一种永磁同步电机的电流控制方法及装置与流程

本发明涉及无电解电容变频驱动技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的电流控制方法及装置。

背景技术：

随着社会的不断发展，空调的普及程度也越来越高，而空调的正常运行离不开压缩机电机，现在通常采用无电解电容驱动系统驱动电机运行。

在现有的无电解电容驱动系统中，为了防止电流给定值过大而导致电机退磁，通常会设置速度控制输出限制设定模块，以将速度控制的输出限制在一定范围内，但弱磁控制增加弱磁电流时，电流矢量仍然可能过大；但如果为防止电流过大而减小速度控制的输出限制，则会导致非弱磁模式下运行转矩达不到最大值。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种永磁同步电机的电流控制方法及装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种永磁同步电机的电流控制方法，所述永磁同步电机的电流控制方法包括：

接收母线电压、输入至一电机的相电流以及所述电机的运行参数；

依据所述相电流以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流；

依据所述母线电压、所述运行参数以及所述相电流确定d轴电流参考值；

依据所述d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值；

依据所述q轴转矩电流与所述实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值。

进一步地，所述依据所述q轴转矩电流与所述实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值的步骤包括：

当所述q轴转矩电流大于正的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为正的所述实际速度控制输出限幅值；

当所述q轴转矩电流小于负的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为负的所述实际速度控制输出限幅值；

当所述q轴转矩电流大于或等于负的所述实际速度控制输出限幅值且小于或等于正的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为所述q轴转矩电流。

进一步地，所述依据所述母线电压、所述运行参数以及所述相电流确定d轴电流参考值的步骤包括：

依据所述相电流计算电机转速实际值以及q轴电流；

依据所述母线电压、所述运行参数、所述电机转速实际值以及所述q轴电流确定d轴电流给定；

当所述d轴电流给定大于0时，确定所述d轴电流参考值为0；

当所述d轴电流给定小于或等于0时，确定所述d轴电流参考值为所述d轴电流给定。

进一步地，所述运行参数包括所述电机的d轴电感、q轴电感、转子磁链以及转子角速度，所述依据所述母线电压、所述运行参数、所述电机转速实际值以及所述q轴电流确定d轴电流给定的步骤包括：

通过算式计算所述d轴电流给定，其中，id_ref_0为d轴电流给定，ld为d轴电感，lq为q轴电感，ψ为转子磁链，um为最大电压矢量，iq为q轴电流，ωr为转子角速度，um＝ηudc，um为最大电压矢量，udc为母线电压，η为预设定的电压利用系。

进一步地，所述依据所述d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值的步骤包括：

通过算式计算所述实际速度控制输出限幅值，其中，所述it_ref_limt为实际速度控制输出限幅值，所述it_ref_limt_set为预设定的速度控制输出限幅值，所述id_ref为述d轴电流参考值。

第二方面，本发明还提供了一种永磁同步电机的电流控制装置，所述永磁同步电机的电流控制装置包括：

参数接收单元，用于接收母线电压、输入至一电机的相电流以及所述电机的运行参数；

d轴电流参考值确定单元，用于依据所述母线电压、所述运行参数以及所述相电流确定d轴电流参考值；

限幅值确定单元，用于依据所述d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值；

q轴转矩电流确定单元，用于依据所述相电流以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流；

q轴电流参考值确定单元，用于依据所述q轴转矩电流与所述实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值。

进一步地，所述q轴电流参考值确定单元用于当所述q轴转矩电流大于正的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为正的所述实际速度控制输出限幅值；

所述q轴电流参考值确定单元还用于当所述q轴转矩电流小于负的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为负的所述实际速度控制输出限幅值；

所述q轴电流参考值确定单元还用于当所述q轴转矩电流大于或等于负的所述实际速度控制输出限幅值且小于或等于正的所述实际速度控制输出限幅值时，确定所述q轴电流参考值为所述q轴转矩电流。

进一步地，所述d轴电流参考值确定单元包括：

计算子单元，用于依据所述相电流计算电机q轴电流；

d轴电流给定确定子单元，用于依据所述母线电压、所述运行参数以及所述q轴电流确定d轴电流给定；

d轴电流参考值确定子单元，用于当所述d轴电流给定大于0时，确定所述d轴电流参考值为0；

所述d轴电流参考值确定子单元还用于当所述d轴电流给定小于或等于0时，确定所述d轴电流参考值为所述d轴电流给定。

进一步地，所述限幅值确定单元用于通过算式计算所述实际速度控制输出限幅值，其中，所述it_ref_limt为实际速度控制输出限幅值，所述it_ref_limt_set为预设定的速度控制输出限幅值，所述id_ref为述d轴电流参考值。

