路直接从永磁同步电机上获得，而后相电流通过电流演算分解为三相电流。

203、根据第一轴电流、第二轴电流和永磁同步电机转子角度通过帕克变换计算直轴电流和交轴电流。

具体的，步骤202和步骤203的变换主要是因为一般控制装置控制电机的速度是通过在电机定子三相绕线中通入合适的电压，产生磁场，最终在转子上施加转电磁矩矩，使转子带动负载旋转的；而这个电磁转矩是直接与直轴电流交轴电流有联系的，所以要知道电磁转矩和三相电流之间的关系则要通过帕克变换和克拉克变换变换出直轴电流和交轴电流便可以了解到电磁转矩和三相电流之间的关联，这样就有了对电磁转矩控制的基础，而对电磁转矩进行控制也就是对永磁同步电机转速进行了控制。

204、根据直轴电流、交轴电流和永磁同步电机转速计算直轴电压理论值和交轴电压理论值。

具体的，轴电压公式为：

其中，r为电机定子电阻、i_d为直轴电流、i_q为交轴电流、V_d为直轴电压理论值、V_q为交轴电压理论值、L_d为直轴电感、L_q为交轴电感、Φ_m为电机中磁铁产生的磁通量、p＝d/d_t为微分因子，电机定子电阻、直轴电感、交轴电感、电机中磁铁产生的磁通量和微分因子均为常数；其余的量则均是电机在运行过程中会实时发生改变的变量。

205、根据交轴电压理论值、直轴电压理论值和电源电压计算变调率。

具体的，变调率调率(m_inv)为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压，V_m为交轴电压理论值(V_q)以及直轴电压理论值(V_d)的合成值：

参照如图5所示，本发明实施例还提供一种空调器，该空调器包括一种永磁同步电机控制装置，永磁同步电机控制装置连接压缩机的永磁同步电机，用于参照上述实施例提供的方法对永磁同步电机的控制，该永磁同步电机控制装置包括：

控制切换单元1，用于计算变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压。

控制切换单元1还用于，根据变调率确定直轴电流控制方式，直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；

速度调节单元10，用于根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；

直轴电流调节单元2，用于根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；

交轴电流调节单元3，用于根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；

驱动信号单元4，用于根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号；

三相逆变器5，用于根据电源电压和六路驱动信号控制永磁同步电机6。

进一步的，在控制切换单元1计算变调率之前还需要获取计算变调率的参数，所以永磁同步电机控制装置还包括：

位置和速度估算单元9，用于计算永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度；位置和速度估算单元9具体用于：

当电机初始运行时，位置和速度估算单元9依据预设第一轴电流、预设第一轴电压、预设第二轴电流和预设第二轴电压计算永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度；当电机非初始运行时，位置和速度估算单元9依据电机运行过程中产生的第一轴电流、第二轴电流、第一轴电压和第二轴电压计算永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度。

电流计算单元7，用于根据永磁同步电机的相电流计算第一轴电流和第二轴电流；可选的，电流计算单元7包括：电流演算子单元72和克拉克变换子单元71；电流演算子单元72用于获取永磁同步电机的相电流，根据相电流计算三相电流；克拉克变换子单元71用于根据三相电流通过克拉克变换得到第一轴电流和第二轴电流。

帕克变换单元8，用于根据第一轴电流、第二轴电流和永磁同步电机转子角度通过帕克变换得到直轴电流和交轴电流。

控制切换单元1，用于根据直轴电流、交轴电流和永磁同步电机转速计算直轴电压理论值和交轴电压理论值；根据交轴电压理论值、直轴电压理论值和电源电压计算变调率；具体的，控制切换单元1根据直轴电流、交轴电流、永磁同步电机转速通过轴电压公式计算直轴电压理论值和交轴电压理论值；

轴电压公式为：

其中，r为电机定子电阻、id为直轴电流、iq为交轴电流、Vd为直轴电压理论值、Vq为交轴电压理论值、Ld为直轴电感、Lq为交轴电感、Φm为电机中磁铁产生的磁通量、p＝d/dt为微分因子，电机定子电阻、直轴电感、交轴电感、电机中磁铁产生的磁通量和微分因子均为常数。

进一步的，控制切换单元1还用于：

当变调率大于第一变调率临界值时，控制切换单元1切换使用弱磁控制生成直轴电流指令值；当变调率小于第二变调率临界值时，控制切换单元1切换使用最低铜损控制生成直轴电流指令值；

当变调率不大于第一变调率临界值且不小于第二变调率临界值时，若前一循环周期的变调率大于第一变调率临界值时，控制切换单元1切换使用弱磁控制生成直轴电流指令值；若前一循环周期的变调率小于第二变调率临界值时，控制切换单元1切换使用最低铜损控制生成直轴电流指令值。

可选的，驱动信号单元4包括：逆帕克变换子单元41、逆克拉克变换子单元42和矢量运算子单元43；

逆帕克变换子单元41，用于根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度通过逆帕克变换生成第一轴电压和第二轴电压；逆克拉克变换子单元42，用于根据第一轴电压和第二轴电压通过逆克拉克变换生成三相电压；矢量运算子单元43，用于根据三相电压通过矢量运算得到六路驱动信号。

