电机的弱磁控制方法及电机与流程

本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种电机的弱磁控制方法及电机。

背景技术：

当电机工作于可变的转矩和转速状态下，向电机输入电压最大，且电机的转矩为额定转矩时，电机对应的转速为基速。在基速以上，若保持磁通不变，电机的反电势将大于最大输入电压，致使电机定子绕组的电流反向流动。此时，需要弱磁控制限制过大的反电势，即背景技术中，电机的弱磁控制中，多采用查表法获取d轴电流的弱磁量。具体为，将不同转速时的弱磁量以转速增大的顺序排列为数组，当电机转速超过设定值进入弱磁控制后，根据目标转速提取数组中的对应的弱磁量。在查表法中，由于选择的弱磁量仅与当前转速有关，但是在电机转速相同而负载不同时选择了相同的弱磁量，导致弱磁量不合适，如果弱磁量过大将导致能耗增加，如果弱磁量过小，将影响电机的运行效率。

技术实现要素：

本发明提供一种电机的弱磁控制方法及电机，以实现根据负载的不同而不同获取更精确的弱磁量，使电机工作在合适的范围内。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机的弱磁控制方法，包括：

确认电机运行满足弱磁条件时；

得到所述电机运行时的弱磁量idfw，所述弱磁量idfw根据所述电机的目标速度ωref和实际速度ω得到，或者所述弱磁量idfw根据所述电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到；

根据所述弱磁量idfw和所述电机的第一目标d轴电流idref1，得到第二目标d轴电流idref2；

根据所述电机的目标q轴电流iqref和所述第二目标d轴电流idref2得出所述电机的目标三相电压；

控制将所述目标三相电压输入给所述电机。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机，所述电机通过控制装置控制，所述控制装置包括：

确认模块，用于确认电机运行满足弱磁条件；

弱磁量获取模块，用于根据所述电机的目标速度ωref和实际速度ω获取弱磁量idfw，或者根据所述电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc获取弱磁量idfw；

目标d轴电流获取模块，用于根据所述弱磁量idfw和所述电机的第一目标d轴电流idref1，得到第二目标d轴电流idref2；

电压获取模块，用于根据所述电机的目标q轴电流iqref和所述第二目标d轴电流idref2得到所述电机的目标三相电压；

电压输入模块，用于控制将所述目标三相电压输入给所述电机。

本发明实施例通过得到电机运行时的弱磁量idfw，该弱磁量idfw根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到，或者该弱磁量idfw根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到，采用上述方法得到的弱磁量idfw根据电机实际的运行状态确定，得到的结果更加精确，可以根据负载的不同而不同，有利于使得电机工作在合适的范围内，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的又一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的又一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的又一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的又一种电机的弱磁控制方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种电机的控制装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电机的控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电机的弱磁控制方法的流程图，本发明实施例可适用于永磁同步电机和无刷直流电机的弱磁控制方法。如图1所示，该弱磁控制方法具体包括如下步骤：

步骤s110、确认电机运行满足弱磁条件时。

该弱磁条件指的是，需要对电机进行弱磁控制时电机运行所满足的条件。弱磁控制是指，当电机运行在基速以上时，若三相电桥为电机提供的最大电压不足以满足电机在旋转过程中产生的反电势，则需要通过削弱气隙磁链的方法限制过大的反电势，从而在不改变电机输入最大电压的基础上保持电机高速运行。

步骤s120、得到电机运行时的弱磁量idfw，弱磁量idfw根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到，或者弱磁量idfw根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到。