进一步地，所述限幅值确定单元用于通过算式计算所述实际速度控制输出限幅值，其中，所述it_ref_limt为实际速度控制输出限幅值，所述it_ref_limt_set为预设定的速度控制输出限幅值，所述id_ref为述d轴电流参考值。

相对于现有技术，本发明的永磁同步电机的电流控制方法及装置具有以下优势：依据接收到的母线电压、输入至一电机的相电流以及电机的运行参数确定q轴转矩电流、d轴电流参考值，接着依据d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值；再依据q轴转矩电流与实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值，以此实现对永磁同步电机的电流控制；由于在计算实际速度控制输出限幅值的过程中，把弱磁电流引入反馈，从而可在弱磁状态下，根据弱磁电流的大小调节实际速度控制输出限幅值，使得q轴电流参考值不超过预设定的速度控制输出限幅值的同时，也能避免由于弱磁电流增大而导致电机退磁的情况，从而即使电流增大也仍能保证对速度控制的输出限制，同时也能保证在弱磁状态下运行转矩可顺利达到最大。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的无电解电容变频驱动系统的电路结构框图。

图2示出了本发明实施例提供的无电解电容变频驱动系统的电路图。

图3示出了本发明实施例提供的永磁同步电机的电流控制方法的流程图。

图4示出了图3中步骤s302的具体流程图。

图5示出了图3中步骤s304的具体流程图。

图6示出了图3中步骤s305的具体流程图。

图7示出了本发明实施例提供的永磁同步电机的电流控制装置的功能模块图。

图8示出了图7中d轴电流参考值确定单元的具体模块框图。

图标：100-无电解电容变频驱动系统；110-参数采集模块；120-驱动模块；130-电机；140-脉宽调制模块；150-控制模块；200-永磁同步电机的电流控制装置；210-参数接收单元；220-d轴电流参考值确定单元；221-计算子单元；222-d轴电流给定确定子单元；223-判断子单元；224-d轴电流参考值确定子单元；230-限幅值确定单元；240-q轴转矩电流确定单元；250-q轴电流参考值确定单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，示出了本发明实施例提供的无电解电容变频驱动系统100的电路结构框图。该无电解电容变频驱动系统100包括参数采集模块110、驱动模块120、脉宽调制模块140、控制模块150以及电机130。驱动模块120与电机130、参数采集模块110、脉宽调制模块140均电连接，脉宽调制模块140与控制模块150电连接。

其中，参数采集模块110用于采集输入电压、输入至一电机130的相电流以及电机130的运行参数，并将输入电压、输入至电机130的相电流以及电机130的运行参数传输至控制模块150。

请参阅图2，本发明实施例提供的无电解电容变频驱动系统100的电路图。无电解电容变频驱动系统100包括电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路。其中，电源电路、整流电路、升压电路、直流母线电容以及逆变电路依次电连接，逆变电路与控制模块150电连接。

其中，电源电路为电路提供交流电；整流电路用于将交流电变换为直流电；升压电路用于调整直流母线电容的电压值；直流母线电容用于过滤经整流电路整流后仍然存在的交流电；逆变电路与控制模块150电连接，用于在脉宽调制信号的控制下，输出电压至电机130，实现对电机130的控制。

控制模块150用于依据接收到的母线电压、输入至一电机130的相电流以及电机130的运行参数确定q轴转矩电流、d轴电流参考值，接着依据d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值；再依据q轴转矩电流与实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值；再基于d轴电流参考值、q轴电流参考值生成脉宽调制信号。

脉宽调制模块140用于响应脉宽调制信号而通过调整逆变电路的导通状态实现对电机130三相电压的控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

第一实施例

本发明实施例提供了一种永磁同步电机的电流控制方法，用于控制电流从而实现对电机130速度的控制。请参阅图3，为本发明实施例提供的永磁同步电机的电流控制方法的流程图。该永磁同步电机的电流控制方法包括：

步骤s301：接收母线电压、输入至电机130的相电流以及电机130的运行参数。

可以理解地，相电流、母线电压以及电机130的运行参数均为参数采集模块110采集并传输的；此外，在本实施例中，输入至电机130的相电流包括u相电流iu以及v相电流iv。

