一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法及装置与流程

本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术：
：近年来，新能源电动汽车逐渐发展起来。说到电动汽车，其最为关键部分就是动力系统部分，而动力系统部分最为关键不外乎电机与电驱这两大部件。永磁同步电机(pmsm)凭借着其功率密度高、可靠性高、效率高等特性逐步取代异步电机在电动车上得到了广泛的应用。而说到pmsm不得不提的就是其弱磁扩速特性。由于逆变器直流侧电压达到最大值后会引起电流调节器的饱和，为了获得较宽的调速范围，在基速以上高速运行时实现恒功率调速，需要对pmsm进行弱磁控制。pmsm弱磁控制的思想源自他励直流电动机的调磁控制，当他励直流电动机端电压达到最大电压时，只能通过降低电动机的励磁电流，改变励磁磁通，在保证电压平衡的条件下，使电动机能恒功率运行于更高的转速。也就是说，他励直流电动机可以通过降低励磁电流达到弱磁扩速的目的。对于pmsm而言，励磁磁动势因永磁体产生而无法调节，只能通过调节定子电流，达到弱磁扩速的目的。但现有动态弱磁方案中，存在弱磁后的d轴电流和q轴电流在电压极限椭圆以外，出现弱磁失效的问题。技术实现要素：本申请实施例要解决的是存在弱磁后的d轴电流和q轴电流使得在电压极限椭圆以外，出现弱磁失效的技术问题。为解决上述技术问题，一方面，本申请实施例提供了一种一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法，该方法包括：获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；若调制系数大于等于调制阈值，基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。另一方面提供了一种动态弱磁装置，该装置包括：调制系数获取模块，用于获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；调节后的调制系数确定模块，用于若调制系数大于等于调制阈值，基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；当前d轴和q轴电流值获取模块，用于获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；调节后的d轴和q轴电流值确定模块，用于根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；限制后的d轴和q轴电流值确定模块，用于根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；逆变单元输出的电压值确定模块，用于根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。另一方面提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现执行以实现如上述的应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法。另一方面提供了一种存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现执行以实现如上述的应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法。采用上述技术方案，本申请实施例提供一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法、装置、电子设备及存储介质具有如下有益效果：获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；若调制系数大于等于调制阈值，基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。由于本申请实施例可以通过动态弱磁轨迹方程和电流限制公式将当前d轴电流值和当前q轴电流值控制在电压极限椭圆中，可以解决弱磁后的d轴电流和q轴电流在电压极限椭圆以外导致弱磁失效的问题。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请实施例提供的一种应用环境的示意图；图2是本申请实施例提供的一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法的流程示意图；图3是本申请实施例提供的一种pi调节器处理过程示意图图4是本申请实施例提供的一种动态弱磁电流轨迹示意图；图5是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁进入电流轨迹；图6是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁退出电流轨迹；图7是本申请实施例中提供的3500rpm/320nm的动态弱磁进入电流轨迹；图8是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁退出电流轨迹；图9是本申请实施例提供的一种动态弱磁装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种应用环境的示意图，包括逆变单元101、永磁同步电机102和处理器103；处理器103包括pi调节器1031；处理器103获取永磁同步电机102的调制系数，所述调制系数为与永磁同步电机102相匹配的逆变单元101输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；处理器103判断出所述调制系数大于等于调制阈值，基于所述调制系数确定pi调节器1031输出的调节后的调制系数；所述pi调节器与所述永磁同步电机相匹配；处理器103获取所述永磁同步电机102的当前d轴电流值和当前q轴电流值；处理器103根据所述调制后的调制系数、所述当前d轴电流值、所述当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；处理器103根据所述调节后的d轴电流值、所述调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；处理器103根据所述限制后的d轴电流值和所述限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。