其中，电机的目标速度ωref是在电机的控制过程中，预设的电机所要达到的速度值；电机的实际速度ω可以通过编码器测量或速度估算器得出。电机的负载不同会引起电机的目标速度ωref和实际速度ω的差值不同，使得电机需要的弱磁量idfw也不同。因此，通过目标速度ωref和实际速度ω得到的弱磁量idfw更加精确。电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq可以是在上一个采样间隔期间获取得到的。三相电桥是把直流电能转变成交流电，与电机的定子直接电连接的装置。三相电桥的母线电压vdc是指三相电桥的输入端接入的直流电源电压值，通过控制三相电桥的开关状态，三相电桥可以将该直流母线电压vdc转换为满足电机运行条件的交流电压。根据上一个采样间隔期间电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq可以得到电机需要的相电压值，而根据三相电桥的母线电压vdc可以得到电机实际可以获得的相电压值。电机需要的相电压值和实际可以获得的相电压值不同，电机需要的弱磁量idfw也就不同。因此，通过目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到的弱磁量idfw更加精确。

步骤s130、根据弱磁量idfw和电机的第一目标d轴电流idref1，得到第二目标d轴电流idref2。

其中，第二目标d轴电流idref2可以是，第一目标d轴电流idref1与弱磁量idfw的和。

步骤s140、根据电机的目标q轴电流iqref和第二目标d轴电流idref2得到电机的目标三相电压。

步骤s160、控制将目标三相电压输入给电机。

经过步骤s130根据电机实际的运行条件得到的第二目标d轴电流idref2，可以更精确地得出电机定子需要输入的三相电压，使得电机的能耗更低或运行效率更高。

本发明实施例通过得到电机运行时的弱磁量idfw，该弱磁量idfw根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到，或者该弱磁量idfw根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到，采用上述方法得到的弱磁量idfw根据电机实际的运行状态确定，得到的结果更加精确，可以根据负载的不同而不同，有利于使得电机工作在合适的范围内，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

针对图1中步骤110的实现方式有多种，具体的，在上述技术方案的基础上，图2和图3示出了其中两种实现方式。下面参见图2，作为步骤s110的一种实施方式，步骤s110可以是具体包括至少一次确认步骤，图2示例性地示出了一次确认步骤，该确认步骤包括如下步骤：

步骤s111、根据电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq，得到电机的目标电压有效值vs。例如，可以通过公式

得到电机的目标电压有效值vs。目标电压有效值vs的大小示出了需要向电机的定子端提供的电压的大小。

步骤s112、根据在当前工况下电机的目标电压有效值vs与实际相电压最大值vmax得到第一比较值，且第一比较值大于或者等于第一预设值k，第一预设值k介于在电机的额定工况下目标电压有效值vs与相电压最大值vmax之比到1之间。例如，第一比较值和第一预设值k的关系可以是满足如下公式

其中，实际相电压最大值vmax示出了实际能提供给电机的定子端提供的电压的大小。当目标电压有效值vs的值大于k倍的实际相电压最大值vmax时，则需要考虑对电机进行弱磁控制。上式表明，当需要对电机进行强保护时，第一预设值k的取值越小，可以使电机运行越容易满足弱磁条件；相反，可以使电机运行越不容易满足弱磁条件。在实际的电机控制过程中，可以根据电机系统的需要合理调整第一预设值k的取值，因此，本实施例提供的电机的弱磁控制方法具有更强的灵活性和适应性。可选地，第一预设值k的取值范围为0.85<k<1，第一预设值k的取值这样设置使得电机的能耗更低或效率更高。

可选地，继续参见图2，若确认电机运行不满足弱磁条件，则执行步骤s150，保持第一目标d轴电流idref1，这样设置与继续调整该第一目标d轴电流idref1相比更加有利于电机的稳定运行。

下面参见图3，作为步骤s110的另一种实施方式，步骤s110还可以是具体包括至少一次确认步骤，图3示例性地示出了一次确认步骤，该确认步骤包括：

根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到第二比较值，第二比较值大于或者等于第二预设值m，第二预设值m介于电机允许的波动的极限值和0.3之间。例如，第二比较值和第二预设值m的关系可以是满足如下公式