此外，运行参数包括电机130的d轴电感、q轴电感、转子磁链以及转子角速度。电机130的d轴电压、q轴电压分别指电机130当前运行状态下的直轴电压和交轴电压。

步骤s302：依据母线电压、运行参数以及相电流确定d轴电流参考值。

请参阅图4，为步骤s302的具体流程图。步骤s302包括：

子步骤s3021：依据相电流计算q轴电流。

首先通过u相电流iu以及v相电流iv计算w相电流iw：

iw＝-iu-iv

接着通过u相电流iu、v相电流iv以及w相电流iw计算α轴电流及β轴电流，公式如下所示：

iα＝iu

则q轴电流的计算公式为：

iq＝iβcosθ-iαsinθ

d轴电流的计算公式为：

id＝iαcosθ+iβsinθ

其中，θ为电机130转子永磁体磁链的角度，可通过传统的位置估算算法得出，其计算过程如下：

首先依据下述公式计算反电动势的d轴分量和q轴分量：

其中，估算角度与实际角度的误差

具体地，电机130转子永磁体磁链的角度由以下算式计算：

θ(n)＝θ(n-1)+δθ

子步骤s3022：依据母线电压、运行参数以及q轴电流确定d轴电流给定。

首先，通过母线电压计算最大电压矢量，其计算公式如下：

um＝ηudc

其中，udc为母线电压，η为预设定的电压利用系。

需要说明的是，电压利用系数与逆变电路的调制方式有关，因而一旦逆变电路确定，η便一定。此外，最大电压矢量为逆变电路能输出的最大的电压值。

在本实施例中，逆变电路采用svpwm调制方式，

接着，通过以下算式对d轴电流给定进行计算：

其中，id_ref_0为d轴电流给定，ld为d轴电感，lq为q轴电感，ψ为转子磁链，um为最大电压矢量，iq为q轴电流，ωr为转子角速度。

可以理解地，电机130的d轴电感、q轴电感、转子磁链以及转子角速度均为电机130的运行参数，在计算d轴电流给定时充分考虑电机130当前的运行状态，可以更加贴合电机130运行所需的电流。

子步骤s3023：判断d轴电流给定是否大于0，如果是，则执行子步骤s3024；如果否，则执行子步骤s3025。

子步骤s3024：确定d轴电流参考值为0。

当id_ref_0>0时，电机130运行所需的电压还未达到逆变电路输出的最大电压值，此时电机130的输入电流可继续跟踪d轴电流给定给定量，因而此时无需进行弱磁控制，因而id_ref＝0。

子步骤s3025：确定d轴电流参考值为d轴电流给定。

当id_ref_0≤0时，电机130运行所需的电压已经超过逆变电路输出的最大电压值，此时需对电机130进行弱磁控制，以增加高速时电机130的转矩输出能力，因而id_ref＝id_ref_0。

步骤s303：依据d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值。

具体地，通过以下算式计算实际速度控制输出限幅值：

其中，it_ref_limt为实际速度控制输出限幅值，it_ref_limt_set为预设定的速度控制输出限幅值，id_ref为d轴电流参考值。

可以理解地，由于d轴电流参考值与电机130的运行状态相关，因而基于d轴电流参考值计算得出的实际速度控制输出限幅值也满足电机130的实际运行状况，更符合实际应用场景，避免设定单一不变的速度控制输出限幅值造成的问题。

步骤s304：依据相电流以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流。

请参阅图5，为步骤s304的具体流程图。步骤s304包括：

子步骤s3041：依据相电流计算电机转速实际值。

具体地，通过子步骤s3021中提到的电机130转子永磁体磁链的角度计算电机转速实际值，则电机转速实际值可通过以下算式计算：

子步骤s3042：依据电机转速实际值以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流。

具体地，可通过以下算式对q轴转矩电流进行计算：

it_ref_0＝kp1*(wr_ref-wr)+ki1*∫(wr_ref-wr)dt

其中，it_ref_0为q轴转矩电流，wr_ref为预设定的电机转速参考值，wr为电机转速实际值，kp1为预设定的第一比例系数，ki1为预设定的第一积分系数。

步骤s305：依据q轴转矩电流与实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值。

请参阅图6，为步骤s305的具体流程图。步骤s305包括：

子步骤s3051：判断q轴转矩电流是否大于或等于负的实际速度控制输出限幅值且小于或等于正的实际速度控制输出限幅值，如果是，则执行子步骤s3052；如果否，则执行子步骤s3053。

子步骤s3052：确定q轴电流参考值为q轴转矩电流。

可以理解地，当-it_ref_limt≤it_ref_0≤it_ref_limt时，q轴转矩电流并未超出限幅范围，因而此时输出的电流即q轴电流参考值保持不变，即iq_ref＝it_ref_0。

子步骤s3053：判断q轴转矩电流是否大于正的实际速度控制输出限幅值，如果是，则执行子步骤s3054；如果否，则执行子步骤s3055。

子步骤s3054：确定q轴电流参考值为正的实际速度控制输出限幅值。

可以理解地，当it_ref_0>it_ref_limt时，q轴转矩电流已经超出限幅范围的上限，因而此时输出的电流即q轴电流参考值为限幅范围的上限值，即it_ref＝it_ref_limt。

