CN114679098A - 永磁同步电机前馈补偿方法、装置、计算机设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种永磁同步电机前馈补偿方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，该方法包括：获取永磁同步电机的运行参数；根据运行参数，以及空载情况下永磁同步电机的摩擦系数模型，确定永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；该摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；根据运行参数，以及不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；该负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；根据摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值，对永磁同步电机进行前馈补偿。采用上述方法，可以提高***的动态性能，提升永磁同步电机前馈补偿效果。
Description
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机前馈补偿方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
背景技术
永磁同步电机由于永磁体较高的磁积能特性，具有体积小、质量轻、功率密度低等诸多优点，被广泛的应用于航空航天、工业机器人、数控机床等伺服控制领域。为避免应用过程中，永磁同步电机出现的性能波动，导致电机的运行稳定性降低，通常对永磁同步电机进行前馈补偿。
传统的永磁同步电机前馈补偿方法，对永磁同步电机进行摩擦前馈补偿。由于速度过零时，零速附近受静摩擦的影响，摩擦转矩会出现正负跳变的不连续现象，导致控制器无法跟上摩擦转矩的过零跳跃。因此，传统的永磁同步电机前馈补偿方法，具有补偿效果差的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种永磁同步电机前馈补偿方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，提高补偿效果。
第一方面，本申请提供了一种永磁同步电机前馈补偿方法。所述方法包括：
获取永磁同步电机的运行参数；
根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
在其中一个实施例中，所述摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；所述根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值之前，还包括：
分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程；所述第一速度指令与所述第二速度指令对应的角速度幅值不同、角频率相同；
根据各所述机械运动方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在其中一个实施例中，其特性在于，所述根据各所述机械运动方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型，包括：
对各所述机械运动方程分别进行积分运算，获得对应的积分方程；
基于各所述积分方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在其中一个实施例中，所述分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程之后；所述根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值之前，还包括：
对各所述机械运动方程进行求差运算，得到不定载机械运动方程；
对所述不定载机械运动方程进行积分运算，得到不定载情况下，所述永磁同步电机的转动惯量模型；
根据所述转动惯量模型以及所述永磁同步电机的状态空间表达式，确定不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型。
在其中一个实施例中，所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值均为所述永磁同步电机的交轴电流补偿值。
在其中一个实施例中，所述摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；所述摩擦前馈补偿值的表达式为：
式中，
为所述摩擦前馈补偿值；B为根据所述粘滞摩擦系数模型确定的粘滞摩擦系数；C为根据所述库伦摩擦系数模型确定的库伦摩擦系数；ωm为机械角速度；sgn为符号函数；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
在其中一个实施例中，所述负载转矩前馈补偿值的表达式为：
式中，
为所述负载转矩前馈补偿值；
为根据所述负载转矩观测模型确定的负载转矩观测值；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
第二方面，本申请提供了一种永磁同步电机前馈补偿装置。所述装置包括：
获取模块，用于获取永磁同步电机的运行参数；
摩擦前馈补偿值确定模块，用于根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
负载转矩前馈补偿值确定模块，用于根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