其中，电机的负载越大，会引起目标速度ωref和实际速度ω的偏差越大，当该偏差达到一定的阈值时，则需要考虑对电机进行弱磁控制。上式表明，当需要对电机进行强保护时，第二预设值m的取值越小，电机运行越容易满足弱磁条件；相反，电机运行越不容易满足弱磁条件。在实际的电机控制过程中，可以根据电机系统的需要合理调整第二预设值m的取值，因此，本技术方案提供的电机的弱磁控制方法具有更强的灵活性和适应性。第二预设值m的取值这样设置有利于使得电机工作在合适的范围内，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

在上述各技术方案的基础上，确认电机运行满足弱磁条件还包括：连续两次以上的确认步骤。确认电机运行满足弱磁条件这样设置可以防止误判断，进一步提高弱磁控制的准确性和电机的稳定运行。

针对图1中步骤120的实现方式有多种，具体的，在上述技术方案的基础上，图4和图5示出了其中两种实现方式。下面参见图4，作为步骤s120的一种实施方式，步骤s120可以具体是：根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到电机运行时的弱磁量idfw。例如，可以根据公式

得到电机运行时的弱磁量idfw；式中，t为采样间隔；kp为比例项系数；ki为积分项系数。在实际的电机控制过程中，可以根据电机系统的需要合理调整采样间隔t、比例项系数kp和积分项系数ki的值的取值。其中，减小采样间隔t可以增大电机的控制精度；根据电机运行的调节速率和过调振荡的情况来调整比例项系数kp和积分项系数ki的大小，比例项系数kp和积分项系数ki的值越小越不容易超调，电机的运行越稳定，然而会使得调节时间越慢，电机的响应速度越慢；反之，比例项系数kp和积分项系数ki的值越大，会使得调节速率越快，电机的响应速度更快，然而容易超调，电机运行不稳定，甚至产生振荡。本技术方案提供的电机的弱磁控制方法具有更强的灵活性和适应性。另外，根据前述分析，电机的负载不同会引起目标速度ωref和实际速度ω产生的偏差不同，对电机进行弱磁控制的控制量idfw也不同，该技术方案直接对目标速度ωref和实际速度ω的偏差进行确定，从系统角度更加直观地反应了需要的弱磁量idfw的大小，因此，能够得到更加精确地弱磁量idfw的大小，使得电机运行在高效的状态下。

下面参见图5，作为步骤s120的另一种实施方式，步骤s120还可以是具体包括：得到电机运行时的弱磁量idfw，弱磁量idfw根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到。

具体为，根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq、额定相电流idlimt、母线电压vdc和第三预设值g得到弱磁量idfw，其中，第三预设值g根据电机在最大负载tmax和额定转速ωn时的基础弱磁量idbase的大小预设。额定相电流idlimt和第三预设值g的设置可以使弱磁量idfw的获得可以根据电机本身的参数进行调整，针对不同的电机适应性调整弱磁量idfw使得得到结果更加精确，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

例如，还可以根据如下公式

得到电机运行时的弱磁量idfw。式中，表示的是实际相电压最大值vmax，目标d轴电压vd和目标q轴电压vq的方和根表示的是目标电压有效值vs。由前述分析可知，实际相电压最大值vmax比目标电压有效值vs小是需要进行弱磁控制的直接原因，因此，利用其得到弱磁量idfw从算法上具有即时性，能够更加精确地得到弱磁量idfw的大小，使得电机运行在低能耗或高效的状态下。

图6为本发明实施例提供的又一种电机的弱磁控制方法的流程图，在上述各技术方案的基础上，作为步骤s140的一种实施方式，步骤s140具体包括：

步骤s141、根据电机的目标速度ωref，得到电机的目标q轴电流iqref。

其中，电机的目标q轴电流iqref可以由目标速度ωref和实际速度ω经过pi调节(即比例积分调节)得到。

步骤s142、根据电机的目标q轴电流iqref、第二目标d轴电流idref2、实际q轴电流iqs和实际d轴电流ids，得到目标d轴电压vd和目标q轴电压vq。

其中，电机的目标d轴电压vd可以由第二目标d轴电流idref2和实际d轴电流ids经过pi调节得到；目标q轴电压vq可以由目标q轴电流iqref和实际q轴电流iqs经过pi调节得到。

