用于提供电机定子电流值的方法及装置与流程

本发明涉及电机领域，具体地，涉及一种用于提供电机电子定流值的方法及装置。

背景技术：

在基于转子磁通定向的永磁同步电机矢量控制过程中，可以通过控制电机定子电流解耦后的励磁分量和扭矩分量的数值来控制电机输出扭矩和功率。定子电流值的给定对电机扭矩发挥和运行效率有十分重要的影响。

相关技术中，一般通过电机控制性能实验来人工标定电机定子电流值。但是，人工标定的定子电流值只用于满足所实验的情况下的电机控制性能，而且会受到调试人员个人能力和台架本体准确性的影响。因此，给电机控制模块提供人工标定的电机定子电流值并不能满足准确控制电机的需要，可能会使电机偏离最佳的运行点，降低电机运行效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目在于提供一种用于提供电机定子电流值的方法及装置，以满足准确控制电机的需要，提高电机运行效率的目的。

本发明实施例的一个方面中，提供了一种用于提供电机定子电流值的方法。所述方法包括：基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值，将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，以便电机控制模块利用从中查询出的定子电流值来控制电机。

可选地，所述电机参数为固定或时变的电机参数。

可选地，所述基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值包括：基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

可选地，所述基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值包括：基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算，得到在电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值的最小值。

可选地，所述基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算，得到在电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值的最小值包括：利用牛顿迭代法求解方程组得到在电机恒扭矩区实现最大扭矩电流比的情况下，各个转速点在不同扭矩下分别对应的i_d、i_q的最小值；其中，所述方程组根据方程组以 及方程组推导得出，所述方程组通过对拉格朗日辅助函数分别对i_d、i_q和λ求偏导数并令其为零得到，其中，所述拉格朗日辅助函数为基于电子定流值与电机d轴电流矢量与q轴电流矢量之间的换算关系以及，电磁扭矩方程得到的拉格朗日辅助函数；其中，i_s表示电机定子电流、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、p_n表示电机极对数、ψ_f表示电机转子磁链、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、L_d表示电机d轴电感、L_q表示电机q轴电感、λ表示拉格朗日算子、T_e表示电机电磁扭矩。

可选地，所述基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值包括：基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

可选地，所述将计算出的定子电流值提供给电机控制模块包括：将计算出的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中。

本发明实施例的另一个方面中，提供了一种用于提供电机定子电流值的装置。所述装置包括：计算模块，被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。提供模块，被配置为将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，以便电机控制模块利用从中查询出的定子电流值来控制电机。

可选地，所述电机参数为固定或时变的电机参数。

可选地，所述计算模块被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

可选地，所述计算模块被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算，得到在电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值的最小值。

可选地，所述计算模块被配置为利用牛顿迭代法求解方程组得到在电机恒扭矩区实现最大扭矩电流比的情况下，各个转速点在不同扭矩下分别对应的i_d、i_q的最小值；

其中，所述方程组根据方程组以及方程组推导得出，所 述方程组通过对拉格朗日辅助函数分别对i_d、i_q和λ求偏导数并令其为零得到，其中，所述拉格朗日辅助函数为基于电子定流值与电机d轴电流矢量与q轴电流矢量之间的换算关系以及，电磁扭矩方程得到的拉格朗日辅助函数；其中，i_s表示电机定子电流、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、p_n表示电机极对数、ψ_f表示电机转子磁链、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、L_d表示电机d轴电感、L_q表示电机q轴电感、λ表示拉格朗日算子、T_e表示电机电磁扭矩。

可选地，所述计算模块被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

可选地，所述提供模块被配置为将所述计算模块计算出的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中。

通过上述技术方案，由于基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值，将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，从而电机控制模块可以获得电机全转速段内各个转速点在不同扭矩下分别对应的准确的定子电流值，可以更加准确的控制电机，降低了电机调试过程中对实验台架的依赖程度，减少同步电机标定的盲 目性和增大扭矩控制的准确性，缩短电机标定的时间，提高工作效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的一种用于提供电机定子电流值的方法流程图；

