永磁同步电机的矢量控制方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机的矢量控制方法、系统及存储介质。

背景技术：

永磁同步电机是指由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，称为永磁同步电机。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机得以迅速的推广应用。

用于对电磁噪音比较敏感的场合，如油烟机等厨卫家电类。为了减少电磁噪音，pwm波的频率要大于20khz以上。而如此高的开关频率对控制算法的执行时间有严格的要求，在工程应用上选用廉价的单片机面临着较大的挑战。

现有技术中，并没有将开关频率和控制频率分开，其出发点只是优化实行时间，如简化位置估计算法，去掉电流环等，据此来减少算法的执行时间。但这种解决方案带来的问题就是控制性能的下降，如动态响应性差，运行频率范围小，带载能力降低等。

技术实现要素：

为此，本发明的一个实施例提出一种永磁同步电机的矢量控制方法，在保持矢量算法性能的前提下，降低对执行时间的要求。

根据本发明一实施例的永磁同步电机的矢量控制方法，包括：

根据开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，其中，n为控制周期的分频系数，n为自然数；

初始化开关周期定时器的周期值和初始值、以及控制周期定时器的周期值和初始值；

当所述控制周期定时器产生中断时，计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压；

在下一个控制周期覆盖的所有开关周期内，当所述开关周期定时器中断时，将发波电压转换成发波比较值。

根据本发明实施例的永磁同步电机的矢量控制方法，采用将控制频率和开关频率分开的思路，将pwm模块配置成较高的开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，并对开关周期定时器的周期值和初始值、控制周期定时器的周期值和初始值分别进行初始化，一个控制周期内将包括n个开关周期，控制算法只需要同时算出n个开关周期的比较值，然后逐一加载到n个占空比内即可实现较高的开关频率，从而实现了较低的控制频率达到较高开关频率的效果，在保持矢量算法性能的前提下，降低了对执行时间的要求。

另外，根据本发明上述实施例的永磁同步电机的矢量控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化开关周期定时器的周期值、以及控制周期定时器的周期值的步骤包括：

采用以下公式计算所述开关周期定时器的周期值p1为和所述控制周期定时器的周期值p2：

其中，fs为主时钟的主频。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化开关周期定时器初始值、以及控制周期定时器初始值的步骤包括：

设置所述开关周期定时器的初始值t01＝0，同时设置所述开关周期定时器的初始值t02＝0；

配置所述控制周期定时器和所述开关周期定时器过零点产生中断，并同时启动所述控制周期定时器和所述开关周期定时器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压的步骤包括：

触发adc采样电机的相电流，完成矢量控制算法流程，以获得d轴和q轴的发波电压ud和uq，以及转子位置θi；

采用以下公式计算第n个开关周期的发波角度θp(n):

θp(n)＝θi+2πfc*ts*n

其中，fc为所述永磁同步电机运行的电频率，ts为开关周期，θi为当前转子估计的角度位置，0<＝θn<2π，0≤n≤n-1；

依次按照角度θp(n)进行逆park变换以获得第n个开关周期的发波电压值unα和unβ；

unα＝ud×cosθp(n)-uq×sinθp(n)

unβ＝ud×cosθp(n)+uq×sinθp(n)

其中，ud和uq是发波电压在dq域的表示值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将发波电压转换成发波比较值的步骤包括：

采用以下公式计算una、unb和unc：

una＝unα

采用以下公式计算unr、uns和unt：

unr＝una+unh

uns＝unb+unh

unt＝unc+unh

其中,即una、unb和unc三个值中间值除以2；

采用以下公式计算svpwm的三路比较值：

其中，ud为母线电压。

本发明的另一个实施例提出一种永磁同步电机的矢量控制系统，在保持矢量算法性能的前提下，降低对执行时间的要求。

根据本发明实施例的永磁同步电机的矢量控制系统，包括：

配置模块，用于根据开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，其中，n为控制周期的分频系数，n为自然数；

初始化模块，用于初始化开关周期定时器的周期值和初始值、以及控制周期定时器的周期值和初始值；

计算模块，用于当所述控制周期定时器产生中断时，计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压；

转换模块，用于在下一个控制周期覆盖的所有开关周期内，当所述开关周期定时器中断时，将发波电压转换成发波比较值。

另外，根据本发明上述实施例的矢量控制系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化模块具体用于：

采用以下公式计算所述开关周期定时器的周期值p1为和所述控制周期定时器的周期值p2：

其中，fs为主时钟的主频。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述初始化模块具体用于：

设置所述开关周期定时器的初始值t01＝0，同时设置所述开关周期定时器的初始值t02＝0；

配置所述控制周期定时器和所述开关周期定时器过零点产生中断，并同时启动所述控制周期定时器和所述开关周期定时器。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算模块具体用于：

触发adc采样电机的相电流，完成矢量控制算法流程，以获得d轴和q轴的发波电压ud和uq，以及转子位置θi；

采用以下公式计算第n个开关周期的发波角度θp(n):

θp(n)＝θi+2πfc*ts*n

其中，fc为所述永磁同步电机运行的电频率，ts为开关周期，θi为当前转子估计的角度位置，0<＝θn<2π，0≤n≤n-1；

依次按照角度θp(n)进行逆park变换以获得第n个开关周期的发波电压值unα和unβ；

unα＝ud×cosθp(n)-uq×sinθp(n)

unβ＝ud×cosθp(n)+uq×sinθp(n)

其中，ud和uq是发波电压在dq域的表示值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转换模块具体用于：

