CN110995097B - 永磁同步电机控制方法、装置、存储介质、控制器及电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁同步电机及其控制方法、装置、存储介质及电器，所述方法包括：所述电机的转速包括n个转速范围，n≥3；每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；所述方法，包括：判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围；根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流；根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感；根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制。本发明提供的方案能够实现在设定转速范围内电机高效区间面积大，并且最高效率点提升。

Description

永磁同步电机控制方法、装置、存储介质、控制器及电器

技术领域

本发明涉及控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机控制方法、装置、存储介质、控制器及电器。

背景技术

变频冰箱压缩机因可以在较低转速运行，解决了传统定速压缩机频繁启动，冷冻冷藏室温度波动大，温控精度差，耗电量高的问题，已经得到大力推广普及。从变频冰箱实际使用和制冷控制过程看，新冰箱启用首次上电，或者任意时刻检测到冷冻温度传感器大于某一设定温度(例如10℃)且冷藏温度传感器大于某一设定温度(例如15℃)，或者在用户放入速冻食物时，都有快速制冷需求，此时变频活塞压缩机都是以最高频率连续运行，直到拉低温程序结束或速冻功能退出。然而，传统变频活塞压缩机只能运行到75Hz(即4500rpm)，提供的冷量受限，往往需要以最高运行频率运行较长时间，才能满足各间室温度控制要求，相对长的拉低温或速冻时长，影响了冰箱内食物保鲜度，特别是海鲜、水果等。因此，如何提高变频活塞压缩机运行最高转速和额定转速的能效，实现在大幅提升变频活塞压缩机冷量上限的情况下，压缩机保持排量不变是目前需要解决的一个技术问题。

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，提供一种永磁同步电机控制方法、装置、存储介质、控制器及电器，以解决现有技术中提高变频活塞压缩机运行最高转速和额定转速的能效的问题。

本发明一方面提供了一种永磁同步电机控制方法，包括：所述电机的转速包括n个转速范围，n≥3；每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；所述方法，包括：判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围；根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流；根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感；根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制。

可选地，所述电机的设定最高转速大于等于6000rpm；和/或，所述电机线间磁链峰峰值ψ_f的范围包括：

其中，K_w1为基波绕组因数，p为电机极对数；和/或，所述电机的反电势系数Ke的取值范围包括：0.055<Ke<0.078，单位V/(rad/s)。

可选地，根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，包括：根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，包括d轴和q轴电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间；其中，Kn≥0.5*K₁，T_in≤0.5*T_i1。

可选地，根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流，包括：获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

本发明另一方面提供了一种永磁同步电机控制装置，包括：所述电机的转速包括n个转速范围，n≥3；每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；所述装置，包括：范围判断单元，用于判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围；电流获取单元，用于根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流；电感获取单元，用于根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感；参数计算单元，用于根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制。

可选地，所述电机的设定最高转速大于等于6000rpm；和/或，所述电机线间磁链峰峰值ψ_f的范围包括：

其中，K_w1为基波绕组因数，p为电机极对数；和/或，所述电机的反电势系数Ke的取值范围包括：0.055<Ke<0.078，单位V/(rad/s)。

可选地，所述参数计算单元，根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，包括：根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，包括d轴和q轴电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间；其中，Kn≥0.5*K₁，T_in≤0.5*T_i1。

可选地，所述电流获取单元，根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流，包括：获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

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永磁同步电机控制器，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永磁同步电机控制器，包括前述任一所述的永磁同步电机控制装置。

本发明再一方面提供了一种电器，包括前述任一所述的永磁同步电机控制器。可选地，所述电器，包括：冰箱。

根据本发明的技术方案，在控制器输出电流、电压限制相同的情况下，以电机最高转速不低于6000rpm为目标，并提供最优的永磁磁链ψ_f的范围，实现电机在设定的转速范围内高效率运行，基于这个方法设计的电机，可以实现在预定的转速范围内电机高效区间面积大，并且最高效率点提升。应用于变频冰箱的压缩机时，电机在最高转速运行时能够提供最大冷量，能够实现冰箱拉低温或速冻时长大幅缩短。