步骤s143、根据电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq，得到电机的目标三相电压。

在得出两相旋转坐标系下电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq后，经过park逆变换将目标d轴电压vd和目标q轴电压vq变换为两相静止坐标系下电机的目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ，而后再经过clark逆变换将目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ变换为三相坐标系下电机需要的a相电压va、b相电压vb和c相电压vc，从而控制三相电桥为电机提供精确的电压波形，使得电机运行在能耗较低或效率较高的状态下。

图7为本发明实施例提供的一种电机的控制装置的结构示意图，本实施例可适用于永磁同步电机和无刷直流电机的控制装置，如图7所示，该控制装置的具体结构如下：

确认模块410，用于确认电机运行满足弱磁条件。

弱磁量获取模块420，用于根据电机的目标速度ωref和实际速度ω获取弱磁量idfw，或者根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc获取弱磁量idfw。

目标d轴电流获取模块430，用于根据弱磁量idfw和电机的第一目标d轴电流idref1，得到第二目标d轴电流idref2。

电压获取模块440，用于以根据电机的目标q轴电流iqref和第二目标d轴电流idref2得到电机的目标三相电压。

电压输入模块450，用于控制将目标电压输入给电机。

本发明实施例通过得到电机运行时的弱磁量idfw，该弱磁量idfw根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到，或者该弱磁量idfw根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc得到，采用上述方法得到的弱磁量idfw根据电机实际的运行状态确定，结果更加精确，可以根据负载的不同而不同，有利于使得电机工作在合适的范围内，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

针对图7中确认模块410的实现方式有多种，下面就其中两种进行说明，具体的，在上述技术方案的基础上，作为确认模块410的一种实施方式，确认模块410可以是具体用于执行至少一次确认步骤，该确认步骤包括：

根据电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq，获取电机的目标电压有效值vs。

根据电机的目标电压有效值vs与实际相电压最大值vmax得到第一比较值，且第一比较值大于或者等于第一预设值k，以确认电机运行满足弱磁条件。

其中，第一预设值k介于在所述电机的额定工况下目标电压有效值vs与相电压最大值vmax之比到1之间。在实际的电机控制过程中，可以根据电机系统的需要合理调整第一预设值k的取值，因此，本实施例提供的电机的弱磁控制方法具有更强的灵活性和适应性。可选地，第一预设值k的取值范围为0.85<k<1，第一预设值k的取值这样设置使得电机的能耗更低或效率更高。

作为确认模块410的另一种实施方式，确认模块410具体还用于执行至少一次确认步骤，该确认步骤包括：根据电机的目标速度ωref和实际速度ω得到第二比较值，第二比较值大于或者等于第二预设值m，且第二预设值m介于电机允许的波动的极限值和0.3之间。第二预设值m的取值这样设置有利于使得电机工作在合适的范围内，有利于降低能耗或提高电机的运行效率。

在上述各技术方案的基础上，确认模块410还用于执行连续两次以上的确认步骤，以确认所述电机运行满足弱磁条件。确认模块410这样设置可以防止误判断，进一步提高电机弱磁控制的准确性。

针对图7中弱磁量获取模块420的实现方式有多种，下面就其中两种进行说明，具体的，在上述各技术方案的基础上，作为弱磁量获取模块420的一种实施方式，弱磁量获取模块420具体用于根据公式

得到弱磁量idfw；其中，t为采样间隔；kp为比例项系数；ki为积分项系数。在实际的电机控制过程中，可以根据电机系统的需要合理调整采样间隔t、比例项系数kp和积分项系数ki的值的取值，因此，本技术方案提供的电机的弱磁控制方法具有更强的灵活性和适应性。另外，从系统角度更加直观地反应了需要的弱磁量idfw的大小，因此，能够更加精确地得到弱磁量idfw的大小，使得电机运行在低能耗和高效的状态下。

