永磁同步电机的控制方法、系统及机器可读存储介质与流程

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体地涉及一种永磁同步电机的控制方法、系统及机器可读存储介质。

背景技术：

永磁同步电机的结构往往设计比较复杂，磁路相对比较饱和而由于磁路的饱和作用，使得电机的d轴、q轴电感并不是常数；一般它们是随电机的磁路饱和情况的不同而变化，使得电感参数的准确获取成为了永磁同步电机精准控制所面临的一大难题。

相关技术中一般是采用静态测试的方式来获取电机电感，由此其所得到的是一个关于永磁同步电机的电感常数值，之后其会将该常数值输入电机系统以进行电机控制。

但是，本申请的发明人在实现本发明的过程中发现：利用常数电感对电机进行控制存在较大的误差，尤其是永磁同步电机采用基波模型的无位置控制时，电感参数的变化差距又会直接导致定向角的偏移，导致电机控制异常。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种永磁同步电机的控制方法、系统及机器可读存储介质，用以至少解决相关技术中因控制所用的常数电感参数相对于实际动态的电感参数存在较大变化差距而导致电机控制异常的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种永磁同步电机的控制方法，所述永磁同步电机具有静态下的初始电感，所述方法包括：获取所述永磁同步电机在工作状态下的多个电流所分别对应的多个工作电感；选定参考电流，并从所述多个工作电感中确定对应于所述参考电流的参考电感；基于所述初始电感、参考电感和参考电流来建立用于指示所述永磁同步电机在工作状态下的电感与电流之间关系的修正电感模型；以及利用所述修正电感模型来控制所述永磁同步电机工作。

可选的，所述选定参考电流包括：选择所述永磁同步电机在所述工作状态下出现功率因数最大时的电流来作为所述参考电流。

可选的，所述永磁同步电机配置有用来指示多个等级的电机工作参数的多个目标工作区间，在所述获取所述永磁同步电机在工作状态下的多个电流所分别对应的多个工作电感之后，该方法还包括：从所述多个目标工作区间中选定分别用来指示较高等级和较低等级的电机工作参数的第一目标工作区间和第二目标工作区间；选择所述永磁同步电机在所述第一目标工作区间和所述第二目标工作区间的工作状态下分别出现功率因数最大时的电流来作为第一参考电流和第二参考电流，并从所述多个工作电感中确定对应于所述第一参考电流和所述第二参考电流的第一参考电感和第二参考电感；分别计算所述初始电感相对于所述第一参考电感和第二参考电感所需补偿的第一修正电感和第二修正电感；基于所述第一参考电流、第一修正电感、第二参考电流、第二修正电感和初始电感来建立所述修正电感模型，并利用所述修正电感模型来控制所述永磁同步电机工作。

可选的，所述电机工作参数包含转子转速和/或负载，以及所述目标工作区间包含选自以下中的一者或多者：高转速区、中转速区、低转速区、高负载区、中负载区、低负载区、高速高载区、高速中载区、高速低载区、中速高载区、中速中载区、中速低载区、低速高载区、低速中载区、低速低载区。

可选的，所述基于所述第一参考电流、第一修正电感、第二参考电流、第二修正电感和初始电感来建立所述修正电感模型包括：将所述第一参考电流、第一修正电感、第二参考电流、第二修正电感和初始电感以线性拟合的方式来建立所述修正电感模型。

可选的，所述初始电感、参考电感和参考电流其中的一者或多者为旋转坐标系下的d轴或q轴分量参数。

可选的，所述方法包括d轴电感修正控制子步骤，具体包括：获取所述永磁同步电机在工作状态下的多个定子总电流所分别对应的多个d轴工作电感；从所述多个定子总电流中选定第一参考电流，并从所述多个d轴工作电感中确定对应于所述参考电流的d轴参考电感；基于所述d轴参考电感和第一参考电流来建立用于指示所述永磁同步电机在工作状态下的d轴电感与定子总电流之间关系的第一修正电感模型；利用所述第一修正电感模型来在d轴上控制所述永磁同步电机工作。