根据本发明的技术方案，将转速划分为n个转速范围，根据转速和交、直轴电感修正电流环PI控制参数，保证电流内环快、稳，使控制***工作在最优的状态，提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性，可以有效降低低频转速波动，提高高频带载的稳定性。

根据本发明的技术方案，突破传统变频活塞压缩机高效运行区间范围和上限转速，实现最高运行转速可达7200rpm，即120Hz，用于变频冰箱时，在同排量情况下冷量上限大幅拓宽。由此实现冰箱首次上电或需要快速冷冻时，拉低温或速冻时长大幅缩短，额定点运行能效大幅提升。并且，可以实现在同一泵体结构平台下，压缩机排量减小,最大输出制冷量不变，或者压缩机排量不变，最大输出冷量提升。

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是本发明提供的永磁同步电机控制方法的一实施例的方法示意图；

图2示出了电压极限圆与电流极限圆；

图3为永磁同步电机的控制原理图；

图4是实验得到的不同电流环PI控制参数在转速1980rpm时的电机效率随负载变化曲线；

图5是通过实验得到的采用本发明的宽转速电机的压缩机(≥6000rpm)和普通压缩机应用在变频冰箱时拉低温所需的时间曲线对比图；

图6是本发明提供的永磁同步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。

据统计，大冷量需求时长仅占用户冰箱使用时长的15～25％，其余时间为中低负荷运行，因此，为满足短时的大冷量需求而采用大排量传统变频压缩机，这样只会大马拉小车，增加总耗电量，压缩机成本也增加了，另外大排量传统变频活塞压缩机整体在冰箱中占据空间更大，进而影响冰箱内部的整体布局和储存空间。

本发明提供一种永磁同步电机控制方法、装置、存储介质、控制器及电器。所述永磁同步电机具体可以为变频压缩机用永磁同步电机，例如变频活塞式压缩机用永磁同步电机。所述电器可以为冰箱，具体可以为变频冰箱。

当电机的槽极比为3:2时，基波绕组因数kw1＝0.866；当电机的槽极比为6:5时，基波绕组因数kw1＝0.933，其它槽极比均按已知的绕组因数计算方法计算。本实施例以9槽6极的表贴式电机为例，但不限于槽极比为3：2的表贴式电机和内插式电机。在本实施例中所述电机包括定子组件及转子组件，定子组件主要包括定子铁芯、绕组、绝缘骨架和引出线组件，转子组件主要包括转子铁芯、磁钢。所述定子铁芯由定子冲片叠压而成，定子冲片可以为定子齿靴部位有切边的冲片，该切边与磁钢两侧的切边相互配合，可有效的降低转矩脉动，减小由电磁力引起的噪声振动。

优选地，所述永磁同步电机的设定最高转速大于等于6000rpm，即所述电机的设定最高转速不小于6000rpm。

由于变频控制器输出电压、输出电流的极限值限制，如想运行到更高频率，永磁同步电机永磁磁链需要降低，导致输出电磁转矩能力下降，电机效率也随之下降。

变频活塞压缩机电机一般为隐极式永磁同步电机，表贴式转子结构，d轴和q轴电感近似，同时变频控制器往往采用id＝0的控制方式，由电磁转矩公式T_em＝pψ_fi_q+p(L_d-L_q)i_di_q，可知磁阻转矩为0，所以电机输出电磁转矩T_em与永磁磁链ψ_f直接相关，此外变频控制器通常都遵循电压极限圆和电流极限圆(如图2所示)，电压极限圆与电流极限圆交集部分，为电机可运行范围，由此可知，在控制器输出在端电压极限u_lim、电流极限i_lim的情况下，电机有理想最高转速为