图2是本发明另一实施例提供的一种用于提供电机定子电流值的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的用于提供电机定子电流值的装置框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

例如，参见图1，为本发明提供的一种基于定子电流值控制电机的方法流程图。如图1所示，该方法可以包括：

S110、基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

需要说明的是，本发明实施例中所述电机参数可以为固定或时变的电机参数，可以通过电机制造厂商提供得到。可以理解的是，在所述电机参数为时变的电机参数的情况下，由于电机参数中的一个或多个参数值随时间而变 化，更加符合电机实际运行情况，使得所计算出的定子电流值更加准确。

其中，所述电机参数可以包括：电机极对数、电机转子磁链、电机d轴电感、电机q轴电感、等等。

S120、将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，以便电机控制模块利用从中查询出的定子电流值来控制电机。

例如，可以将计算出的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中。电机控制模块可以从芯片中查询出相应转速点相应扭矩下应提供给电机的定子电流值，从而利用查询出的定子电流值来控制电机。

由于本发明基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值，将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，从而电机控制模块可以获得电机全转速段内各个转速点在不同扭矩下分别对应的准确的定子电流值，可以更加准确的控制电机，降低了电机调试过程中对实验台架的依赖程度，减少同步电机标定的盲目性和增大扭矩控制的准确性，缩短电机标定的时间，提高工作效率。

例如，参见图2，为本发明提供的一种基于定子电流值控制电机的方法流程图。如图2所示，该方法可以包括：

S210、基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

需要说明的是，内置式永磁同步电机属于凸极式同步电机，而对于凸极式同步电机，为充分利用因凸极效应而存在的磁阻扭矩，往往使电机定子d轴电流分量为负值。因此，可以采用最大转矩电流比控制方法，使电机在输出相同电磁转矩下电机定子电流最小。基于此，本实施例在电机最大电流的限制下，把求取最大转矩电流比转化为求取极值的问题，借助拉格朗日辅助 函数以及牛顿迭代法进行求极值运算，就可以获得电机运行在电机恒扭矩区的定子电流值。

例如，可以基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算，得到在电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值的最小值。

下面，结合运算公式对利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算的一种可能的运算方式进行详细说明。可以理解的是，由于公式可以具有一定变形，因此，以下介绍的运算方式仅为本发明利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算的一种可能的实施方式，不用于对本发明进行限制。

首先，可以基于电子定流值与电机d轴电流矢量与q轴电流矢量之间的换算关系以及，电磁扭矩方程得到拉格朗日辅助函数其中，i_s表示电机定子电流、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、p_n表示电机极对数、ψ_f表示电机转子磁链、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、L_d表示电机d轴电感、L_q表示电机q轴电感、λ表示拉格朗日算子、T_e表示电机电磁扭矩。

接下来，可以将所述拉格朗日辅助函数分别对i_d、i_q和λ求偏导数并令其为零，得到

令，得到方程组

利用牛顿迭代法求解方程组得到在电机恒扭矩区实现最大扭矩电流比的情况下，各个转速点在不同扭矩下分别对应的i_d、i_q的最小值。

S220、基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

需要说明的是，在逆变器供电时，电机输入电压一般会受逆变器所能输出的电压极限所限制。当逆变器输出电压达到极限时，要想继续提高转速，只有重新分配定子电流矢量，也即，增加d轴去磁电流分量，减小q轴转矩电流分量，这就是电机的弱磁过程，也即电机恒功率区的控制过程。由于电机控制系统存在电流极限，所以，在进行重新分配定子电流矢量过程中，不能超过电机的相电流极限，也就是说，电机的d轴与q轴电压矢量和不能超过电压极限圆。也即，定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区满足电压极限圆方程。而电机的d轴与q轴每一对电流矢量i均可以通过电磁扭矩方程算得一个扭矩值,电压的极限椭圆轨迹上也存在着一个电机输出功率最大的电流点，即电机最大输出功率点，在最大功率以内的电流矢量均为有效数据，因此，基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，即可计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

其中，定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程为其中，电磁扭矩方程为其中，u_lim为逆变器输出电压极限，ω为电机电角转速。

