CN107342716B - 永磁同步电机的弱磁控制方法、***及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法、***及存储介质，所述包括：根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。本发明在交轴电压小于设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上，能够避免深度弱磁导致的失控。

Description

永磁同步电机的弱磁控制方法、***及存储介质

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机的弱磁控制方法、***及存储介质。

背景技术

永磁同步电机是指由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，称为永磁同步电机。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机得以迅速的推广应用。

为了保证永磁同步电机中直流母线电压处于稳定状态，通常会配备有容值较大的电解电容，但这会导致变频电机驱动器体积变大，成本增高，而且电解电容的使用寿命有限，降低了变频电机驱动器的使用寿命。相关技术中，可以采用容值为小薄膜电容来代替直流母线侧容值较大的电解电容，通过控制电机的瞬时功率与输入交流电压的形状匹配，不但可以实现电机的调速，而且可以减少输入电流谐波，实现变频电机驱动器的高功率因数。

但对于直流母线为小薄膜电容、重载的场合，此时永磁同步电机的母线脉动非常大，采用传统的弱磁控制方法，容易发生发波电压超出母线电压的情形，从而导致弱磁失控。

发明内容

为此，本发明的一个实施例提出一种永磁同步电机的弱磁控制方法，解决弱磁失控的问题。

根据本发明一实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法，包括：

根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

根据本发明实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法，首先根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，并根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流，然后根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，即放弃转速环的输出，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上，能够实现功率的降低，有效避免发波电压超过母线电压的情形，进而避免了深度弱磁导致的失控，更适用于直流母线为小薄膜电容、重载的场合。

另外，根据本发明上述实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流的步骤包括：

采用以下公式计算交轴的预定电流：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为积分量，v_q(n)为交轴电压，v_qs为设定的交轴电压下限。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流的步骤包括：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率；

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配的步骤包括：

若v_q(n)>v_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配的步骤之后，所述方法还包括：

当且v_q(n)>v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

当且v_q(n)≤v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

本发明的另一个实施例提出一种永磁同步电机的弱磁控制***，解决弱磁失控的问题。

根据本发明实施例的永磁同步电机的弱磁控制***，包括：计算模块，用于根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

分配模块，用于根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

另外，根据本发明上述实施例的弱磁控制***，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算模块具体用于：

采用以下公式计算交轴的预定电流：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为积分量，v_q(n)为交轴电压，v_qs为设定的交轴电压下限。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算模块具体用于：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率；

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分配模块具体用于：

若v_q(n)>v_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述***还包括：

限幅处理模块，用于当且v_q(n)>v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

所述限幅处理模块还用于当且v_q(n)≤v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

本发明的另一个实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的附加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，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明第一实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法的流程图；

图2是根据本发明第二实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法的流程图；

图3是根据本发明另一实施例的永磁同步电机的弱磁控制***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参阅图1，本发明实施例提出的永磁同步电机的弱磁控制方法，包括以下步骤：

S101，根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

根据本发明的一个实施例，可以采用下述公式计算出交轴的预定电流I_q1(n)：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为积分量，v_q(n)为交轴电压，v_qs为设定的交轴电压下限。

根据本发明的一个实施例，可以采用以下步骤计算直轴的预定电流I_d1(n)：

首先根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

然后触发AD采集，以获得当前电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率，具体实施时，可以设置λ＝0.95

最后根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

S102，根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

根据本发明的一个实施例，可以采用以下方式对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配：

若v_q(n)>v_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

根据本发明实施例的永磁同步电机的弱磁控制方法，首先根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，并根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流，然后根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，即放弃转速环的输出，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上，能够实现功率的降低，有效避免发波电压超过母线电压的情形，进而避免了深度弱磁导致的失控，更适用于直流母线为小薄膜电容、重载的场合。

请参阅图2，本发明第二实施例提出的永磁同步电机的弱磁控制方法，包括：

S201，根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流；

具体的，采用下述公式计算出交轴的预定电流I_q1(n)：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为积分量，v_q(n)为交轴电压，v_qs为设定的交轴电压下限；

S202，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

具体的，采用以下步骤计算直轴的预定电流：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率，其中，具体实施时，可以设置λ＝0.95。