需要说明的是，图5中的三个圆形样式的标志表示一种累加过程；另外本发明实施例提供的永磁同步电机控制装置还可以包括存储单元，用于存储在电机运行过程中的各个参数和最低铜损控制时需要的各项参数，其具体的功能可以涵盖到本发明实施例中提到的任何一个模块中。

上述方案主要从永磁同步电机控制装置的功能模块的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。本发明实施例提供的永磁同步电机控制装置包括控制切换单元、速度调节单元、直轴电流调节单元、交轴电流调节单元、驱动信号单元、三相逆变器；首先控制切换单元通过计算获取永磁同步电机的变调率，其中变调率为V_m/V_dc，V_m为永磁同步电机在运转时的电压峰值，V_dc为电源电压；而后控制切换单元再根据变调率确定直轴电流控制方式，其中直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；具体的，当变调率满足弱磁控制方式的条件时，切换使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当变调率满足最低铜损控制方式的条件时，切换使用最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；然后速度调节单元根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；直轴电流调节单元根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；交轴电流调节单元根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；最后驱动信号单元根据直轴电压运行值、交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号通过三项逆变器控制永磁同步电机。因为在控制过程中直轴电流的指令值可以依据变调率来决定是通过弱磁控制生成或者是通过损耗更低的最低铜损控制生成；这样控制切换单元根据不同的情况使用更适合的控制方式来对直轴电流进行控制，从而达到以更低的损耗对永磁同步电机进行控制，降低了含有永磁同步电机的压缩机的驱动损耗。

可以理解的是，永磁同步电机控制装置本发明实施例描述的可控和单元或者模块仅是以功能进行了划分，本领域技术人员应该很容易意识到，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。其中各个模块可以是独立的也可以是两个或多个模块为一体实现多个功能。

以上，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 (13)

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：

获取永磁同步电机的变调率，其中所述变调率为V_m/V_dc，所述V_m为所述永磁同步电机在运转时的电压峰值，所述V_dc为电源电压；

根据所述变调率确定直轴电流控制方式，所述直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当所述变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当所述变调率满足所述最低铜损控制方式的条件时，使用所述最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；

根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；

根据直轴电流、所述直轴电流指令值计算直轴电压运行值；

根据交轴电流、所述交轴电流指令值计算交轴电压运行值；

根据所述直轴电压运行值、所述交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机；

所述当所述变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当所述变调率满足所述最低铜损控制方式的条件时，使用所述最低铜损控制方式生成直轴电流指令值包括：

当所述变调率大于第一变调率临界值时，使用弱磁控制生成所述直轴电流指令值；

当所述变调率小于第二变调率临界值时，使用最低铜损控制生成所述直轴电流指令值；

当所述变调率小于等于所述第一变调率临界值且大于等于所述第二变调率临界值时，若前一循环周期的变调率大于所述第一变调率临界值时，使用弱磁控制生成所述直轴电流指令值；若所述前一循环周期的变调率小于第二变调率临界值时，使用最低铜损控制生成所述直轴电流指令值。

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，所述获取永磁同步电机的变调率，包括：

获取永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度；

获取第一轴电流和第二轴电流；

根据所述第一轴电流、所述第二轴电流和所述永磁同步电机转子角度通过帕克变换计算直轴电流和交轴电流；

根据所述直轴电流、所述交轴电流和所述永磁同步电机转速计算直轴电压理论值和交轴电压理论值；

根据所述交轴电压理论值、所述直轴电压理论值和电源电压计算变调率。

3.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，

所述根据所述直轴电压运行值、所述交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号控制永磁同步电机包括：

根据所述直轴电压运行值、所述交轴电压运行值和所述永磁同步电机转子角度通过逆帕克变换生成第一轴电压和第二轴电压；

根据所述第一轴电压和所述第二轴电压通过逆克拉克变换生成三相电压，根据所述三相电压通过矢量运算得到六路驱动信号用来控制所述永磁同步电机。

4.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，所述获取永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度，包括：

当电机初始运行时，依据预设第一轴电流、预设第一轴电压、预设第二轴电流和预设第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度；

当电机非初始运行时，依据所述电机运行过程中产生的所述第一轴电流、所述第二轴电流、第一轴电压和第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度。

5.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，所述获取第一轴电流和第二轴电流包括：

获取永磁同步电机的相电流，依据所述相电流计算三相电流；

依据所述三相电流通过克拉克变换得到所述第一轴电流和所述第二轴电流。

6.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，

所述根据所述直轴电流、所述交轴电流、所述永磁同步电机转速计算所述直轴电压理论值和所述交轴电压理论值包括：根据所述直轴电流、所述交轴电流、所述永磁同步电机转速通过轴电压公式计算所述直轴电压理论值和所述交轴电压理论值；

