CN110995084A - 一种磁阻电机控制方法、装置、存储介质及磁阻电机 - Google Patents

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CN110995084A CN201911031752.3A CN201911031752A CN110995084A CN 110995084 A CN110995084 A CN 110995084A CN 201911031752 A CN201911031752 A CN 201911031752A CN 110995084 A CN110995084 A CN 110995084A
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郭伟林
张晓庆
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Abstract

本发明提供一种磁阻电机控制方法、装置、存储介质及磁阻电机，所述方法包括：根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值；根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值；对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值；根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。本发明提供的方案能够使电机稳定的运行在弱磁区域，并且在切换过程中电机的转速、转矩以及线电压波动小。

Description

一种磁阻电机控制方法、装置、存储介质及磁阻电机
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种磁阻电机控制方法、装置、存储介质及磁阻电机。
背景技术
磁阻电机由于具有高功率密度和高效率的优点，因而广泛用于各种电驱动***中。高性能同步磁阻电机控制技术主要有转子磁场定向控制、定子磁场定向控制和直接转矩控制。在实际工程应用中，对于电动汽车、船舶电力、金属削切等需要电机高速作业下的行业中，基于电机矢量控制调速***无法满足行业对于电机转速的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种磁阻电机控制方法、装置、存储介质及磁阻电机，以解决现有技术中基于电机矢量控制调速***无法满足对于电机转速的需求的问题。
本发明一方面提供了一种磁阻电机控制方法，包括：根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值；根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值；对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值；根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
可选地，根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值，包括：
根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。
可选地，根据d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；和/或，对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值，包括：将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值。
可选地，根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure BDA0002250339350000021
Figure BDA0002250339350000022
其中，Udc为直流母线电压值；将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。
本发明另一方面提供了一种磁阻电机控制装置，包括：第一获取单元，用于根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值；第一PI控制单元，用于根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；第二获取单元，用于根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值；第二PI控制单元，用于对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值；调制单元，用于根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
可选地，所述第一获取单元，根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值，包括：根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。
可选地，所述第一PI控制单元，根据d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；和/或，所述第二PI控制单元，对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值，包括：将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值。
可选地，所述第一PI控制单元，根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure BDA0002250339350000031
Figure BDA0002250339350000032
其中，Udc为直流母线电压值；将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。
本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种磁阻电机，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种磁阻电机，包括前述任一所述的磁阻电机控制装置。
根据本发明的技术方案，本发明针对电机处于弱磁区域，采用基于d、q轴输出电压值进行电流弱磁补偿PI控制和对d、q轴电流参考值进行PI调节得到d、q轴输出电压值的双PI控制策略，形成由两个电流环和一个电压闭环构成的多闭环控制***，使得电机具有较好的动态性能，可以使电机稳定的运行在弱磁区域，并且在切换过程中电机的转速、转矩以及线电压波动小；并且本发明采用查表法获取d、q轴弱磁电流值，按照不同的速度和电流要求，预先计算出d、q轴弱磁电流值，避免了在线求解复杂方程的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的磁阻电机控制方法的一实施例的方法示意图；
图2为当电机处于弱磁状况时电机的输出转矩。
图3是本发明提供的磁阻电机控制装置的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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。
