CN109713974A - 一种控制电机工作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制电机工作的方法，在电机工作过程中，实时采集电机工作参数，根据工作参数绘制曲线图，根据曲线图计算得到所需调节定子电流数值，随着电机转速提高，根据不同转速范围，分阶段调节定子电流，以控制电机工作，使电机在任意速度下以最小功率输入获得最大功率输出。本发明根据函数曲线图最优分配DQ轴电流，使电机在任意转速下都能高效运行，采用最优弱磁控制方法，组合定子电流的d、q轴电流约束定子电流，最大程度地挖掘电机效率，在任何速度范围扩大转矩，使磁阻电机的转矩被线性控制。

Description

一种控制电机工作的方法

技术领域

本发明属于电机技术领域，特别涉及一种控制电机工作的方法。

背景技术

磁阻电机作为低成本、高性能的交流同步电机，其宽广的弱磁调速范围、良好的逆变器利用率和高效率，以及自然同步的特性，使得控制该电机简单，而且功率密度高。

磁阻电机遵循磁通总是沿着磁阻最小路径闭合的原理，通过转子在不同位置引起的磁阻变化产生的磁拉力形成转矩，在弱磁状态下，d、q轴电流的任意组合均能输出对应转矩，但是无法实现转矩的线性控制。

当前急需的技术改进在于，磁阻电机在高速弱磁控制中，通过采取一定的调节法则，最优分配d、q轴电流，从而使得磁阻电机在任意转速下都能高效运行。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种控制电机工作的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种控制电机工作的方法，包括：

在电机工作过程中，实时采集电机工作参数，根据工作参数绘制曲线图，根据曲线图计算得到所需调节定子电流数值；随着电机转速提高，根据不同转速范围，分阶段调节定子电流，以控制电机工作，使电机在任意速度下以最小功率输入获得最大功率输出。

进一步的，电机工作参数，包括：d轴电流Id、q轴电流Iq、定子电流Is、转矩Te、转速w、磁链、旋变。

进一步的，绘制曲线图，包括：以Id为横坐标，以Iq为纵坐标；根据Id与Iq组合产生的定子电流Is的最大值，绘制电流极限圆；根据定子电流，绘制转矩曲线；根据转矩与电流，绘制最大转矩电流比OA曲线，穿过原点O；根据转速对应的电压最大值，绘制电压极限椭圆；根据电压极限椭圆，绘制FG曲线，穿过椭圆与横坐标的右交点G；根据磁链与转矩，绘制最小磁链转矩比BE曲线，穿过椭圆中心E。

进一步的，调节定子电流，包括：调节d轴电流Id与q轴电流Iq以调节定子电流Is。

进一步的，调节d轴电流Id与q轴电流Iq，包括：采集电机的A相和B相电流，经过处理后反馈至输入端，与输入电流合成，重新输入电机，实现循环调节。

进一步的，循环调节，包括：采集A相电流Ia和B相电流Ib，作克拉克变换，得到Iα与Iβ，检测旋变，计算得到角度值θ，根据θ，将Iα与Iβ分别作帕克变换，得到Isd-与Isq-，将Isd-与Isq-分别和对应的输入端Isd+与Isq+合成矢量电流Isd与Isq，根据Isd与Isq得到电压Usd与Usq，根据θ，将Usd与Usq作反帕克变换，得到Uα与Uβ，将Uα与Uβ作反克拉克变换，得到Ua与Ub，通过Ua与Ub驱动脉宽调制，以调节Ia与Ib。

进一步的，分阶段调节定子电流，包括：阶段一，调节定子电流沿OA曲线变化，采用最大转矩提升电机转速；阶段二，调节定子电流沿电流极限圆变化，使转矩跟踪误差最小；阶段三，调节定子电流沿BE曲线变化，采用最大电压提升转矩，减小定子电流，提高电机带载能力和效率；阶段四，调节定子电流沿BE曲线变化，当转速稳定转矩减小，调节定子电流沿FG曲线变化，减小输入功率。

进一步的，阶段一，包括：根据当前转速w1绘制电流极限圆，选取电流极限圆与OA曲线的交点A，根据交点A的电流绘制TeA曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