所述轴电压公式为：

其中，r为电机定子电阻、i_d为直轴电流、i_q为交轴电流、V_d为直轴电压理论值、V_q为交轴电压理论值、L_d为直轴电感、L_q为交轴电感、Φ_m为电机中磁铁产生的磁通量、p＝p/dt为微分因子，所述电机定子电阻、所述直轴电感、所述交轴电感、所述电机中磁铁产生的磁通量和所述微分因子均为常数。

7.一种永磁同步电机控制装置，其特征在于，包括：

控制切换单元，用于计算变调率，其中所述变调率为V_m/V_dc，所述V_m为所述永磁同步电机在运转时的电压峰值，所述V_dc为电源电压；

控制切换单元还用于，根据所述变调率确定直轴电流控制方式，所述直轴电流控制方式包括弱磁控制方式和最低铜损控制方式；当所述变调率满足弱磁控制方式的条件时，使用弱磁控制方式生成直轴电流指令值；当所述变调率满足所述最低铜损控制方式的条件时，使用所述最低铜损控制方式生成直轴电流指令值；

速度调节单元，用于根据预设永磁同步电机转速指令值和永磁同步电机转速计算交轴电流指令值；

直轴电流调节单元，用于根据直轴电流、直轴电流指令值计算直轴电压运行值；

交轴电流调节单元，用于根据交轴电流、交轴电流指令值计算交轴电压运行值；

驱动信号单元，用于根据所述直轴电压运行值、所述交轴电压运行值和永磁同步电机转子角度生成六路驱动信号；

三相逆变器，用于根据电源电压和所述六路驱动信号控制所述电机；

所述控制切换单元具体用于：

当所述变调率大于第一变调率临界值时，所述控制切换单元切换使用弱磁控制生成所述直轴电流指令值；

当所述变调率小于第二变调率临界值时，所述控制切换单元切换使用最低铜损控制生成所述直轴电流指令值；

当所述变调率小于等于所述第一变调率临界值且大于等于所述第二变调率临界值时，若前一循环周期的变调率大于所述第一变调率临界值时，所述控制切换单元切换使用弱磁控制生成所述直轴电流指令值；若所述前一循环周期的变调率小于第二变调率临界值时，所述控制切换单元切换使用最低铜损控制生成所述直轴电流指令值。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机控制装置，其特征在于，还包括：

位置和速度估算单元，用于计算永磁同步电机转速和永磁同步电机转子角度；

电流计算单元，用于根据永磁同步电机的相电流计算第一轴电流和第二轴电流；

帕克变换单元，用于根据所述第一轴电流、所述第二轴电流和所述永磁同步电机转子角度通过帕克变换得到直轴电流和交轴电流；

控制切换单元，用于根据所述直轴电流、所述交轴电流和所述永磁同步电机转速计算直轴电压理论值和交轴电压理论值；根据所述交轴电压理论值、所述直轴电压理论值和电源电压计算变调率。

9.根据权利要求7所述的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述驱动信号单元包括：逆帕克变换子单元、逆克拉克变换子单元和矢量运算单元；

所述逆帕克变换子单元，用于根据所述直轴电压运行值、所述交轴电压运行值和所述永磁同步电机转子角度通过逆帕克变换生成第一轴电压和第二轴电压；

所述逆克拉克变换子单元，用于根据所述第一轴电压和所述第二轴电压通过逆克拉克变换生成三相电压；

所述矢量运算子单元，用于根据所述三相电压通过矢量运算得到六路驱动信号。

10.根据权利要求8所述的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述位置和速度估算单元具体用于：

当电机初始运行时，所述位置和速度估算单元依据预设第一轴电流、预设第一轴电压、预设第二轴电流和预设第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度；

当电机非初始运行时，所述位置和速度估算单元依据所述电机运行过程中产生的所述第一轴电流、所述第二轴电流、第一轴电压和第二轴电压计算所述永磁同步电机转速和所述永磁同步电机转子角度。

11.根据权利要求8所述的永磁同步电机控制装置，其特征在于，

所述电流计算单元包括：电流演算子单元和克拉克变换子单元；

所述电流演算子单元用于获取所述永磁同步电机的相电流，根据所述相电流计算三相电流；

所述克拉克变换子单元用于根据所述三相电流通过克拉克变换得到所述第一轴电流和所述第二轴电流。

12.根据权利要求8所述的永磁同步电机控制装置，其特征在于，

所述控制切换单元具体用于根据所述直轴电流、所述交轴电流、所述永磁同步电机转速通过轴电压公式计算所述直轴电压理论值和所述交轴电压理论值；

所述轴电压公式为：

其中，r为电机定子电阻、i_d为直轴电流、i_q为交轴电流、V_d为直轴电压理论值、V_q为交轴电压理论值、L_d为直轴电感、L_q为交轴电感、Φ_m为电机中磁铁产生的磁通量、p＝p/dt为微分因子，所述电机定子电阻、所述直轴电感、所述交轴电感、所述电机中磁铁产生的磁通量和所述微分因子均为常数。

13.一种空调器，其特征在于，包括权利要求7-12任一项所述的永磁同步电机控制装置，所述永磁同步电机控制装置连接压缩机的永磁同步电机。