可选的，所述方法包括q轴电感修正控制子步骤，具体包括：获取所述永磁同步电机在工作状态下的多个d轴电流和q轴电流以及相应的多个q轴工作电感；从所述多个d轴电流和q轴电流中选定d轴参考电流和q轴参考电流，并从所述多个q轴工作电感中确定对应于所述d轴参考电流和q轴参考电流的q轴参考电感；基于所述q轴参考电感、d轴参考电流和q轴参考电流来建立用于指示所述永磁同步电机在工作状态下的q轴电感与d轴电流之间关系的第二修正电感模型和用于指示所述永磁同步电机在工作状态下的q轴电感与q轴电流之间关系的第三修正电感模型；利用所述第二修正电感模型和所述第三修正电感模型来在q轴上控制所述永磁同步电机工作。

可选的，所述方法包括：利用所述第一修正电感模型来在d轴上控制所述永磁同步电机工作，并在所述永磁同步电机被所述第一修正电感模型控制时所处的工作状态下执行所述q轴电感修正控制子步骤；或者利用所述第二修正电感模型和所述第三修正电感模型来在q轴上控制所述永磁同步电机工作，并在所述永磁同步电机被所述第二修正电感模型和所述第三修正电感模型控制时所处的工作状态下执行所述d轴电感修正控制子步骤。

可选的，所述d轴电感修正控制子步骤是在电机处于包含选自以下中一者或多者的工作状态时才执行的：低负载区、高速低载区、中速低载区、低速低载区。

本发明实施例另一方面提供一种永磁同步电机的控制系统，包括：控制器，连接至永磁同步电机，并用于执行上述的永磁同步电机的控制方法。

本发明实施例还一方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述的永磁同步电机的控制方法。

通过上述技术方案，一方面，在电机处于工作状态时实时获取电机的工作电感，并选定较典型的工作状态时刻的参考电流及相应的参考电感，由此通过参考选定的方式确定本实施例中所实际应用的作为参考的工作电感，能够有效消除电机工作过程中的杂波等干扰因素对工作电感波动的影响；另一方面，基于该参考电感、初始电感和参考电流建立符合电机实时工作状态的电感与电流之间关系的修正电感模型，最后将该修正电感模型带入电机控制系统，由此利用修正电感模型模拟动态变换的电感环境并以此控制永磁同步电机工作，能够较精确地贴合电机工作状态下的电感参数的变化，并提高了永磁同步电机控制的精确度；又一方面，本发明实施例的实施可以是与电机工作实时同步进行，能够使得所建立的修正电感模型可以是与电机的实时工作状态贴合及相关，并还可以在不作出改动的情况下适用于多种不同的型号的永磁同步电机，使得本实施例的应用具有较强的适用性。

本发明实施例的其它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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例的永磁同步电机的控制方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例的永磁同步电机的控制方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例的基于pwm的永磁同步电机控制方法关于d轴电感控制的流程示意图；

图4是本发明一实施例的基于pwm的永磁同步电机控制方法关于q轴电感控制的流程示意图；

图5是本发明另一实施例的基于pwm的永磁同步电机控制方法的流程示意图；

图6是为图5中的永磁同步电机所配备的转速-负载的各个目标工作区间范围的坐标系划分示意图；

图7是应用图5所示的永磁同步电机控制方法的d轴电感修正值和总电流的拟合线型图的示意图；

图8a是应用图5所示的永磁同步电机控制方法的q轴电感修正值和q轴电流的拟合线型图的示意图；

图8b是应用图5所示的永磁同步电机控制方法的q轴电感修正值和d轴电流的拟合线型图的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。

参见图1示出的是本发明一实施例的永磁同步电机的控制方法的流程示意图，永磁同步电机具有静态下的初始电感，该静态下的初始电感可以是借助相关技术中例如静态测试的若干手段而被获取的。进一步地，该控制方法包括以下步骤：

步骤101：获取永磁同步电机在工作状态下的多个电流所分别对应的多个工作电感；

其中，电机电感在电机实际上电工作的时间段是动态变化的，并且申请人发现永磁同步电机的电机电流与电感之间存在密切联系，于是可以通过步骤101的实施来获取工作状态下的电流和与其对应的电感。

步骤102：选定参考电流，并从多个工作电感中确定对应于参考电流的参考电感；

在本实施例中，通过参考选定的方式确定本实施例中所实际应用的作为参考的工作电感，能够有效消除电机工作过程中的杂波等干扰因素对工作电感波动的影响。优选地，参考电流可以是相对于电机工作实施过程的典型工作状态点下(例如在下文优选实施例中所公开的出现最大功率因数的时候)的电机电流，使得参考电感和参考电流还能够用来指示典型的电机工作状态。