进一步的，对比Te曲线与TeA曲线，包括：若Te＜TeA，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；若Te≥TeA，调节Is为交点A的电流。

进一步的，阶段二，包括：根据当前转速w2绘制电压极限椭圆，令w2＞w1，选取电流极限圆与电压极限椭圆的交点C、OA曲线与电压极限椭圆的交点D，根据交点C、D的电流绘制TeC曲线、TeD曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

进一步的，对比Te曲线与TeC曲线、TeD曲线，包括：若Te＜TeD，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；若TeD＜Te＜TeC，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流；若Te＞TeC，调节Is为交点C的电流。

进一步的，阶段三，包括：根据当前转速w3绘制电压极限椭圆，令w3＞w2，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、OA曲线与电压极限椭圆的交点H，根据交点F、H的电流绘制TeF曲线、TeH曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

进一步的，对比Te曲线与TeF曲线、TeH曲线，包括：若Te＜TeH，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；若TeH＜Te＜TeF，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流；若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。

进一步的，阶段四，包括：根据当前转速w4绘制电压极限椭圆，令w4＞w3，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、Id轴与电压极限椭圆的交点G，此时G落在原点左边，根据交点F的电流绘制TeF曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

进一步的，对比Te曲线与TeF曲线，包括：若Te＜TeF，调节Is为Te曲线和电压极限椭圆交点的电流；若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。

采集电机工作时的d轴电流Id、q轴电流Iq、定子电流Is、转矩Te、转速w、磁链、旋变参数。

以Id为横坐标，以Iq为纵坐标，根据Id与Iq组合产生的定子电流Is的最大值，绘制电流极限圆，根据定子电流，绘制转矩曲线，根据转矩与电流，绘制最大转矩电流比OA曲线，根据转速对应的电压最大值，绘制电压极限椭圆，根据电压极限椭圆，绘制FG曲线，根据磁链与转矩，绘制最小磁链转矩比BE曲线。

阶段一，根据当前转速w1绘制电流极限圆，选取电流极限圆与OA曲线的交点A，根据交点A的电流绘制TeA曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeA，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若Te≥TeA，调节Is为交点A的电流，当前定子电流Is沿OA曲线变化，采用最大转矩提升电机转速。

阶段二，根据当前转速w2绘制电压极限椭圆，令w2＞w1，选取电流极限圆与电压极限椭圆的交点C、OA曲线与电压极限椭圆的交点D，根据交点C、D的电流绘制TeC曲线、TeD曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeD，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若TeD＜Te＜TeC，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeC，调节Is为交点C的电流，当前定子电流Is沿电流极限圆变化，使转矩跟踪误差最小，。

阶段三，根据当前转速w3绘制电压极限椭圆，令w3＞w2，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、OA曲线与电压极限椭圆的交点H，根据交点F、H的电流绘制TeF曲线、TeH曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeH，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若TeH＜Te＜TeF，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流，当前定子电流Is沿BE曲线变化，采用最大电压提升转矩，减小定子电流，提高电机带载能力和效率。

阶段四，根据当前转速w4绘制电压极限椭圆，令w4＞w3，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、Id轴与电压极限椭圆的交点G，此时G落在原点左边，根据交点F的电流绘制TeF曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeF，调节Is为Te曲线和电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流，当前定子电流Is沿BE曲线变化，当转速稳定转矩减小，调节定子电流沿FG曲线变化，减小输入功率。

计算得到所需调节定子电流数值，采集A相电流Ia和B相电流Ib，作克拉克变换，得到Iα与Iβ，检测旋变，计算得到角度值θ，根据θ，将Iα与Iβ分别作帕克变换，得到Isd-与Isq-，将Isd-与Isq-分别和对应的输入端Isd+与Isq+合成矢量电流Isd与Isq，根据Isd与Isq得到电压Usd与Usq，根据θ，将Usd与Usq作反帕克变换，得到Uα与Uβ，将Uα与Uβ作反克拉克变换，得到Ua与Ub，通过Ua与Ub驱动脉宽调制，以调节Ia与Ib。