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流；

S203，根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配；

具体分配方式如下：

若v_q(n)>v_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

S204，对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

具体的，当且v_q(n)>v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

当且v_q(n)≤v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

可以理解的，若则不对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理。

根据本实施例提出的永磁同步电机的弱磁控制方法，当电压大于一定值时采用弱磁控制，当电压小于一定值时，在进行弱磁则会失败，此时则要放弃转速环的输出，降低Iq达到ud降低的目的，从而实现发波电压的降低，有效的避免发波电压超过母线电压的情形。

请参阅图3，基于同一发明构思，本发明另一实施例提出的永磁同步电机的弱磁控制***，包括：

计算模块10，用于根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

分配模块20，用于根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

本实施例中，所述计算模块10具体用于：

采用以下公式计算交轴的预定电流：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为积分量，v_q(n)为交轴电压，v_qs为设定的交轴电压下限。

本实施例中，所述计算模块10具体用于：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率；

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

本实施例中，所述分配模块20具体用于：

若v_q(n)>v_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

本实施例中，所述***还包括：

限幅处理模块30，用于当且v_q(n)>v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

所述限幅处理模块30还用于当且v_q(n)≤v_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

本发明实施例提出的永磁同步电机的弱磁控制***的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的方法相同，在此不予赘述。

此外，本发明的实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

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***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、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***、装置或设备或结合这些指令执行***、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***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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，包括：

根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，所述根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流的步骤包括：

采用以下公式计算交轴的预定电流：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为设置转速和实际转速之间差值的积分量，v_q(n)为交轴电压，u_qs为设定的交轴电压下限。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，所述根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流的步骤包括：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前的母线电容的电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率；

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，所述根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配的步骤包括：

若v_q(n)＞u_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

其中，I_d2(n)＝I_d2(n-1)表示当前周期I_d2的值取上一周期I_d2的值。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，所述根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配的步骤之后，所述方法还包括：

当且v_q(n)＞u_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

当且v_q(n)≤u_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理；

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

6.一种永磁同步电机的弱磁控制***，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据交轴电压和设定的交轴电压下限计算交轴的预定电流，根据直轴电压、所述交轴电压和母线电压计算直轴的预定电流；

分配模块，用于根据交轴电压和所述设定的交轴电压下限的大小比较结果，对所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流的进行重新分配，并在所述交轴电压小于所述设定的交轴电压下限时，退出弱磁控制，维持转速环的积分输出不变，同时维持此时的直轴电流不变，并将积分量加到交轴电流上。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机的弱磁控制***，其特征在于，所述计算模块具体用于：

采用以下公式计算交轴的预定电流：

I_q1(n)＝K_{p_N}(N_s-N_real)+I_{int_N}(n)；

其中，n为控制周期，n为大于等于1的自然数，N_s为设置转速，N_real为实际转速，K_{p_N}和K_{i_N}分别为转速环的比例系数和积分系数，I_{int_N}(n)为设置转速和实际转速之间差值的积分量，v_q(n)为交轴电压，u_qs为设定的交轴电压下限。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机的弱磁控制***，其特征在于，所述计算模块具体用于：

根据公式计算实际电压矢量幅值其中，v_d(n)为直轴电压；

触发AD采集，以获得当前的母线电容的电压的瞬时值U_d(n)，计算允许调制电压U_λ(n)，U_λ(n)＝λU_d(n)，其中λ为电压利用率；

根据以下公式计算直轴的预定电流I_d1(n)：

其中，T_{i_d}为积分时间，I_d(n-1)为第n-1周期的直轴电流。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机的弱磁控制***，其特征在于，所述分配模块具体用于：

若v_q(n)＞u_qs，则按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

否则，按照如下公式对重新分配所述交轴的预定电流和所述直轴的预定电流：

其中，I_d2(n)＝I_d2(n-1)表示当前周期I_d2的值取上一周期I_d2的值。

10.根据权利要求9所述的永磁同步电机的弱磁控制***，其特征在于，所述***还包括：

限幅处理模块，用于当且v_q(n)＞u_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

所述限幅处理模块还用于当且v_q(n)≤u_qs时，按以下公式对PI调节器输出的交轴电压和直轴电压进行限幅处理，

其中，v_{d_real}(n)和v_{q_real}(n)为最终发波实际电压。

11.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1至5任意一项所述方法的步骤。