两者相结合，即可优化出最佳永磁磁链ψ_f，实现最优输出转矩。Ω_max为最大机械角速度，单位rad/s，与转速单位rpm的关系是：

u_lim为极限电压；i_lim为极限电流；ψ_f为磁链；Ld—直轴电感。

优选地，所述电机的线间磁链峰峰值ψ_f的范围包括：

其中，K_w1为基波绕组因数，p为电机极对数；当所述永磁同步电机的磁链值在该范围内时，可以实现电机的转速大于等于6000rpm。

对应反电势值，保证最高转速下反电势值在控制器最大输出值以内。否则，电压饱和则无法驱动电机。反电势系数Ke，与其有关的变量为电机运行频率f，定子每个齿的绕组匝数N，线间磁链有效值Φ以及基波绕组因数Kw1，本发明通过反复实验，确定了满足宽频运行的最优参数关系，包括：线间磁链有效值Φ≤0.09Wb，反电势系数Ke＝e/(0.128*m*p)，Ke的取值范围包括0.055<Ke<0.078，单位V/(rad/s)，其中e为反电势的有效值，可以直接测量获得，m为反电势为e时所对应的转速，p为电机极对数。

在控制器输出电流、电压限制相同的情况下，以电机最高转速不低于6000rpm为目标，并提供最优的永磁磁链ψ_f的范围，实现电机在设定的转速范围内高效率运行，基于这个方法设计的电机，可以实现在预定的转速范围内电机高效区间面积大，并且最高效率点提升。应用于变频冰箱的压缩机时，电机在最高转速运行时能够提供最大冷量，能够实现冰箱拉低温或速冻时长大幅缩短。就目前行业现状来看，活塞压缩机的最高转速为4500rpm，本发明的变频活塞压缩机的永磁同步电机的设定最高转速不小于6000rpm，通过线间磁链和反电势的设置，转速最高可达到7200rpm，是传统变频活塞压缩机电机的1.5倍以上。

由于拓宽了转速范围，电机反电势较小，位置检测困难，导致同电流情况下力矩减小，另外电感变化较大，又导致低速时转速波动大，效率波动也很大，高速时，由于电压的限制，导致其最大输出转矩减小，国标工况下运行稳定性降低。

本发明提供一种永磁同步电机控制方法，该方法尤其适用于宽转速范围(例如，大于等于6000rpm)的永磁同步电机的控制。

图1是本发明提供的永磁同步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，所述永磁同步电机控制方法至少包括步骤S110、步骤S120、步骤S130和步骤S140。

步骤S110，判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围。

将所述电机的转速划分为n个转速范围，每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；其中，n≥3，可以根据实际情况设置。例如设置n＝4，例如，范围1：20—35Hz，范围2：36—50Hz，范围3：51—80Hz，范围4：81—120Hz。

步骤S120，根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

在一种具体实施方式中，获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。也就是说，获取电机当前运行电流，以及在此之前所述电机的运行转速在所述当前运行转速所属的转速范围内时，相应的运行电流，即历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定出最大的电流值作为所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

步骤S130，根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感。

具体地，不同的运行电流对应不同的d、q轴电感，根据得到的当前运行转速所对应的最大运行电流可得到相应的d、q轴电感。

步骤S140，根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制。

在一种具体实施方式中，根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，可以通过电机模型并结合实际调试得到最优值，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间，可以通过电机模型并结合实际调试得到最优值；其中，Kn≥0.5*K₁，Tin≤0.5*T_i1。

电感Ln包括d轴电感和q轴电感，在控制时d、q轴电流分开控制，Kp和Ki分别包含d轴Kp、Ki和q轴Kp和Ki，对应使用d轴和q轴电感计算。

上述电流环PI控制参数的计算公式经过理论推导、仿真以及实际驱动电机进行验证得到。得到的电流环PI控制参数用于所述电机的电流内环控制。本发明控制方法还可以参考图3所示，图3为永磁同步电机的控制原理图。

本发明实施例根据电机转速和交、直轴电感修正电流环PI控制参数，保证电流内环快、稳，使控制***工作在最优的状态，提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性。