作为弱磁量获取模块420的另一种实施方式，弱磁量获取模块420还可以具体用于根据目标d轴电压vd、目标q轴电压vq、母线电压vdc、额定相电流idlimt和第三预设值g得到弱磁量idfw；其中，第三预设值g为根据电机在最大负载tmax和额定转速ωn时的基础弱磁量idbase的大小得到。例如，还可以根据公式

得到弱磁量idfw。额定相电流idlimt和第三预设值g的设置可以使弱磁量idfw可以根据电机本身的参数进行调整，针对不同的电机适应性调整弱磁量idfw使得获得的结果更加精确，有利于电机的能耗更低或效率更高。

在上述各技术方案的基础上，电压获取模块440包括：

q轴电流获取单元，用于根据电机的目标速度ωref，获取目标q轴电流iqref。其中，电机的目标q轴电流iqref可以由目标速度ωref和实际速度ω经过pi调节得到。

d、q轴电压获取单元，用于根据电机的目标q轴电流iqref、第二目标d轴电流idref2、实际q轴电流iqs和实际d轴电流ids，获取目标d轴电压vd和目标q轴电压vq。其中，电机的目标d轴电压vd可以由第二目标d轴电流idref2和实际d轴电流ids经过pi调节得到；目标q轴电压vq可以由目标q轴电流iqref和实际q轴电流iqs经过pi调节得到。

三相电压获取单元，用于根据电机的目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和三相电桥的母线电压vdc，获取电机的目标三相电压。在得出电机的目标d轴电压vd和目标q轴电压vq后，经过park逆变换将目标d轴电压vd和目标q轴电压vq转换为两相静止坐标系下电机的目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ，而后再经过clark逆变换将目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ转换为三相坐标系下，电机需要的a相电压va、b相电压vb和c相电压vc。三相电桥的控制器根据电机需要的a相电压va、b相电压vb、c相电压vc以及母线电压vdc，可以采用同步调制或异步调制的方法，得出三相电桥的开关器件的通断方式，从而为电机提供精确的电压波形，使得电机运行在能耗较低或效率较高的状态下。

图8为本发明实施例提供的一种电机的控制方法示意图，在上述各技术方案的基础上，对电机610的具体控制方法为：检测电机610的a相电流ia和b相电流ib，由于

ia+ib+ic＝0

可以得到c相电流ic的值。三相电流ia、ib和ic经过clark变换620变换为两相静止坐标系下的α相电流iα和β相电流iβ。α相电流iα和β相电流iβ继而经过park变换630变换为两相旋转坐标系下的d相电流ids和q相电流iqs。α轴电压vα、β轴电压vβ、α相电流iα和β相电流iβ经过位置和速度估算640得出电机610的实际速度ω和当前的位置θ。然后，参见步骤s120，得出电机运行时的弱磁量idfw。参见步骤s130，根据该弱磁量idfw调整电机的第一目标d轴电流idref1。参见步骤s141，由上位机发送的目标速度ωref与实际速度ω的偏差经pi调节650可以得到目标q轴电流iqref。参见步骤s142，电机610的目标d轴电压vd可以由第二目标d轴电流idref2和实际d轴电流ids经过pi调节670得到；目标q轴电压vq可以由目标q轴电流iqref和实际q轴电流iqs经过pi调节660得到。参见步骤s143，目标d轴电压vd、目标q轴电压vq和位置θ经过park逆变换680变换为两相静止坐标系下电机的目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ，而后再经过clark逆变换690将目标α轴电压vα和目标β轴电压vβ变换为三相坐标系下电机需要的a相电压va、b相电压vb和c相电压vc。参见步骤s160，三相电桥700的控制器根据电机610需要的a相电压va、b相电压vb、c相电压vc以及母线电压vdc，可以采用同步调制或异步调制的方法，得出三相电桥700的开关器件的通断方式，从而将a相电压va、b相电压vb和c相电压vc输入给电机610，为电机610提供精确的电压波形，使得电机运行在能耗较低或效率较高的状态下。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。