现有技术中，基于电机矢量控制调速***无法满足行业对于电机转速的需求，所以弱磁控制调速被逐渐地研究和发展起来。弱磁控制不仅继承了矢量控制的闭环控制的优良属性，还有着一定宽度的调速范围和平滑的弱磁过渡特点。在应对需要高速运转的电机工况上基本满足。所以，弱磁控制的研究和开发变得尤为重要。
本发明提供一种磁阻电机控制方法。
图1是本发明提供的磁阻电机控制方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述控制方法至少包括步骤S110、步骤S120、步骤S130、步骤S140和步骤S150。
步骤S110，根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值。
在一种具体实施方式中，根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表(预先通过实验标定得出)，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。所述磁阻电机当前的电机转速可以通过角度传感器和/或转速传感器得到。
步骤S120，根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值。
在一种具体实施方式中，根据当前的d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值。更具体而言，根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure BDA0002250339350000061
Figure BDA0002250339350000062
其中，Udc为直流母线电压值；
将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。即，将所述输入值e作为d、q轴电流弱磁补偿PI控制器的输入。
其中，可以通过对d、q轴电流参考值进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值，具体实现方式将在步骤S140中进行详述。
步骤S130，根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值。
具体地，可以将所述d、q轴弱磁电流值分别与所述d、q轴电流补偿值相加，得到d、q轴电流参考值。
步骤S140，对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值。
具体地，将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值，并作为弱磁控制的输入控制量。
步骤S150，根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
具体地，逆变器开关管的开关状态采用空间矢量脉宽(SVPWM)调制，为了使调制电压保持在线性调制区。
由式(2)可知，当最大输出电压
Figure BDA0002250339350000071
小于
Figure BDA0002250339350000072
时，电流弱磁补偿PI控制器的弱磁补偿的输入值e经过电流弱磁补偿PI控制器正向饱和，此时电机运行于恒转矩区，当最大输出电压
Figure BDA0002250339350000073
大于
Figure BDA0002250339350000074
时，电流弱磁补偿PI控制器的弱磁补偿的输入值e为负，电流弱磁补偿PI控制器开始退饱和，输出为负，此时，电机进入弱磁工作区。
上述弱磁控制过程为一个多闭环***，由两个电流环、一个电压闭环构成。电流环可以使电机具有较好的动态性能，当负载转矩发生突变时使***仍能够较稳定的运行；电压环的作用是当电机转速超过转折速度时，可以输出一个负的电压差值，从而产生一个反向的去磁电流，同时减小交轴电流，使电机稳定运行在弱磁区域。图2为当电机处于弱磁状况时电机的输出转矩，可以看出电机的输出转矩波动很小。图2中横轴为时间，纵轴为输出扭矩。
本发明还提供一种磁阻电机控制装置。
图3是本发明提供的磁阻电机控制装置的一实施例的结构示意图。如图3所示，所述磁阻电机控制装置100包括第一获取单元110、第一PI控制单元120、第二获取单元130、第二PI控制单元140和调制单元150。
第一获取单元110用于根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值。第一PI控制单元120用于根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值。第二获取单元130用于根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值。第二PI控制单元140用于对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值。调制单元150用于根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
第一获取单元110根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值。
在一种具体实施方式中，第一获取单元110根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表(预先通过实验标定得出)，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。所述磁阻电机当前的电机转速可以通过角度传感器和/或转速传感器得到。
第一PI控制单元120根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值。
在一种具体实施方式中，第一PI控制单元120根据当前的d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值。
更具体而言，根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure BDA0002250339350000081
Figure BDA0002250339350000082
其中，Udc为直流母线电压值；将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。即，将所述输入值e作为d、q轴电流弱磁补偿PI控制器的输入。
其中，第一PI控制单元120可以通过对d、q轴电流参考值进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值，具体实现方式可以参考步骤S140。
第二获取单元130根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值。
具体地，第二获取单元130可以将所述d、q轴弱磁电流值分别与所述d、q轴电流补偿值相加，得到d、q轴电流参考值。
第二PI控制单元140对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值。
具体地，第二PI控制单元140将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值。