步骤103：基于初始电感、参考电感和参考电流来建立用于指示永磁同步电机在工作状态下的电感与电流之间关系的修正电感模型；

需说明的是，修正电感模型可以是用来贴合并指示永磁同步电机的电机电流与电感之间的如上所述的密切联系的，其是基于初始电感、参考电感和参考电流所获取的，但是该模型所指示的电感、电流范围应不局限于特定的所选定的参考电流、电感，以及其所指示的可以是一连续范围内的电感与电流之间的关系。

步骤104：利用修正电感模型来控制永磁同步电机工作。

在本实施例中，利用修正电感模型模拟动态变化的电感环境并以此控制永磁同步电机工作，能够较精确地贴合电机工作状态下的电感参数的变化，并提高了永磁同步电机控制的精确度；另一方面，本实施例可以是在电机工作时所实时进行的，并可以在不作出改动的情况下适用于多种不同的型号的永磁同步电机，并能够使得所建立的修正电感模型可以是与电机的工作状态实时贴合和相关，更增大了电机控制的有效性和精确度。

作为图1所示实施例的进一步的公开和优化，旨在对步骤102中的参考电流的选定方式上的公开和优化，其可以是选择永磁同步电机在工作状态下出现功率因数最大时的电流来作为参考电流。

需说明的是，在永磁同步电机系统实际运行的过程中，当电机电流超过一定范围后，电能无法再转化成更多的磁能，只能转化成热能，也就是存在磁路饱和和交叉饱和等问题。在本优选实施方式的中，由于与出现最大功率因数时刻相关的参考电流并以此来建立修正电感模型，可以准确反映实际系统中磁路饱和、交叉饱和的现象，能够保障更安全有效地控制永磁同步电机的工作运行。并且，可以只需使用功率因数的测量设备(例如功率分析仪)来获取功率因数，而功率因数测量设备广泛应用于工业和电控领域，使得本发明实施例的优选实施方式易于实施。

作为图1所示实施例的进一步的公开和优化，可以是将第一参考电流、第一修正电感、第二参考电流、第二修正电感和初始电感以线性拟合的方式来建立修正电感模型。需说明的是，虽然电机工作过程中的工作电感和电流之间的关系并不属于绝对的线性关系，但是本申请的发明人发现线性拟合的工作电感模型所描述的电感参数与实际电感参数较为接近，能够满足一般情况下的永磁同步电机控制的精准度的要求。可以理解的是，上述修正电感模型的建立方式仅用作示例，而不能用来限定本发明实施例的范围。

参见图2示出的是本发明另一实施例的永磁同步电机的控制方法的流程示意图，该永磁同步电机配置有用来指示多个等级的电机工作参数的多个目标工作区间，该方法具体包括：

步骤201：获取永磁同步电机在工作状态下的多个电流所分别对应的多个工作电感；

步骤202：从多个目标工作区间中选定分别用来指示较高等级和较低等级的电机工作参数的第一目标工作区间和第二目标工作区间；

更具体地，该电机工作参数包含转子转速和/或负载，以及相应地为永磁同步电机所配置的目标工作区间可以是以下中的至少一者：高转速区、中转速区、低转速区、高负载区、中负载区、低负载区、高速高载区、高速中载区、高速低载区、中速高载区、中速中载区、中速低载区、低速高载区、低速中载区、低速低载区。进一步地，第一目标工作区间和第二目标工作区间可以是分别指代高和低负载区，高和低转速区等等。

步骤203：选择永磁同步电机在第一目标工作区间和第二目标工作区间的工作状态下分别出现功率因数最大时的电流来作为第一参考电流和第二参考电流，并从多个工作电感中确定对应于第一参考电流和第二参考电流的第一参考电感和第二参考电感；

步骤204：分别计算初始电感相对于第一参考电感和第二参考电感所需补偿的第一修正电感和第二修正电感；

步骤205：基于第一参考电流、第一修正电感、第二参考电流、第二修正电感和初始电感来建立修正电感模型，并利用修正电感模型来控制永磁同步电机工作。

在本实施例中，通过选择处于不同等级(例如高和低等级的负载、转速)的工作状态下的电流及电感作为模型建立所选用的电流和电感，综合考虑了电机的工作运行的整体状态，保障所合成的修正电感模型的适用范围和高精确度。