前馈补偿模块，用于根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取永磁同步电机的运行参数；
根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取永磁同步电机的运行参数；
根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取永磁同步电机的运行参数；
根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
上述永磁同步电机前馈补偿方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，在进行摩擦前馈补偿的同时，还根据负载转矩观测值进行不定负载转矩前馈补偿，可以对速度过零处的“爬行”现象进行补偿，有利于提高***的动态性能，提升永磁同步电机前馈补偿效果。
附图说明
图1为一个实施例中永磁同步电机前馈补偿方法的流程图；
图2为另一个实施例中永磁同步电机前馈补偿方法的流程图；
图3为一个实施例中永磁同步电机前馈补偿方法的控制原理图；
图4为一个实施例中永磁同步电机前馈补偿装置的结构框图；
图5为一个实施例中计算机设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
本申请提供了一种永磁同步电机前馈补偿方法，该方法可以应用于终端，也可以应用于服务器，还可以通过终端与服务器的交互实现。为便于理解，下面均以该方法应用于终端的情况为例，进行说明。在一个实施例中，如图1所示，该方法包括步骤S100至步骤S900。
步骤S100：获取永磁同步电机的运行参数。
其中，永磁同步电机的运行参数可以包括永磁同步电机的机械角速度、角频率、线速度、转子相位、直轴电流和交轴电流等。具体的，可以配置对应的传感器，分别进行各运行参数的采集，并将采样得到的数据发送至终端。进一步的，终端获取永磁同步电机的运行参数的具体方式，可以是主动获取，也可以是被动接收。
步骤S400：根据运行参数，以及空载情况下永磁同步电机的摩擦系数模型，确定永磁同步电机的摩擦前馈补偿值。
其中，摩擦系数模型用于表征永磁同步电机的运行参数，与空载情况下该永磁同步电机的摩擦系数的关系。可以理解，该摩擦系数模型中，与负载相关的参数值均设为零。永磁同步电机的摩擦系数可以包括粘滞摩擦系数和库伦摩擦系数等，对应的，摩擦系数模型可以包括各类型摩擦系数对应的模型，分别用于表征永磁同步电机的运行参数，与空载情况下对应类型摩擦系数的关系。转动过程中，由于受到摩擦力的作用，电机实际转速和目标转速之间会存在一定的误差，因此，可以对摩擦力的影响进行前馈补偿，以提高电机性能的稳定性。
具体的，由于摩擦系数为电机本身的机械参数，与负载转矩无关，可以将运行参数代入空载情况下永磁同步电机的摩擦系数模型，得到对应的摩擦系数。再根据该摩擦系数，并结合电机的电磁转矩和机械运动方程，确定永磁同步电机的摩擦前馈补偿值。
进一步的，该摩擦前馈补偿值，可以包括直轴电流补偿值和/或交轴电流补偿值。在一个实施例中，该摩擦前馈补偿值为交轴电流补偿值。其中，直轴也称d轴，是永磁同步电机的转子磁极的中心轴线，方向从S极指向N极；交轴也称q轴，q轴垂直于d轴。具体的，对永磁同步电机的各相电流进行帕克变换后，可以得到该电机的交轴电流和直轴电流，从而实现对定子电感矩阵的对角化，简化电机的运动分析过程。采用直轴电流等于零的矢量控制策略，仅需要对交轴电流进行补偿，此时，摩擦前馈补偿值为交轴电流补偿值，可以实现交轴和直轴的电流静态解耦，有利于提高电机的阶跃响应速度，进而提升整个***的性能。
在一个实施例中，摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；摩擦前馈补偿值的表达式为：
式中，
为摩擦前馈补偿值；B为根据粘滞摩擦系数模型确定的粘滞摩擦系数；C为根据库伦摩擦系数模型确定的库伦摩擦系数；ωm为机械角速度；sgn为符号函数；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
具体的，永磁同步电机在同步旋转坐标系下的电压方程为：
式中，ud和uq分别为d轴电压和q轴电压；id和iq分别为d轴电流和q轴电流；Ld和Lq分别为d轴电感和q轴电感；Rs为定子绕组相电阻；ωe为电角速度；ψf为转子永磁体磁链。
采用表贴式永磁同步电机、id＝0的矢量控制时，电机的电磁转矩为：
Te＝1.5pnψfiq (3)
式中，Te为电磁转矩，pn为极对数。
永磁同步电机的机械运动方程为：
式中，J为转动惯量，ωm为机械角速度，B为粘滞摩擦系数，C为库伦摩擦系数，TL为负载转矩。
空载情况下，负载转矩TL为零，根据式(3)和式(4)，可以推导得出不考虑负载的情况下，克服摩擦转矩所需要的q轴电流补偿值，即为式(1)对应的摩擦前馈补偿值的表达式。应用过程中，将实时采集得到的电机机械角速度，以及根据摩擦系数模型得到的粘滞摩擦系数和库伦摩擦系数代入式(1)，即可得到该永磁同步电机的q轴电流的摩擦前馈补偿值。在确定摩擦前馈补偿值的过程中，同时考虑粘滞摩擦系数和库伦摩擦系数，有利于提高补偿精度，进而提升补偿效果。
步骤S800：根据运行参数，以及不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值。
其中，不定载情况下该永磁同步电机的负载转矩观测值是指，与负载情况无关的，永磁同步电机的负载转矩观测值。负载转矩观测模型用于表征永磁同步电机的运行参数，与不定载情况下该永磁同步电机的负载转矩观测值的关系。可以理解，该负载转矩观测模型中，不包含与负载相关的参数。转动过程中，由于受到负载扰动的影响，可能导致电机出现震荡或谐振，基于此，可以对负载转矩进行前馈补偿，以提高电机性能的稳定性。