本发明根据函数曲线图最优分配DQ轴电流，使电机在任意转速下都能高效运行；采用最优弱磁控制方法，解决了磁阻电机只能在一定转速范围下的弱磁调速问题；通过相应约束定子电流，解决了磁阻电机在中高速段转矩可控性较差的问题；所需定子电流最小，最大程度地挖掘电机效率，在任何速度范围最大可能扩大转矩；组合定子电流的d、q轴电流，使磁阻电机的转矩被线性控制；按最优弱磁路径分配d、q轴电流给定值，使磁阻电机在任意转速下均能高效运行。

附图说明

图1是控制电机工作的方法流程图。

图2是电机工作参数曲线图。

图3是阶段一的曲线图。

图4是阶段二的曲线图。

图5是阶段三的曲线图。

图6是阶段四的曲线图。

图7循环调节d、q轴电流的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一种控制电机工作的方法，图1是控制电机工作的方法流程图，包括：实时采集电机工作参数，根据工作参数绘制曲线图，根据曲线图计算得到所需调节定子电流数值，分阶段调节定子电流。

根据电机工作参数绘制曲线图，图2是电机工作参数曲线图，包括：d轴电流Id为横坐标、q轴电流Iq为纵坐标、Id与Iq组合产生的定子电流Is的最大值对应的电流极限圆、当前定子电流对应的转矩Te、当前转速w对应的电压极限椭圆、最大转矩电流比OA曲线、最小磁链转矩比BE曲线，随着转速提高，电压极限椭圆缩小。

阶段一，调节定子电流沿OA曲线变化，采用最大转矩提升电机转速，图3是阶段一的曲线图，包括：根据当前转速w1绘制电流极限圆，选取电流极限圆与OA曲线的交点A，根据交点A的电流绘制TeA曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeA，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若Te≥TeA，调节Is为交点A的电流。

阶段二，调节定子电流沿电流极限圆变化，使转矩跟踪误差最小，图4是阶段二的曲线图，包括：根据当前转速w2绘制电压极限椭圆，令w2＞w1，选取电流极限圆与电压极限椭圆的交点C、OA曲线与电压极限椭圆的交点D，根据交点C、D的电流绘制TeC曲线、TeD曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeD，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若TeD＜Te＜TeC，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeC，调节Is为交点C的电流。

阶段三，调节定子电流沿BE曲线变化，采用最大电压提升转矩，减小定子电流，提高电机带载能力和效率，图5是阶段三的曲线图，包括：根据当前转速w3绘制电压极限椭圆，令w3＞w2，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、OA曲线与电压极限椭圆的交点H，根据交点F、H的电流绘制TeF曲线、TeH曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeH，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流，若TeH＜Te＜TeF，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。

阶段四，调节定子电流沿BE曲线变化，当转速稳定转矩减小，调节定子电流沿FG曲线变化，减小输入功率，图6是阶段四的曲线图，包括：根据当前转速w4绘制电压极限椭圆，令w4＞w3，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、Id轴与电压极限椭圆的交点G，此时G落在原点左边，根据交点F的电流绘制TeF曲线，与当前转矩Te曲线对比，若Te＜TeF，调节Is为Te曲线和电压极限椭圆交点的电流，若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。

调节d轴电流Id与q轴电流Iq以调节定子电流Is，图7是循环调节d、q轴电流的方法流程图，包括：采集A相电流Ia和B相电流Ib，作克拉克变换，得到Iα与Iβ，检测旋变，计算得到角度值θ，根据θ，将Iα与Iβ分别作帕克变换，得到Isd-与Isq-，将Isd-与Isq-分别和对应的输入端Isd+与Isq+合成矢量电流Isd与Isq，根据Isd与Isq得到电压Usd与Usq，根据θ，将Usd与Usq作反帕克变换，得到Uα与Uβ，将Uα与Uβ作反克拉克变换，得到Ua与Ub，通过Ua与Ub驱动脉宽调制，以调节Ia与Ib。

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

Claims (15)