在一个示例中，将转速分成4个范围，分别是范围1：20—35Hz，范围2：36—50Hz，范围3：51—80Hz，范围4：81—120Hz，这样划分的依据是：范围1是较低转速范围，该范围内反电势较小，转速波动大，电机效率较低；范围2为最佳效率范围；范围3是中频转速范围，该范围下的转速对应的反电势较高，驱动较容易，对参数的敏感性也比较低，鲁棒性较强；范围4是高频转速范围，带载能力会下降。

下表1是根据本发明方案进行实验得到的电机的一组典型参数，遵循如下规律：

K4≥0.5*K₁，T_i4≤0.5*T_i1

表1

控制器电流环PI控制参数一般为全频段是不会变化的，一般选择最佳效率点也就是范围2的最优参数作为全频段的电流环控制参数。但是根据本发明的控制规则设定电流环PI控制参数，在范围1，可以提高电流环响应，从而降低转速波动，提高电机效率，在范围4可以防止电流环超调导致停机，使其负载能力加强，稳定性更好。

如下表2所示是在表1中范围1转速下加载260mN.m负载时两组参数控制下的对比。

表2

由表2中的实测数据可以看出，参数1更适合范围1内的转速，其转速波动更低，电机效率也相应地提高了。另外，在范围4，使用参数2测试时偶尔出现停机的现象，但使用参数4则未出现停机现象，由此可见，表1中的参数4适合转速在范围4内时使用。可见，不同的转速范围下使用不同的PI控制参数，能够提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性，可以有效降低低频转速波动，提高高频带载的稳定性。

参考图4所示，为实验得到的不同电流环PI控制参数(表1中的参数1和参数2)在转速1980rpm时的电机效率随负载变化曲线。如图4所示，在转速1980rpm时(表1中的范围1)采用参数1时的电机效率优于采用参数2的电机效率。

图5是通过实验得到的采用本发明的宽转速电机的压缩机(≥6000rpm)和普通压缩机应用在变频冰箱时拉低温所需的时间对比，曲线1是采用本发明的宽转速电机的压缩机时的温度随时间变化曲线，曲线2是采用普通压缩机时的温度随时间变化曲线，从图中可以看出，从相同的初始20℃拉到预设的低温值(-18℃)，本发明的宽转速压缩机所需的时间更短。

经过大量实验验证，采用本发明的永磁同步电机及其控制方法，在变频冰箱的压缩机用电机中，高速拉低温或速冻时间可以缩短20％以上，食物保鲜效果大幅提升；并且，可以实现在同一泵体结构平台下，排量减小20～25％,最大输出制冷量不变，或者压缩机排量不变，最大输出冷量可提升至1.3倍以上。

本发明提供一种永磁同步电机控制装置，该装置尤其适用于宽转速范围(例如，大于等于6000rpm)的永磁同步电机的控制。

图6是本发明提供的永磁同步电机控制装置的一实施例的结构示意图。如图6所示，所述永磁同步电机控制装置100包括范围判断单元110、电流获取单元120、电感获取单元130和参数计算单元140。

范围判断单元110用于判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围。

将所述电机的转速划分为n个转速范围，每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；其中，n≥3，可以根据实际情况设置。例如设置n＝4，例如，范围1：20—35Hz，范围2：36—50Hz，范围3：51—80Hz，范围4：81—120Hz。范围判断单元110判断电机的当前运行转速在n个转速范围中所属的转速范围。

电流获取单元120用于根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

在一种具体实施方式中，获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。也就是说，获取电机当前运行电流，以及在此之前所述电机的运行转速在所述当前运行转速所属的转速范围内时，相应的运行电流，即历史运行电流；从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定出最大的电流值作为所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