可选的，处理器103可以为终端、计算器或者设置于永磁同步电机102中，具有运算和控制功能的处理芯片。可选的，处理器103与逆变单元101之间的数据可以通过有线链路传输，也可以通过无线链路传输。通信链路类型的选择可以根据实际的应用情况和应用环境而定。可选的，逆变单元101与永磁同步电机102连接；处理器103与逆变单元101连接；处理器103与永磁同步电机102连接。动态运行过程中，调制系数会随之波动，若超过所能够承受的上限，便会导致逆变单元中的电流调节器饱和，逆变器中的电流调节器饱和，调至不出更大的弱磁电流，导致弱磁失效，为了避免调制系数达到所能承受的上限，所以我们需要设计一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法，以下介绍本申请一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法的具体实施例，图2是本申请实施例提供的一种应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法的流程示意图，本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图2所示，该方法可以包括：s201:获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；可选的，逆变单元与永磁同步电机连接，逆变单元又被称为逆变器。可选的，逆变单元用于将输入端的母线电压转化为输出端的线电压，用于将输出端的线电压供给永磁同步电机。其中，母线电压为直流电压，输出端的线电压为交流电压。逆变单元与永磁同步电机连接或者逆变单元设置于永磁同步电机内。s202:判断调制系数是否大于等于调制阈值，若是，则转至s203；于一种可选的实施方式中，调制阈值是根据永磁同步电机的转速的上升速度大于等于第一速度阈值或母线电压值的下降速度大于等于第二速度阈值时确定的调制系数。可选的，调制阈值是人为设置的调制系数，该调制系数为根据永磁同步电机的转速的上升速度大于等于第一速度阈值或母线电压值的下降速度大于等于第二速度阈值时确定的经验值。s203:基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种pi调节器处理过程示意图，如图3所示，通过控制系统反馈的调制系数，进行比例积分调节，设定值为1，最大限值limith为0，最小限值limitl为-1。当调制系数小于1时，经过比例积分调节出正值，经过限值后，输出调节系数piout为0，当调制系数大于1时，输出调节系数piout为负，最大值限值到-1。s204:获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；于一种可选的实施方式中，通过扭矩电流表获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值。s205:根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；于一种可选的实施方式中，动态弱磁轨迹方程为：isd*＝isd+(isd+imag)*ploht，isq*＝isq+isq*ploht；isd为当前d轴电流值，isq为当前q轴电流值；isd*为调节后的d轴电流值，isq*为调节后的q轴电流值，imag是电机的特征电流值，plout为基于调制系数通过pi调节器输出的调节后的调制系数。本申请实施例中，动态弱磁轨迹方程为在dq坐标系下，当前电流点到特征电流点的轨迹方程。s206:根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；于一种可选的实施方式中，电流限制公式为：isd2*为限制后的d轴电流值，isq2*为限制后的q轴电流值；imax为永磁同步电机的极限电流值。s207:根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。于一种可选的实施方式中，根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的相电压的占空比。于一种可选的实施方式中，逆变单元包含控制单元，用于接收确定的输出的相电压的占空比，然后根据确定的输出的相电压的占空比输出与之相对应的相电压。控制单元可以为芯片和与芯片相匹配的集成电路、电流调节器等。于一种可选的实施方式中，逆变单元包含控制单元，用于接收确定的输出的电压值，然后根据确定的输出的电压值输出与之相对应的相电压。控制单元可以为芯片和与芯片相匹配的集成电路、电流调节器等。请参阅图4，图4是本申请实施例提供的一种动态弱磁电流轨迹示意图，如图4所示：虚线是现有动态弱磁的电流轨迹方向，方案201是保证id(d轴电流值)不变，降低iq(q轴电流值)，轨迹向d轴移动，方案202是保证电流幅值(基于d轴电流值和q轴电流值确定的总电流值)不变，轨迹向d轴移动，方案203是向d轴上的特征电流点移动。在电机转速增加或者电压减小时，电压极限圆会减小，如图3中电压极限椭圆减小的方向所示，电压极限椭圆的中心点位置就是d轴上的特征电流点(-imag,0)，所以永磁同步电机在动态过程中，弱磁的最佳轨迹方向便是指向特征电流点，如图3中的方案203所示。方案201和方案202虽然能够起到一定的弱磁作用，但其弱磁响应速度相比方案203要慢，在电机工况动态变化过程中，方案203是最佳的方案。当电压极限椭圆缩小到图3中电压极限椭圆1以内，方案201弱磁后的电流处于电压极限椭圆1以外，故会引发弱磁失效。而且方案201弱磁的电流轨迹并非按照特征电流点方向，响应速度较慢。当电压极限椭圆缩小到图3中电压极限椭圆2以内，方案202弱磁后的电流处于电压极限椭圆2以外，故会引发弱磁失效。而且方案202弱磁的电流轨迹并非按照特征电流点方向，响应速度较慢。为测试动态弱磁功能，在半实物仿真(hil)台架上调节母线电压，达到调整电压极限椭圆的目的，请参阅图5，图5是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁进入电流轨迹，为3500rpm/200nm的动态弱磁的试验数据，当电压极限椭圆缩小，id(d轴电流)和iq(q轴电流值)的电流轨迹向特征电流点移动。