子步骤s3055：确定q轴电流参考值为负的实际速度控制输出限幅值。

可以理解地，当it_ref_0<-it_ref_limt时，q轴转矩电流已经超出限幅范围的下限，因而此时输出的电流即q轴电流参考值为限幅范围的下限值，即it_ref＝-it_ref_limt。

第二实施例

请参阅图7，图7为本发明较佳实施例提供的一种永磁同步电机的电流控制装置200的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的永磁同步电机的电流控制装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该永磁同步电机的电流控制装置200包括参数接收单元210、d轴电流参考值确定单元220、限幅值确定单元230、q轴转矩电流确定单元240以及q轴电流参考值确定单元250。

其中，参数接收单元210用于接收母线电压、输入至电机130的相电流以及电机130的运行参数。

可以理解地，在一种优选的实施例中，参数接收单元210可用于执行步骤s301。

d轴电流参考值确定单元220用于依据母线电压、运行参数以及相电流确定d轴电流参考值。

可以理解地，在一种优选的实施例中，d轴电流参考值确定单元220可用于执行步骤s302。

具体地，请参阅图8，d轴电流参考值确定单元220包括计算子单元221、d轴电流给定确定子单元222、判断子单元223以及d轴电流参考值确定子单元224。

其中，计算子单元221用于依据相电流计算q轴电流。

可以理解地，在一种优选的实施例中，计算子单元221可用于执行子步骤s3021。

d轴电流给定确定子单元222用于依据母线电压、运行参数以及q轴电流确定d轴电流给定。

可以理解地，在一种优选的实施例中，d轴电流给定确定子单元222可用于执行子步骤s3022。

判断子单元223用于判断d轴电流给定是否大于0。

可以理解地，在一种优选的实施例中，判断子单元223可用于执行步骤s3023。

d轴电流参考值确定子单元224用于当d轴电流给定大于0时，确定d轴电流参考值为0；d轴电流参考值确定子单元224还用于当d轴电流给定小于或等于0时，确定d轴电流参考值为d轴电流给定。

可以理解地，在一种优选的实施例中，d轴电流参考值确定子单元224可用于执行子步骤s3024以及子步骤s3025。

限幅值确定单元230用于依据d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值。

具体地，通过以下算式计算实际速度控制输出限幅值：

其中，it_ref_limt为实际速度控制输出限幅值，it_ref_limt_set为预设定的速度控制输出限幅值，id_ref为d轴电流参考值。

可以理解地，在一种优选的实施例中，限幅值确定单元230可用于执行子步骤s303。

q轴转矩电流确定单元240用于依据相电流以及预设定的电机转速参考值确定q轴转矩电流。

可以理解地，在一种优选的实施例中，q轴转矩电流确定单元240可用于执行步骤s304、子步骤s3041以及子步骤s3042。

q轴电流参考值确定单元250用于依据q轴转矩电流与实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值。

具体地，q轴电流参考值确定单元250用于当q轴转矩电流大于正的实际速度控制输出限幅值时，确定q轴电流参考值为正的实际速度控制输出限幅值；当q轴转矩电流小于负的实际速度控制输出限幅值时，确定q轴电流参考值为负的实际速度控制输出限幅值；当q轴转矩电流大于或等于负的实际速度控制输出限幅值且小于或等于正的实际速度控制输出限幅值时，确定q轴电流参考值为q轴转矩电流。

可以理解地，在一种优选的实施例中，q轴电流参考值确定单元250可用于执行步骤s305、子步骤s3051、子步骤s3052、子步骤s3053、子步骤s3054以及子步骤s3055。

综上所述，本发明的永磁同步电机的电流控制方法及装置依据接收到的母线电压、输入至一电机的相电流以及电机的运行参数确定q轴转矩电流、d轴电流参考值，接着依据d轴电流参考值以及预设定的速度控制输出限幅值计算实际速度控制输出限幅值；再依据q轴转矩电流与实际速度控制输出限幅值确定q轴电流参考值，以此实现对永磁同步电机的电流控制；由于在计算实际速度控制输出限幅值的过程中，把弱磁电流引入反馈，从而可在弱磁状态下，根据弱磁电流的大小调节实际速度控制输出限幅值，使得q轴电流参考值不超过预设定的速度控制输出限幅值的同时，也能避免由于弱磁电流增大而导致电机退磁的情况，从而即使电流增大也仍能保证对速度控制的输出限制，同时也能保证在弱磁状态下运行转矩可顺利达到最大。