电感获取单元130用于根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感。

具体地，不同的运行电流对应不同的d、q轴电感，电感获取单元130根据得到的当前运行转速所对应的最大运行电流可得到相应的d、q轴电感。

参数计算单元140用于根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制。

在一种具体实施方式中，参数计算单元140根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，可以通过电机模型并结合实际调试得到最优值，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间，可以通过电机模型并结合实际调试得到最优值；其中，Kn≥0.5*K₁，Tin≤0.5*T_i1。

电感Ln包括d轴电感和q轴电感，在控制时d、q轴电流分开控制，Kp和Ki分别包含d轴Kp、Ki和q轴Kp和Ki，对应使用d轴和q轴电感计算。

上述电流环PI控制参数的计算公式经过理论推导、仿真以及实际驱动电机进行验证得到。得到的电流环PI控制参数用于所述电机的电流内环控制。本发明控制方法还可以参考图3所示，图3为永磁同步电机的控制原理图。

本发明实施例根据电机转速和交、直轴电感修正电流环PI控制参数，保证电流内环快、稳，使控制***工作在最优的状态，提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性。

在一个示例中，将转速分成4个范围，分别是范围1：20—35Hz，范围2：36—50Hz，范围3：51—80Hz，范围4：81—120Hz，这样划分的依据是：范围1是较低转速范围，该范围内反电势较小，转速波动大，电机效率较低；范围2为最佳效率范围；范围3是中频转速范围，该范围下的转速对应的反电势较高，驱动较容易，对参数的敏感性也比较低，鲁棒性较强；范围4是高频转速范围，带载能力会下降。

下表1是根据本发明方案进行实验得到的电机的一组典型参数，遵循如下规律：

K4≥0.5*K1，Ti4≤0.5*Ti1

表1

控制器电流环PI控制参数一般为全频段是不会变化的，一般选择最佳效率点也就是范围2的最优参数作为全频段的电流环控制参数。但是根据本发明的控制规则设定电流环PI控制参数，在范围1，可以提高电流环响应，从而降低转速波动，提高电机效率，在范围4可以防止电流环超调导致停机，使其负载能力加强，稳定性更好。

如下表2所示是在表1中范围1转速下加载260mN.m负载时两组参数控制下的对比。

表2

由表2中的实测数据可以看出，参数1更适合范围1内的转速，其转速波动更低，电机效率也相应地提高了。另外，在范围4，使用参数2测试时偶尔出现停机的现象，但使用参数4则未出现停机现象，由此可见，表1中的参数4适合转速在范围4内时使用。可见，不同的转速范围下使用不同的PI控制参数，能够提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性，可以有效降低低频转速波动，提高高频带载的稳定性。

参考图4所示，为实验得到的不同电流环PI控制参数(表1中的参数1和参数2)在转速1980rpm时的电机效率随负载变化曲线。如图4所示，在转速1980rpm时(表1中的范围1)采用参数1时的电机效率优于采用参数2的电机效率。

图5是通过实验得到的采用本发明的宽转速电机的压缩机(≥6000rpm)和普通压缩机应用在变频冰箱时拉低温所需的时间对比，曲线1是采用本发明的宽转速电机的压缩机时的温度随时间变化曲线，曲线2是采用普通压缩机时的温度随时间变化曲线，从图中可以看出，从相同的初始20℃拉到预设的低温值(-18℃)，本发明的宽转速压缩机所需的时间更短。

经过大量实验验证，采用本发明的永磁同步电机及其控制方法，在变频冰箱的压缩机用电机中，高速拉低温或速冻时间可以缩短20％以上，食物保鲜效果大幅提升；并且，可以实现在同一泵体结构平台下，排量减小20～25％,最大输出制冷量不变，或者压缩机排量不变，最大输出冷量可提升至1.3倍以上。

本发明还提供对应于所述永磁同步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永磁同步电机控制方法的一种永磁同步电机控制器，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永磁同步电机控制装置的一种永磁同步电机控制器，包括前述任一所述的永磁同步电机控制装置。