1.一种控制电机工作的方法，特征在于，包括：

在电机工作过程中，实时采集电机工作参数，根据工作参数绘制曲线图，根据曲线图计算得到所需调节定子电流数值；

随着电机转速提高，根据不同转速范围，分阶段调节定子电流，以控制电机工作，使电机在任意速度下以最小功率输入获得最大功率输出。

2.根据权利要求1所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述电机工作参数，包括：

d轴电流Id、q轴电流Iq、定子电流Is、转矩Te、转速w、磁链、旋变。

3.根据权利要求1所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述绘制曲线图，包括：

以Id为横坐标，以Iq为纵坐标；

根据Id与Iq组合产生的定子电流Is的最大值，绘制电流极限圆；

根据定子电流，绘制转矩曲线；

根据转矩与电流，绘制最大转矩电流比OA曲线，穿过原点O；

根据转速对应的电压最大值，绘制电压极限椭圆；

根据电压极限椭圆，绘制FG曲线，穿过椭圆与横坐标的右交点G；

根据磁链与转矩，绘制最小磁链转矩比BE曲线，穿过椭圆中心E。

4.根据权利要求1所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述调节定子电流，包括：

调节d轴电流Id与q轴电流Iq以调节定子电流Is。

5.根据权利要求4所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述调节d轴电流Id与q轴电流Iq，包括：

采集电机的A相和B相电流，经过处理后反馈至输入端，与输入电流合成，重新输入电机，实现循环调节。

6.根据权利要求5所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述循环调节，包括：

采集A相电流Ia和B相电流Ib，作克拉克变换，得到Iα与Iβ；

检测旋变，计算得到角度值θ；

根据θ，将Iα与Iβ分别作帕克变换，得到Isd-与Isq-；

将Isd-与Isq-分别和对应的输入端Isd+与Isq+合成矢量电流Isd与Isq；

根据Isd与Isq得到电压Usd与Usq；

根据θ，将Usd与Usq作反帕克变换，得到Uα与Uβ；

将Uα与Uβ分别做作反克拉克变换，得到Ua与Ub；

通过Ua与Ub驱动脉宽调制，以调节Ia与Ib。

7.根据权利要求1所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述分阶段调节定子电流，包括：

阶段一，调节定子电流沿OA曲线变化，采用最大转矩提升电机转速；

阶段二，调节定子电流沿电流极限圆变化，使转矩跟踪误差最小；

阶段三，调节定子电流沿BE曲线变化，采用最大电压提升转矩，减小定子电流，提高电机带载能力和效率；

阶段四，调节定子电流沿BE曲线变化，当转速稳定转矩减小，调节定子电流沿FG曲线变化，减小输入功率。

8.根据权利要求7所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述阶段一，包括：

根据当前转速w1绘制电流极限圆，选取电流极限圆与OA曲线的交点A，根据交点A的电流绘制TeA曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

9.根据权利要求8所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述对比Te曲线与TeA曲线，包括：

若Te＜TeA，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；

若Te≥TeA，调节Is为交点A的电流。

10.根据权利要求7所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述阶段二，包括：

根据当前转速w2绘制电压极限椭圆，令w2＞w1，选取电流极限圆与电压极限椭圆的交点C、OA曲线与电压极限椭圆的交点D，根据交点C、D的电流绘制TeC曲线、TeD曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

11.根据权利要求10所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述对比Te曲线与TeC曲线、TeD曲线，包括：

若Te＜TeD，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；

若TeD＜Te＜TeC，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流；

若Te＞TeC，调节Is为交点C的电流。

12.根据权利要求7所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述阶段三，包括：

根据当前转速w3绘制电压极限椭圆，令w3＞w2，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、OA曲线与电压极限椭圆的交点H，根据交点F、H的电流绘制TeF曲线、TeH曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

13.根据权利要求12所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述对比Te曲线与TeF曲线、TeH曲线，包括：

若Te＜TeH，调节Is为Te曲线和OA曲线交点的电流；

若TeH＜Te＜TeF，调节Is为Te曲线与电压极限椭圆交点的电流；

若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。

14.根据权利要求7所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述阶段四，包括：

根据当前转速w4绘制电压极限椭圆，令w4＞w3，选取BE曲线与电压极限椭圆的交点F、Id轴与电压极限椭圆的交点G，此时G落在原点左边，根据交点F的电流绘制TeF曲线，与当前转矩Te曲线对比，调节当前定子电流Is。

15.根据权利要求14所述的控制电机工作的方法，特征在于，所述对比Te曲线与TeF曲线，包括：

若Te＜TeF，调节Is为Te曲线和电压极限椭圆交点的电流；

若Te＞TeF，调节Is为交点F的电流。