一种永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置与流程

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置。

背景技术：

面对日趋严峻的能源与环境问题，新能源汽车正成为当前各国研究的热点，大力发展新能源汽车对于实现全球可持续发展、保护人类赖以生存的地球环境具有重要意义。

纯电动汽车通过电机驱动车轮来实现车辆行驶，电机驱动及控制作为纯电动汽车的核心对整车性能影响重大，为此成为国内外各大纯电动汽车厂商研究的重点。随着永磁材料、电力电子技术、控制理论、电机制造以及信号处理硬件的发展，永磁同步电机(PMSM)得到了普遍应用，永磁同步电动机由于具有高效率、高输出转矩、高功率密度以及良好的动态性能等优点，目前成为纯电动汽车驱动系统的主流。

但是，现有技术中，对于深度弱磁控制效果尚不理想，容易出现电流震荡，造成电机故障，进而威胁高速行车安全。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，用以实现削弱深度弱磁时的电流震荡。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，包括：

获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制。

进一步的，所述动态限制包括：

获取所述永磁同步电机的当前转速；

根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

进一步的，所述最大负向D轴电流通过以下过程获取：

获取所述D轴电流的最大转矩电压比MTPV轨迹数据；

根据台架试验，对所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据进行修正，获得所述永磁同步电机在深度弱磁控制中电机转速与D轴电流的映射关系；

根据所述电机转速与D轴电流的映射关系，获得所述最大负向D轴电流。

进一步的，根据公式

获得所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据，其中，ψ_s表示永磁体磁链，L_d表示D轴电感，L_q表示Q轴电感，i_d表示D轴电流，i_q表示Q轴电流，U_DC表示逆变器直流侧电压，ω表示转速，I_lim表示最大相电流基波有效值。

进一步的，所述控制方法还包括：

对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理。

进一步的，根据公式

对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理，其中，K_f表示低通滤波参数。

本发明实施例还提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，包括：

第一获取模块，用于获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

第一控制模块，用于当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制。

进一步的，所述第一控制模块，用于当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制中，所述第一控制模块包括：

第二获取模块，用于获取所述永磁同步电机的当前转速；

第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

进一步的，所述第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流中，所述第二控制模块包括：

第三获取模块，用于获取所述D轴电流的最大转矩电压比MTPV轨迹数据；

第四获取模块，用于根据台架试验，对所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据进行修正，获得所述永磁同步电机在深度弱磁控制中电机转速与D轴电流的映射关系；

第五获取模块，用于根据所述电机转速与D轴电流的映射关系，获得所述最大负向D轴电流。

进一步的，所述第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流中，所述第二控制模块还包括：

处理模块，用于对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，至少具有以下有益效果：本发明实施例的永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，对D轴电流进行动态限制，可以有效削弱永磁同步电机深度弱磁控制中的电流震荡。同时，本发明实施例的永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理，还可以实现一般弱磁向深度弱磁的平滑过渡。

附图说明

图1为本发明的第一实施例提供的永磁同步电机深度弱磁控制方法的流程图；

图2为本发明的第二实施例提供的永磁同步电机深度弱磁控制方法的流程图；

图3为本发明的第三实施例提供的获取最大负向D轴电流的流程图；

图4为本发明的第四实施例提供的永磁同步电机深度弱磁控制方法的流程图；

图5为本发明的第五实施例提供的永磁同步电机深度弱磁控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例的永磁同步电机控制的流程示意图；

图7为本发明实施例的永磁同步电机控制示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

第一实施例

参见图1，本发明实施例提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，包括：

步骤101，获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

步骤102，当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制。

在本发明实施例的永磁同步电机深度弱磁控制方法中，所述预设条件为永磁同步电机进入到深度弱磁转速区间。参见图7，也即图示一般弱磁A-B段向深度弱磁B-C段，即由B点进入深度弱磁转速区间。当所述当前工作状态满足预设条件时，即当前工作状态为永磁同步电机进入到深度弱磁转速区间，对D轴电流进行动态限制，实现使D、Q轴电流沿最大转矩电压比MTPV轨迹运动，削弱了传统弱磁控制方法深度弱磁时的电流震荡问题。