具体的，将运行参数代入不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型，可以得到对应的负载转矩观测值。再根据该负载转矩观测值，结合电机的电磁转矩方程，确定永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值。
进一步的，该负载转矩前馈补偿值，可以包括直轴电流补偿值和/或交轴电流补偿值。在一个实施例中，该负载转矩前馈补偿值为交轴电流补偿值。关于交轴和直流的具体限定参见上文，此处不再赘述。具体的，在进行电机前馈补偿的过程中，采用直轴电流等于零的矢量控制策略，仅需要对交轴电流进行补偿，可以实现交轴和直轴的电流静态解耦，有利于提高电机的阶跃响应速度，进而提升整个***的性能。
在一个实施例中，负载转矩前馈补偿值的表达式为：
式中，
为负载转矩前馈补偿值；
为根据负载转矩观测模型确定的负载转矩观测值；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。具体的，式(5)可以根据式(3)推导得出，算法简单，有利于提高前馈补偿的工作效率。
步骤S900：根据摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值，对永磁同步电机进行前馈补偿。
具体的，可以对同一轴摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值进行直接叠加或加权求和运算，得到对应轴的综合前馈补偿值，并基于该综合前馈补偿值，对永磁同步电机进行前馈补偿。
上述永磁同步电机前馈补偿方法，在进行摩擦前馈补偿的同时，还根据负载转矩观测值进行不定负载转矩前馈补偿，可以对速度过零处的“爬行”现象进行补偿，有利于提高***的动态性能，提升永磁同步电机前馈补偿效果。
可以理解，摩擦系数模型的建立方式并不唯一，例如可以基于神经网络模型，进行机器学习，得到对应的摩擦系数模型。在一个实施例中，摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。在该实施例的情形下，如图2所示，步骤S400之前还包括步骤S200和步骤S300。其中，步骤S200和步骤S300可以在步骤S100之前、之后或者与步骤S100同步执行。
步骤S200：分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程。
其中，第一速度指令与第二速度指令对应的角速度幅值不同、角频率相同，两个速度指令对应的机械角速度的表达式为：
ωm1＝A1sinωt (6)
ωm2＝A2sinωt (7)
式中，ωm1和ωm2分别为第一速度指令和第二速度指令对应的机械角速度；A1和为A2分别为第一速度指令和第二速度指令对应的机械角速度幅值；ω为角频率，t为时间。
将各机械角速度代入式(4)，可以得到永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程：
式中，Te1和Te2分别为第一速度指令和第二速度指令对应的电磁转矩。上述电磁转矩，可以通过采集对应速度指令下的交轴电流，代入式(3)求得。
步骤S300：根据各机械运动方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
根据各机械运动方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型的具体方式并不唯一。
在一个实施例中，根据转子的质量和半径，代入圆柱体转动惯量的计算公式求得转动惯量，代入各机械运动方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
具体的，空载情况下，负载转矩为零，即式(8)和式(9)中的TL＝0，Te1和Te2可以通过采集对应速度指令下的交轴电流，代入式(3)求得。也即，式(8)和式(9)，相当于是关于粘滞摩擦系数B和库伦摩擦系数C的二元一次方程组。根据该二元一次方程组，可以得到永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在另一个实施例中，步骤S300包括：对各机械运动方程分别进行积分运算，获得对应的积分方程；基于各积分方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
具体的，在
区间，对式(8)和式(9)分别进行积分运算，可以得到对应的积分方程：
求解上述积分方程，既可得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在一个实施例中，对各机械运动方程分别进行积分运算获得对应的积分方程的过程中，积分区间为
得到的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型的表达式分别为公式(12)和公式(3)：
在
区间积分得到粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型，可以提高响应速度，提升前馈补偿的工作效率。
上述实施例中，即是给出了确定空载情况下粘滞摩擦系数和库伦摩擦系数的具体方式，算法简单，有利于提高效率。
同样的，负载转矩观测模型的建立方式并不唯一，例如可以基于神经网络模型，进行机器学习，得到对应的摩擦系数模型。在一个实施例中，请继续参考图2，步骤S200之后，步骤S800之前，还包括步骤S500至步骤S700。
步骤S500：对各机械运动方程进行求差运算，得到不定载机械运动方程。
具体的，对第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程进行求差运算，可以抵消掉两个机械运动方程中的负载转矩，得到不受未知负载影响的不定载机械运动方程：
Te1-Te2＝(A1-A2)×(Jωcosωt+B sinωt) (14)