由于永磁同步电机较多的是基于pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)控制系统的实施来完成的，使得在发明实施例的应用中，上文实施例所述的初始电感、工作电感、多个电流和参考电流其中的一者或多者为旋转坐标系下的d轴或q轴分量参数。并且有鉴于此，本发明实施例于此还公开了基于pwm的永磁同步电机控制方法的一实施例，具体如图3所示出的是关于本发明实施例方法在d轴电感方面的实施步骤，并包括以下步骤：

步骤301：获取永磁同步电机在工作状态下的多个定子总电流所分别对应的多个d轴工作电感；

步骤302：从多个定子总电流中选定第一参考电流，并从多个d轴工作电感中确定对应于参考电流的d轴参考电感；

步骤303：基于d轴参考电感和第一参考电流来建立用于指示永磁同步电机在工作状态下的d轴电感与定子总电流之间关系的第一修正电感模型；

步骤304：利用第一修正电感模型来在d轴上控制永磁同步电机工作。

在本实施例中，考虑到d轴电感与定子总电流的关联度较大，所以可以选择定子总电流作为本实施例中在d轴电感方面的控制实施的依据。更优选地，为了消除q轴电感对d轴电感的干扰，可以是选择在低负载的情况下实施步骤301-304，因在低负载情况下电机的q轴电流较小，以及d轴电感所受的干扰也较小。

由于在电机pwm控制实施的工作过程中，电机电感在d轴上的波动相对于q轴的波动较低，所以如图4所示的关于本发明实施例方法在d轴电感方面的实施步骤，并包括以下步骤：

步骤401：获取永磁同步电机在工作状态下的多个d轴电流和q轴电流以及相应的多个q轴工作电感；

步骤402：从多个d轴电流和q轴电流中选定d轴参考电流和q轴参考电流，并从多个q轴工作电感中确定对应于d轴参考电流和q轴参考电流的q轴参考电感；

步骤403：基于q轴参考电感、d轴参考电流和q轴参考电流来建立用于指示永磁同步电机在工作状态下的q轴电感与d轴电流之间关系的第二修正电感模型和用于指示永磁同步电机在工作状态下的q轴电感与q轴电流之间关系的第三修正电感模型；

步骤404：利用第二修正电感模型和第三修正电感模型来在q轴上控制永磁同步电机工作。

在本实施例中，考虑到q轴电感与d轴电流分量和q轴电流分量的关联度较大，所以需要选定d轴电流分量和q轴电流分量作为本实施例中在q轴电感方面的控制实施的依据。

作为本发明另一实施例，也是对图3和图4所示实施例的进一步的优化，其可以是在步骤301-304实施之后，在d轴电感界定的情况下将其代入系统的工作状态下再实施步骤401-404；其也可以是在步骤401-404实施之后，在q轴电感界定的情况下将其代入系统的工作状态下再实施步骤301-304。由此，使得在利用旋转坐标系的一个方向上已拟合的电感子模型在代入电机系统之后的情况下，再去贴合电机工作状态的另一方向下的电感子模型，能够保障所获取的另一方向下的电感子模型的精确度。

为了更具体地说明本发明实施例，参见图5示出的是本发明另一实施例的基于pwm的永磁同步电机控制方法的流程示意图，具体包含以下步骤：

步骤501：获取静态方法测试得到的d轴电感值ld0和q轴电感值lq0；

步骤502：基于该ld0和lq0，搭建采用矢量控制和基波模型的无位置传感器控制的目标电控系统；

步骤503：根据目标电控系统要求，确定目标电控系统的低速区、中速区和高速区速度范围，确定目标电控系统的轻载、中载和重载负载范围；其中，本发明具体涉及的工作区间范围在如图6所示的转速-负载坐标系中标出；

步骤504：连接功率分析仪；

步骤505：调整目标电控系统，使其运行在低速轻载区(区域a)，保持转速和负载恒定，微调电控系统所用ld的大小，观察功率分析仪上显示的功率因素变化，确定功率因素最大时所对应的d轴电感值lda，记录lda和ld0之间的差δlda，并记录此时的电流值ida和iqa，计算