其中，可以通过M语言或其他编程语言来实现对上述方程组的求解。

需要说明的是，由于电机功率、电机电磁扭矩与电机转速之间具有相应的转换关系，因此，在利用上面提到的方程式进行电机定子电流值的计算的过程中，以电机电磁扭矩为自变量即可计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

S230、将计算出的电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中。

在本实施例中，考虑到永磁同步电机的电压和电流极限限制，在电动机整个运行转速范围内，为了充分利用同步电机高功率密度的性能，使电机可以输出最大功率，定子电流值控制在转折转速以下，即，按照最大扭矩电流比控制，计算出在电机恒扭矩区实现最大扭矩电流比的情况下，各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。而且，由于在转折转速以上按照弱磁控制，而在弱磁控制过程中，也即，在恒功率区，电动汽车用永磁同步电机运行同时受限于电压极限圆、电流极限圆和最大功率点，因此，可以基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值，从而获得了电机全转速段内的不同扭矩下的定子电流值。

而且，将计算出的电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中，使得电机控制模块可以获得电机全转速段内各个转速点在不同扭矩下分别对应的准确的定子电流值，可以更加准确的控制电机，降低了电机调试过程中对实验台架的依赖程度，减少同步电机标定的盲目性和增大扭矩控制的准确性，缩短电机标定的时间，提高工作效率。

另外，还可以将不同转速下不同扭矩的定子电流值绘制到同一张图上便形成标定曲线簇，以便在电机测试台架进行数据验证，将验证后的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中，以待电机运行时供电机控制模块查询使用。

例如，参见图3，为本发明提供的一种基于定子电流值控制电机的装置框图。如图3所示，该装置可以包括：计算模块310，可以被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。提供模块320，可以被配置为将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，以便电机控制模块利用从中查询出的定子电流值来控制电机。

由于本实施例被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在满足电机性能要求下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区以及电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值，将计算出的定子电流值提供给电机控制模块，从而电机控制模块可以获得电机全转速段内各个转速点在不同扭矩下分别对应的准确的定子电流值，可以更加准确的控制电机，降低了电机调试过程中对实验台架的依赖程度，减少同步电机标定的盲目性和增大扭矩控制的准确性，缩短电机标定的时间，提高工作效率。

一些可能的实施方式中，所述电机参数为固定或时变的电机参数。

一些可能的实施方式中，所述计算模块310被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下所构成的方程，计算出电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

一些可能的实施方式中，所述计算模块310被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在电机恒扭矩区满足最大扭矩电流比的情况下 所构成的方程，利用拉格朗日辅助函数以及牛顿迭代法进行求取定子电流值的最小值的运算，得到在电机恒扭矩区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值的最小值。

一些可能的实施方式中，所述计算模块310被配置为利用牛顿迭代法求解方程组得到在电机恒扭矩区实现最大扭矩电流比的情况下，各个转速点在不同扭矩下分别对应的i_d、i_q的最小值。

其中，所述方程组根据方程组以及方程组推导得出，所述方程组通过对拉格朗日辅助函数分别对i_d、i_q和λ求偏导数并令其为零得到，其中，所述拉格朗日辅助函数为基于电子定流值与电机d轴电流矢量与q轴电流矢量之间的换算关系以及，电磁扭矩方程得到的拉格朗日辅助函数。

其中，i_s表示电机定子电流、i_d表示电机定子d轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、p_n表示电机极对数、ψ_f表示电机转子磁链、i_d表示电机定子d 轴电流、i_q表示电机定子q轴电流、L_d表示电机d轴电感、L_q表示电机q轴电感、λ表示拉格朗日算子、T_e表示电机电磁扭矩。

一些可能的实施方式中，所述计算模块310被配置为基于定子电流值、电机电磁扭矩、以及电机参数在恒功率区所满足的电压极限圆方程以及电磁扭矩方程，计算出电机恒功率区各个转速点在不同扭矩下分别对应的定子电流值。

一些可能的实施方式中，所述提供模块320被配置为将所述计算模块计算出的定子电流值存储到用于实现所述电机控制模块的芯片中。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。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可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处 理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。