需要说明的是，由于sgn(ωm1)和sgn(ωm2)相等，因此机械运动方程中的sgn(ωm)C项也被抵消掉了。
步骤S600：对不定载机械运动方程进行积分运算，得到不定载情况下，永磁同步电机的转动惯量模型。
具体的，在
区间，对式(8)和式(9)分别进行积分运算，可以得到对应的积分方程，再根据该积分方程，即可进一步推导得出不定载情况下，永磁同步电机的转动惯量模型，该转动惯量模型用于表征转动惯量与电机的运行参数的关系。
在一个实施例中，对不定载机械运动方程进行积分运算获得转动惯量模型的过程中，积分区间为
得到的转动惯量模型的表达式为：
在
区间积分得到转动惯量模型，可以提高响应速度，提升前馈补偿的工作效率。
步骤S700：根据转动惯量模型以及永磁同步电机的状态空间表达式，确定不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型。
具体的，基于永磁同步电机的机械运动方程(4)，设状态量X＝(ωm，TL)T，输入量μ＝Te-sgn(ωm)C，输出量y＝ωm，则有状态空间表达式
式中，
为状态量X的导数。
设观测器增益矩阵L＝(L1，L2)T，则有：
式中，
为状态量观测值；
为
的导数。
从而可以得到：
式中，
为机械角速度观测值；
为
的导数；
为负载转矩观测值；
为
的导数。基于龙伯格位置观测器的增益矩阵确定算法，可以确定出最佳的增益矩阵，代入式(18)和式(19)，即可得到负载转矩观测值
上述实施例中，基于不定载情况下的转动惯量，得到不定载情况下的负载转矩观测值，可以降低负载扰动的影响，进而提升电机的前馈补偿效果。
为便于理解，下面结合图3，对永磁同步电机前馈补偿方法进行详细说明。在一个实施例中，如图3所示，永磁同步电机控制过程中，由位置传感器采集电机的转子位置，并发送至速度计算模块，再由速度计算模块计算得到电机的实际转速、机械角速度和角频率，并发送至机械参数辨识模块。与此同时，三相电流采样值通过Clarke变换和Park变换后，得到实际的交轴电流输入机械参数标识模块。
获取上述运行参数后，机械参数辨识模块一方面将上述参数代入摩擦系数模型，得到该永磁同步电机的粘滞摩擦系数B和库伦摩擦系数C，再由摩擦补偿模块根据粘滞摩擦系数B和库伦摩擦系数C，得到交轴电流的摩擦前馈补偿值；另一方面将上述参数代入转动惯量模型，得到不定载情况下的转动惯量，再由负载转矩观测及补偿模块根据转动惯量，以及负载转矩观测模型，确定对应的负载转矩观测值，并基于该负载转矩观测值得到交轴电流的负载转矩前馈补偿值。
进一步的，速度计算模块计算得到的实际转速输入第一加法器1，由第一加法器1根据实际转速和给定转速得出误差值并输入速度环PI调节器2，由速度环PI调节器2计算得出交轴电流的速度误差补偿值，并将该速度误差补偿值输入第二加法器3。第二加法器3叠加速度误差补偿值、摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值，得到交轴电流的前馈补偿值，并将输入交轴电流环PI控制器4，再由交轴电流环PI控制器4根据交轴电流的前馈补偿值，得出交轴电压给定值输出至Park逆变换模块。与此同时，三相电流采样值通过Clarke变换和Park变换后，还得到实际的直轴电流并输入至第三加法器5。由第三加法器5根据实际直轴电流和给定直流电流得到误差值并输入直轴电流环PI控制器6，再由直轴电流环PI控制器6根据直轴电流误差值，得出直轴电压给定值输出至Park逆变换模块。
Park逆变换模块得出静止两相坐标系下的电压分量并输入至空间矢量调制模块(SVPWM)，由空间矢量调制模块得出六路PWM波输入三相逆变器模块，最后由三相逆变器模块控制永磁同步电机运行。
需要说明的是，上述控制过程中，直轴电流给定值为零。关于摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值的确定过程参见上文，此处不再赘述。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的永磁同步电机前馈补偿方法的永磁同步电机前馈补偿装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个永磁同步电机前馈补偿装置实施例中的具体限定，可以参见上文中对于永磁同步电机前馈补偿方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种永磁同步电机前馈补偿装置400，包括获取模块402、摩擦前馈补偿值确定模块404、负载转矩前馈补偿值确定模块406和前馈补偿模块408，其中：
获取模块402，用于获取永磁同步电机的运行参数；
摩擦前馈补偿值确定模块404，用于根据运行参数，以及空载情况下永磁同步电机的摩擦系数模型，确定永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；该摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
负载转矩前馈补偿值确定模块406，用于根据运行参数，以及不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；该负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
前馈补偿模块408，用于根据摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值，对永磁同步电机进行前馈补偿。
在一个实施例中，摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；永磁同步电机前馈补偿装置400还包括：
机械运动方程获取模块，用于分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程；第一速度指令与第二速度指令对应的角速度幅值不同、角频率相同；