步骤506：调整目标电控系统，使其运行在高速轻载区(区域b)，保持转速和负载恒定，微调电控系统所用ld的大小，观察功率分析仪上显示的功率因素变化，确定功率因素最大时ld的值ldb，记录该ldb和ld0之间的差δldb，并记录此时的电流值idb和iqb，计算

步骤507：根据步骤505和步骤506中所记录的数据，拟合d轴电感修正值δld和总电流is之间的关系线δld(is)；

步骤508：将ld0+δld(is)作为实际的d轴电感，代入电控系统；

步骤509：调整目标电控系统，使其运行在低速重载区(区域c)，保持转速和负载恒定，调整电控系统所用lq的大小，观察功率分析仪上显示的功率因素变化，确定功率因素最大时lq的值lqc，记录该lqc和lq0之间的差δlqc，并记录此时的电流idc和iqc；

步骤510：调整目标电控系统，使其运行在高速轻载区(区域e)，保持转速和负载恒定，调整电控系统所用lq的大小，观察功率分析仪上显示的功率因素变化，确定功率因素最大时lq的值lqe，记录该lqe和lq0之间的差δlqe，并记录此时的电流ide和iqe；

步骤511：调整目标电控运行在高速重载区(区域f)，保持转速和负载恒定，调整电控系统所用lq的大小，观察功率分析仪上显示的功率因素变化，确定功率因素最大时lq的值lqf，记录该lqf和lq0之间的差δlqf，并记录此时的电流idf和iqf；

步骤512：根据步骤509-511记录的数据，分别拟合q轴电感参数的第一部分修正值δlq1与id之间关系线以及第二部分修正值δlq2与iq之间的关系线；

步骤513：将lq0+δlq1(iq)+δlq2(id)作为实际的q轴电感，代入电控系统。

为了进一步说明上述方法，步骤507中，d轴电感修正值和总电流的拟合方法为按直线拟合，其关系示意如图7所示，即d轴电感和总电流呈近似线性关系。将坐标点(isa,δlda)和(isb,δlda)分别代入，即可求解出直线方程以is为横坐标，δld为纵坐标的直线δld(is)，实际的带修正的电感值为ld0+δld(is)。

在步骤512中，q轴电感同时受id和iq的影响，其实际关系不仅非线性，而且存在较强的交叉饱和现象，但总体关系上，q轴电流的增加将增强q轴磁路的饱和，d轴弱磁电流的增加会一定程度减小q轴磁路的饱和，据此分别建立q轴电感和d轴电流、q轴电流的关系式，其示意如图8a和8b。

根据本发明的实施例，在步骤512中，q轴电感参数的第一部分修正值δlq1与iq之间的关系线拟合方法为直线拟合，取区域c记录的值δlqc和iqc，忽略idc。按坐标点(iqc，δlqc)解出过零点的直线δlq1(iq)。其示意如图8a所示。

步骤512中,q轴电感参数q轴电感参数的第二部分修正值δlq1与id之间的关系的拟合方式为直线拟合，首先，取区域e记录的值δlqe和ide，忽略iqe，得到坐标点(ide，δlqe)；其次，取区域f记录的值δlqf，idf和iqf，忽略iqf，得到坐标点(idf，δlqf)。求取e点和f点的平均坐标点((ide+idf)/2，(δlqf+δlqe)/2)，解除过零点的直线δlq1(id)的示意如图8b所示。其中，在步骤512中，忽略了电机工作在区域e的情况下的q轴电流，是因为在轻载工况下q轴电流较小而可以将其忽略。

关于上文实施例方法的实施，可以是以电控软件的形式结合硬件或处理器的配合来实现，相应地，本发明实施例提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述的方法。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请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、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

关于上文实施例方法的实施，还可以是由控制器来完成的，有鉴于此，本发明实施例还提供一种永磁同步电机的控制系统，该系统包括连接至永磁同步电机的控制器，该控制器可以执行上述的永磁同步电机的控制方法。

关于上述本发明实施例所提供的控制器和机器可读存储介质的更具体的技术方案和技术效果可以参照上文方法实施例的描述，相同内容在此不加以赘述。以及方法中所涉的步骤可以使用相应的电子/电气模块或单元来实现。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。

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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。