第二实施例

参见图2，依据本发明的另一方面，提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，该方法包括：

步骤201，获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

步骤202，当所述当前工作状态满足预设条件时，获取所述永磁同步电机的当前转速；

步骤203，根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

本实施例在第一实施例的基础上对所述动态限制进行了进一步的解释。所述动态限制即在当前的转速下，控制D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

第三实施例

参见图3，依据本发明的另一方面，提供了获取最大负向D轴电流的方法，本实施例的方法也适用于其他实施例。

所述最大负向D轴电流通过以下过程获取：

步骤301，获取所述D轴电流的最大转矩电压比MTPV轨迹数据；

步骤302，根据台架试验，对所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据进行修正，获得所述永磁同步电机在深度弱磁控制中电机转速与D轴电流的映射关系；

步骤303，根据所述电机转速与D轴电流的映射关系，获得所述最大负向D轴电流。

在实际控制中，当永磁同步电机进入到深度弱磁转速区间，利用当前转速得到对应的当前的D轴电流的负向最大值，即该转速条件下D轴电流不能够超出该限值；随着电机转速的进一步提高，D轴电流的负向最大值会逐渐减小，参见图7，即电机工作点向C点逼近，这样就能够将永磁同步电机深度弱磁时的工作点限制在MTPV轨迹上，从而改善了控制效果，改善了深度弱磁时电流和扭矩的震荡问题。

进一步的，根据公式

获得所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据，其中，ψ_s表示永磁体磁链，L_d表示D轴电感，L_q表示Q轴电感，i_d表示D轴电流，i_q表示Q轴电流，U_DC表示逆变器直流侧电压，ω表示转速，I_lim表示最大相电流基波有效值。

参见图6和图7，在本发明实施例给出的弱磁控制中，采用电压调节环，根据U_max和反馈的D、Q轴电压命令的差值，通过PI调节自动调整励磁水平，但随着电机转速不断升高，进入到深度弱磁电机工作点到达B点后，通过动态限制D轴电流迫使电机工作点沿图7中的B-C轨迹运动(MTPV轨迹)。