摩擦系数模型建立模块，用于根据各机械运动方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在一个实施例中，摩擦系数模型确定模块具体用于：对各机械运动方程分别进行积分运算，获得对应的积分方程；基于各积分方程，得到空载情况下永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
在一个实施例中，永磁同步电机前馈补偿装置400还包括：
不定载机械运动方程确定模块，用于对各机械运动方程进行求差运算，得到不定载机械运动方程；
转动惯量模型建立模块，用于对不定载机械运动方程进行积分运算，得到不定载情况下，永磁同步电机的转动惯量模型；
负载转矩观测模型建立模块，用于根据转动惯量模型以及永磁同步电机的状态空间表达式，确定不定载情况下永磁同步电机的负载转矩观测模型。
在一个实施例中，摩擦前馈补偿值和负载转矩前馈补偿值均为永磁同步电机的交轴电流补偿值。
在一个实施例中，摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；摩擦前馈补偿值的表达式为：
式中，
为摩擦前馈补偿值；B为根据粘滞摩擦系数模型确定的粘滞摩擦系数；C为根据库伦摩擦系数模型确定的库伦摩擦系数；ωm为机械角速度；sgn为符号函数；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
在一个实施例中，负载转矩前馈补偿值的表达式为：
式中，
为负载转矩前馈补偿值；
为根据负载转矩观测模型确定的负载转矩观测值；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
上述永磁同步电机前馈补偿装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种永磁同步电机前馈补偿方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种永磁同步电机前馈补偿方法，其特征在于，包括：
获取永磁同步电机的运行参数；
根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；所述根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值之前，还包括：
分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程；所述第一速度指令与所述第二速度指令对应的角速度幅值不同、角频率相同；
根据各所述机械运动方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特性在于，所述根据各所述机械运动方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型，包括：
对各所述机械运动方程分别进行积分运算，获得对应的积分方程；
基于各所述积分方程，得到空载情况下所述永磁同步电机的粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别获取永磁同步电机在第一速度指令和第二速度指令作用下的机械运动方程之后；所述根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值之前，还包括：
对各所述机械运动方程进行求差运算，得到不定载机械运动方程；
对所述不定载机械运动方程进行积分运算，得到不定载情况下，所述永磁同步电机的转动惯量模型；
根据所述转动惯量模型以及所述永磁同步电机的状态空间表达式，确定不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值均为所述永磁同步电机的交轴电流补偿值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述摩擦系数模型包括粘滞摩擦系数模型和库伦摩擦系数模型；所述摩擦前馈补偿值的表达式为：
式中，iq_fcom为所述摩擦前馈补偿值；B为根据所述粘滞摩擦系数模型确定的粘滞摩擦系数；C为根据所述库伦摩擦系数模型确定的库伦摩擦系数；ωm为机械角速度；sgn为符号函数；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
7.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于，所述负载转矩前馈补偿值的表达式为：
式中，
为所述负载转矩前馈补偿值；
为根据所述负载转矩观测模型确定的负载转矩观测值；Pn为极对数；
为转子永磁体磁链。
8.一种永磁同步电机前馈补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取永磁同步电机的运行参数；
摩擦前馈补偿值确定模块，用于根据所述运行参数，以及空载情况下所述永磁同步电机的摩擦系数模型，确定所述永磁同步电机的摩擦前馈补偿值；所述摩擦系数模型用于表征运行参数与空载情况下的摩擦系数的关系；
负载转矩前馈补偿值确定模块，用于根据所述运行参数，以及不定载情况下所述永磁同步电机的负载转矩观测模型，确定所述永磁同步电机的负载转矩前馈补偿值；所述负载转矩观测模型用于表征运行参数与不定载情况下的负载转矩观测值的关系；
前馈补偿模块，用于根据所述摩擦前馈补偿值和所述负载转矩前馈补偿值，对所述永磁同步电机进行前馈补偿。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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2022
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