调制单元150根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
具体地，调整单元15对逆变器开关管的开关状态采用空间矢量脉宽(SVPWM)调制，为了使调制电压保持在线性调制区。
由式(2)可知，当最大输出电压
Figure BDA0002250339350000091
小于
Figure BDA0002250339350000092
时，电流弱磁补偿PI控制器的弱磁补偿的输入值e经过电流弱磁补偿PI控制器正向饱和，此时电机运行于恒转矩区，当最大输出电压
Figure BDA0002250339350000093
大于
Figure BDA0002250339350000094
时，电流弱磁补偿PI控制器的弱磁补偿的输入值e为负，电流弱磁补偿PI控制器开始退饱和，输出为负，此时，电机进入弱磁工作区。
上述弱磁控制过程为一个多闭环***，由两个电流环、一个电压闭环构成。电流环可以使电机具有较好的动态性能，当负载转矩发生突变时使***仍能够较稳定的运行；电压环的作用是当电机转速超过转折速度时，可以输出一个负的电压差值，从而产生一个反向的去磁电流，同时减小交轴电流，使电机稳定运行在弱磁区域。图2为当电机处于弱磁状况时，电机的输出转矩，可以看出电机的输出转矩波动很小。图2中横轴为时间，纵轴为输出扭矩。
本发明还提供对应于所述磁阻电机控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述磁阻电机控制方法的一种磁阻电机，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述磁阻电机控制装置的一种磁阻电机，包括前述任一所述的磁阻电机控制装置。
据此，本发明提供的方案，本发明针对电机处于弱磁区域，采用基于d、q轴输出电压值进行电流弱磁补偿PI控制和对d、q轴电流参考值进行PI调节得到d、q轴输出电压值的双PI控制策略，形成由两个电流环和一个电压闭环构成的多闭环控制***，使得电机具有较好的动态性能，可以使电机稳定的运行在弱磁区域，并且在切换过程中电机的转速、转矩以及线电压波动小；并且本发明采用查表法获取d、q轴弱磁电流值，按照不同的速度和电流要求，预先计算出d、q轴弱磁电流值，避免了在线求解复杂方程的问题。
本发明的弱磁控制为一个多闭环***，由两个电流环、一个电压闭环构成。电流环可以使电机具有较好的动态性能，当负载转矩发生突变时使***仍能够较稳定的运行；电压环的作用是当电机转速超过转折速度时，可以输出一个负的电压差值，从而产生一个反向的去磁电流，同时减小交轴电流，使电机稳定运行在弱磁区域。此外，电机从恒转矩区向弱磁区域的过渡是通过电压环自动改变电压差值来实现的，切换较为平滑，切换过程中电机的转速、转矩以及线电压波动较小。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或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(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种磁阻电机控制方法，其特征在于，包括：
根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值；
根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；
根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值；
对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值；
根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值，包括：
根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：
根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；
和/或，
对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值，包括：
将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：
根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure FDA0002250339340000021
Figure FDA0002250339340000022
其中，Udc为直流母线电压值；
将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。
5.一种磁阻电机控制装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值；
第一PI控制单元，用于根据当前的d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；
第二获取单元，用于根据所述d、q轴弱磁电流值和所述d、q轴电流补偿值获取d、q轴电流参考值；
第二PI控制单元，用于对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值；
调制单元，用于根据所述d、q轴输出电压值进行调制得到开关管的开关状态，以输出至逆变器控制电机运转。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元，根据所述磁阻电机当前的电机转速获取对应的d、q轴弱磁电流值，包括：
根据预设的电机转速与d、q轴弱磁电流的对应关系表，查找当前的电机转速对应的d、q轴弱磁电流值。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述第一PI控制单元，根据d、q轴输出电压值进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：
根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值；
和/或，
所述第二PI控制单元，对所述d、q轴电流参考值进行PI调节，得到d、q轴输出电压值，包括：
将所述d、q轴电流参考值输入d、q轴电流PI调节器进行PI调节，得到所述d、q轴输出电压值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一PI控制单元，根据所述d、q轴输出电压值以及逆变器的最大输出电压进行PI调节，得到d、q轴电流补偿值，包括：
根据所述d、q轴输出电压值ud、uq以及逆变器的最大输出电压Umax，利用如下公式计算进行d、q轴电流弱磁补偿的输入值e：
Figure FDA0002250339340000031
Figure FDA0002250339340000032
其中，Udc为直流母线电压值；
将所述输入值e分别输入d、q轴电流弱磁补偿PI控制器进行PI控制，得到所述d、q轴电流补偿值。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
10.一种磁阻电机，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤，或者包括如权利要求5-8任一所述的磁阻电机控制装置。
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