采用以下公式计算una、unb和unc：

una＝unα

采用以下公式计算unr、uns和unt：

unr＝una+unh

uns＝unb+unh

unt＝unc+unh

其中,即una、unb和unc三个值中间值除以2；

采用以下公式计算svpwm的三路比较值：

其中，ud为母线电压。

本发明的另一个实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一实施例的永磁同步电机的矢量控制方法的流程图；

图2是图1中初始化开关周期定时器初始值、以及控制周期定时器初始值的流程图；

图3是根据本发明另一实施例的永磁同步电机的矢量磁控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

请参阅图1，本发明实施例提出的永磁同步电机的矢量控制方法，包括以下步骤：

s101，根据开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，其中，n为控制周期的分频系数，n为自然数；

s102，初始化开关周期定时器的周期值和初始值、以及控制周期定时器的周期值和初始值；

s103，当所述控制周期定时器产生中断时，计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压；

s104，在下一个控制周期覆盖的所有开关周期内，当所述开关周期定时器中断时，将发波电压转换成发波比较值。

根据本发明实施例的永磁同步电机的矢量控制方法，采用将控制频率和开关频率分开的思路，将pwm模块配置成较高的开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，并对开关周期定时器的周期值和初始值、控制周期定时器的周期值和初始值分别进行初始化，一个控制周期内将包括n个开关周期，控制算法只需要同时算出n个开关周期的比较值，然后逐一加载到n个占空比内即可实现较高的开关频率，从而实现了较低的控制频率达到较高开关频率的效果，在保持矢量算法性能的前提下，降低了对执行时间的要求。

作为一个具体示例，在步骤s102中，初始化开关周期定时器的周期值、以及控制周期定时器的周期值可以采用以下步骤：

采用以下公式计算所述开关周期定时器的周期值p1为和所述控制周期定时器的周期值p2：

其中，fs为主时钟的主频。

在步骤s102中，初始化开关周期定时器初始值、以及控制周期定时器初始值的步骤包括：

s1021，设置所述开关周期定时器的初始值t01＝0，同时设置所述开关周期定时器的初始值t02＝0；

s1022，配置所述控制周期定时器和所述开关周期定时器过零点产生中断，并同时启动所述控制周期定时器和所述开关周期定时器。

此外，作为一个具体示例，在步骤s103中，计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压的步骤包括：

触发adc采样电机的相电流，完成矢量控制算法流程，以获得d轴和q轴的发波电压ud和uq，以及转子位置θi；

采用以下公式计算第n个开关周期的发波角度θp(n):

θp(n)＝θi+2πfc*ts*n

其中，fc为所述永磁同步电机运行的电频率，ts为开关周期，θi为当前转子估计的角度位置，0<＝θn<2π，0≤n≤n-1；

依次按照角度θp(n)进行逆park变换以获得第n个开关周期的发波电压值unα和unβ；

unα＝ud×cosθp(n)-uq×sinθp(n)

unβ＝ud×cosθp(n)+uq×sinθp(n)

其中，ud和uq是发波电压在dq域的表示值。

作为一个具体示例，在步骤s104中，将发波电压转换成发波比较值的步骤包括：

采用以下公式计算una、unb和unc：

una＝unα

采用以下公式计算unr、uns和unt：

unr＝una+unh

uns＝unb+unh

unt＝unc+unh

其中,即una、unb和unc三个值中间值除以2；

采用以下公式计算svpwm的三路比较值：

其中，ud为母线电压。

请参阅图3，基于同一发明构思，本发明另一实施例提出的永磁同步电机的矢量控制系统，包括：

配置模块10，用于根据开关频率k1，将控制频率k2配置成k2＝k1/n，其中，n为控制周期的分频系数，n为自然数；

初始化模块20，用于初始化开关周期定时器的周期值和初始值、以及控制周期定时器的周期值和初始值；

计算模块30，用于当所述控制周期定时器产生中断时，计算下个控制周期内覆盖的所有开关周期的发波电压；

转换模块40，用于在下一个控制周期覆盖的所有开关周期内，当所述开关周期定时器中断时，将发波电压转换成发波比较值。

本实施例中，所述初始化模块20具体用于：

采用以下公式计算所述开关周期定时器的周期值p1为和所述控制周期定时器的周期值p2：

其中，fs为主时钟的主频。

本实施例中，所述初始化模块20还具体用于：

设置所述开关周期定时器的初始值t01＝0，同时设置所述开关周期定时器的初始值t02＝0；

配置所述控制周期定时器和所述开关周期定时器过零点产生中断，并同时启动所述控制周期定时器和所述开关周期定时器。

本实施例中，所述计算模块30具体用于：

触发adc采样电机的相电流，完成矢量控制算法流程，以获得d轴和q轴的发波电压ud和uq，以及转子位置θi；

采用以下公式计算第n个开关周期的发波角度θp(n):

θp(n)＝θi+2πfc*ts*n

其中，fc为所述永磁同步电机运行的电频率，ts为开关周期，θi为当前转子估计的角度位置，0<＝θn<2π，0≤n≤n-1；

依次按照角度θp(n)进行逆park变换以获得第n个开关周期的发波电压值unα和unβ；

unα＝ud×cosθp(n)-uq×sinθp(n)

unβ＝ud×cosθp(n)+uq×sinθp(n)

其中，ud和uq是发波电压在dq域的表示值。

本实施例中，所述转换模块40具体用于：

采用以下公式计算una、unb和unc：

una＝unα

采用以下公式计算unr、uns和unt：

unr＝una+unh

uns＝unb+unh

unt＝unc+unh

其中,即una、unb和unc三个值中间值除以2；

采用以下公式计算svpwm的三路比较值：

其中，ud为母线电压。

本发明实施例提出的永磁同步电机的矢量控制系统的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的方法相同，在此不予赘述。

此外，本发明的实施例还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。