转矩方程为：

其中T_e表示电机扭矩，n_p为极对数。

电机在实际工作过程中受逆变器输出电流和电机本身额定电流的限制，永磁同步电机稳定运行时，电流矢量幅值为

i_s为电流矢量，其最大值不超过i_smax，即电机工作受图7中的电流极限圆限制。

另外永磁同步电机稳定运行时，还受逆变器输出电压的限制。

其中U_DC为逆变器直流侧电压，

电机的最大转矩电压比方程可表示为：

根据式(1)、(3)、(4)可得到最大转矩电压比轨迹方程：

对于永磁同步电机，进入到深度弱磁后工作点沿MTPV轨迹运动，因此D轴的最大负向电流不应超过B点处的D轴电流，可以按照以下公式计算得到B点处的D轴电流。

其中I_lim为电机最大相电流基波有效值。根据式(3)、(5)、(6)能够得到在转速不断增加条件下电机在深度弱磁时的D轴电流变化轨迹，但以上三个公式对电机参数具有高度的依赖性，参数的准确性对于不同转速条件下D轴电流的计算结果影响很大。一般来说在深度弱磁控制中，会有磁路饱和问题，这将对D、Q轴电感产生影响，其中Q轴电感随Q轴电流的增加变化更大，且呈非线性关系，因此单纯的采用以上公式计算不同转速条件下的D轴MTPV轨迹电流会有较大误差。针对这一问题，本发明实施例首先采用公式(3)、(5)、(6)计算得到深度弱磁时D轴电流的MTPV轨迹数据(电机参数按照预设定值计算)，在此基础上进行台架试验，以理想MTPV轨迹为基础，对其进行修正，最终得到电机深度弱磁控制中电机转速与D轴电流的映射关系(在本发明的实施例中电机转速与D轴电流的映射关系以Map表的方式存在)。在实际控制中，当电机进入到深度弱磁转速区间，利用当前转速便可查询得到当前转速下的最大负向D轴电流-i_dmax^*，即该转速条件下D轴电流不能够超出该限值；随着电机转速的进一步提高，D轴电流的负向最大值会逐渐减小，即电机工作点向C点逼近，这样就能够将永磁同步电机深度弱磁时的工作点限制在MTPV轨迹上，保证深度弱磁控制时电机的工作点沿最大转矩电压比轨迹运动，改善了深度弱磁时电流和扭矩的震荡问题，提高了控制效果。

第四实施例

参见图4，依据本发明的另一方面，提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，该方法包括：

步骤401，获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

步骤402，当所述当前工作状态满足预设条件时，获取所述永磁同步电机的当前转速；

步骤403，对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理；

步骤404，根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

本实施例是在前述实施例的基础上，增加了低通滤波处理，用以实现永磁同步电机由一般弱磁向深度弱磁的平滑过渡。

经过低通滤波后得到D轴最大负向电流限制i_dc^*，强制使图6中的经“动态限制与平滑过渡”环节后不会超过i_dc^*，这样一来在保证深度弱磁平滑过渡的前提下，将深度弱磁状态下电机的工作点限制在MTPV轨迹中。低通滤波环节的加入，保证了一般弱磁向深度弱磁的平滑过渡，防止在交界点(图7所示电机工作点B)处抖动。

进一步的，根据公式

对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理，其中，K_f表示低通滤波参数。

第五实施例

参见图5，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，包括：

第一获取模块1，用于获取所述永磁同步电机的当前工作状态；

第一控制模块2，用于当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制。

进一步的，所述第一控制模块2，用于当所述当前工作状态满足预设条件时，对D轴电流进行动态限制中，所述第一控制模块2包括：

第二获取模块，用于获取所述永磁同步电机的当前转速；

第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流。

进一步的，所述第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流中，所述第二控制模块包括：

第三获取模块，用于获取所述D轴电流的最大转矩电压比MTPV轨迹数据；

第四获取模块，用于根据台架试验，对所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据进行修正，获得所述永磁同步电机在深度弱磁控制中电机转速与D轴电流的映射关系；

第五获取模块，用于根据所述电机转速与D轴电流的映射关系，获得所述最大负向D轴电流。

进一步的，所述第三获取模块，用于获取所述D轴电流的最大转矩电压比MTPV轨迹数据中，所述第三获取模块包括第一运算模块，所述第一运算模块用于根据公式

获得所述最大转矩电压比MTPV轨迹数据，其中，ψ_s表示永磁体磁链，L_d表示D轴电感，L_q表示Q轴电感，i_d表示D轴电流，i_q表示Q轴电流，U_DC表示逆变器直流侧电压，ω表示转速，I_lim表示最大相电流基波有效值。

进一步的，所述第二控制模块，用于根据所述当前转速，控制所述D轴电流小于所述当前转速下的最大负向D轴电流中，所述第二控制模块还包括：

处理模块，用于对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理。

进一步的，所述处理模块，用于对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理中，所述处理模块包括第二运算模块，所述第二运算模块用于根据公式

对所述最大负向D轴电流进行低通滤波处理，其中，K_f表示低通滤波参数。

需要注意的是，为了行文简洁，本说明书中有部分情况下将永磁同步电机简述为电机。

综上，本发明实施例的永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，可以有效削弱永磁同步电机深度弱磁控制中的电流震荡。同时，本发明实施例的永磁同步电机深度弱磁控制方法及控制装置，还可以实现一般弱磁向深度弱磁的平滑过渡。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。