本发明还提供一种电器，包括前述所述的永磁同步电机控制器。所述电器可以为冰箱，具体可以为变频冰箱。

据此，根据本发明提供的方案，在控制器输出电流、电压限制相同的情况下，以电机最高转速不低于6000rpm为目标，并提供最优的永磁磁链ψ_f的范围，实现电机在设定的转速范围内高效率运行，基于这个方法设计的电机，可以实现在预定的转速范围内电机高效区间面积大，并且最高效率点提升。应用于变频冰箱的压缩机时，电机在最高转速运行时能够提供最大冷量，能够实现冰箱拉低温或速冻时长大幅缩短。

根据本发明提供的方案，根据转速和交、直轴电感修正电流环PI控制参数，保证电流内环快、稳，使控制***工作在最优的状态，提高低速时电机效率，提高高速时电机运行的稳定性，可以有效降低低频转速波动，提高高频带载的稳定性。

根据本发明提供的方案，突破传统变频活塞压缩机高效运行区间范围和上限转速，实现最高运行转速可达7200rpm，即120Hz，用于变频冰箱时，在同排量情况下冷量上限大幅拓宽。由此实现冰箱首次上电或需要快速冷冻时，拉低温或速冻时长大幅缩短，额定点运行能效大幅提升。并且，可以实现在同一泵体结构平台下，压缩机排量减小,最大输出制冷量不变，或者压缩机排量不变，最大输出冷量提升。

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)

1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述电机的转速包括n个转速范围，n≥3；每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；所述方法，包括：

判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围；

根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流；

根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感；

根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制；

根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，包括：

根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，包括d轴和q轴电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间；其中，Kn≥0.5*K₁，T_in≤0.5*T_i1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机的设定最高转速大于等于6000rpm；和/或，

所述电机线间磁链峰峰值ψ_f的范围包括：

其中，K_w1为基波绕组因数，p为电机极对数；

和/或，

所述电机的反电势系数Ke的取值范围包括：0.055<Ke<0.078，单位V/(rad/s)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流，包括：

获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；

从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

4.一种永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述电机的转速包括n个转速范围，n≥3；每个所述转速范围具有对应的电流环PI控制参数；所述装置，包括：

范围判断单元，用于判断所述电机的当前运行转速在所述n个转速范围中所属的转速范围；

电流获取单元，用于根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流；

电感获取单元，用于根据所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流获取对应的d、q轴电感；

参数计算单元，用于根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，以根据所述电流环PI控制参数对所述电机进行电流环控制；

所述参数计算单元，根据所述d、q轴电感计算相应的电流环PI控制参数，包括：

根据所述d、q轴电感，利用如下公式计算相应的电流环PI控制参数：

K_i＝T_s/T_in*1000

其中，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kn为第n个转速范围下的电流环比例调节器增益，Ln是第n个转速范围内最大运行电流对应的电感，包括d轴和q轴电感，I_B为基准电流，U_B为基准电压，Ts为采样时间，Tin为第n个转速范围下的电流环积分调节器时间；其中，Kn≥0.5*K₁，T_in≤0.5*T_i1。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电机的设定最高转速大于等于6000rpm；和/或，

所述电机线间磁链峰峰值ψ_f的范围包括：

其中，K_w1为基波绕组因数，p为电机极对数；

和/或，

所述电机的反电势系数Ke的取值范围包括：0.055<Ke<0.078，单位V/(rad/s)。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述电流获取单元，根据所述当前运行转速所属的转速范围获取所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流，包括：

获取所述电机当前运行电流以及所述电机的运行转速在所述转速范围内时的历史运行电流；

从所述当前运行电流和所述历史运行电流中确定所述电机的当前运行转速所对应的最大运行电流。

7.一种存储介质，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1-3任一所述方法的步骤。

8.一种永磁同步电机控制器，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1-3任一所述方法的步骤，或者包括如权利要求4-6任一所述的永磁同步电机控制装置。

9.一种电器，其特征在于，包括：如权利要求8所述的永磁同步电机控制器。

10.根据权利要求9所述的电器，其特征在于，包括：冰箱。

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