恢复母线电压时，电流极限圆增大，id/iq电流轨迹从特征电流点恢复到正常位置，请参阅图6，图6是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁退出电流轨迹。请参阅图7，图7是本申请实施例中提供的3500rpm/320nm的动态弱磁进入电流轨迹。图7为3500rpm/320nm的动态弱磁的试验数据，当电压极限椭圆缩小，id(d轴电流)和iq(q轴电流值)的电流轨迹向特征电流点移动。恢复母线电压时，电流极限圆增大，id/iq电流轨迹从特征电流点恢复到正常位置，请参阅图8，图8是本申请实施例中提供的3500rpm/200nm的动态弱磁退出电流轨迹。下表1为3500rpm/200nm动态弱磁进入退出电流轨迹表，从表格中可以看出，当电压极限椭圆减小时，电流轨迹向特征电流点移动(本发明中试验电机的特征电流为564a)，当电压极限椭圆恢复，电流恢复正常。表13500rpm/200nm动态弱磁进入退出电流轨迹表序号id(归一)iq(归一)id(物理值a)iq(物理值a)1-0.67231.1184-2373942-0.83250.8598-2933033-1.10580.6213-3902194-1.29840.4138-4581465-1.37120.301-4841066-1.47460.1721-520607-1.57910.0248-55788-1.57910.0198-55769-1.49060.1888-5266610-1.37910.2788-4869811-1.27350.4153-44914612-1.11560.6446-39322713-0.8710.8512-30730014-0.67181.1181-237394下表2为3500rpm/320nm动态弱磁进入退出电流轨迹表，从表格中可以看出，当电压极限圆减小时，电流轨迹向特征电流点移动(本发明中试验电机的特征电流为564a)，当电压极限椭圆恢复，电流恢复正常。归一值＝物质值/基数下表2为3500rpm/320nm动态弱磁进入退出电流轨迹表序号id(归一)iq(归一)id(物理值a)iq(物理值a)1-1.21.5957-4245632-1.3511.1307-4773993-1.39920.858-4943034-1.48080.5973-5232115-1.54590.3366-5461196-1.59130.2082-562737-1.57910.0248-55798-1.59640.029-564109-1.56770.1783-5536310-1.47150.4697-51916611-1.46270.6034-51621312-1.440.8513-50830113-1.2971.1516-45840714-1.21.596-424563由上面的实验得出结论，本申请中设计的动态弱磁方案在电压极限椭圆动态变化过程中能够正确合理的调节电流轨迹，实现最佳的弱磁控制。本申请实施例中，动态变化过程中，无论电压极限椭圆如何变化，弱磁电流按照特征电流方向移动，都能够保证弱磁后的电流在电压极限椭圆以内。如此可以解决弱磁后的d轴电流和q轴电流在电压极限椭圆以外，出现弱磁失效的问题。本申请的实施例还提供了一种应用于永磁同步电机的动态弱磁装置，请参阅图9，图9是本申请实施例提供的一种动态弱磁装置的结构示意图，如图9所示，该装置可以包括：调制系数获取模块901，用于获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；调制系数确定模块902，用于若调制系数大于等于调制阈值，基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；电流获取模块903，用于获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；调节电流确定模块904，用于根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；限制电流确定模块905，用于根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；电压确定模块906，用于根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。本申请实施例中的装置与方法实施例基于同样的申请构思。本申请的实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现执行以实现上述的应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法。本申请的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现执行以实现上述的应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。由上述本申请提供的应用于永磁同步电机的动态弱磁控制方法、装置、电子设备及存储介质的实施例可见，本申请中获取永磁同步电机的调制系数，调制系数为与永磁同步电机相匹配的逆变单元输出端的线电压值与逆变单元输入端的母线电压值的比值；若调制系数大于等于调制阈值，基于调制系数确定pi调节器输出的调节后的调制系数；pi调节器与永磁同步电机相匹配；获取永磁同步电机的当前d轴电流值和当前q轴电流值；根据调制后的调制系数、当前d轴电流值、当前q轴电流值和动态弱磁轨迹方程确定动态弱磁调节后的d轴电流值和调节后的q轴电流值；根据调节后的d轴电流值、调节后的q轴电流值和电流限制公式确定限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值；根据限制后的d轴电流值和限制后的q轴电流值确定逆变单元输出的电压值。由于本申请实施例可以通过动态弱磁轨迹方程和电流限制公式将当前d轴电流值和当前q轴电流值控制在电压极限椭圆中，可以解决弱磁后的d轴电流和q轴电流在电压极限椭圆以外导致弱磁失效的问题。需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12