本发明涉及电机控制领域，尤其是涉及一种用于控制电机的方法、存储介质及设备。
背景技术
作为电动汽车的主要动力来源，在电机控制系统出现故障时，电机需要进入安全状态，以保证车辆受控并且不会对驾乘人员造成伤害。而当电机控制器出现硬件或软件故障，电机的输出异常时，输出制动转矩或者驱动转矩都是非常危险的。所以目前在电动汽车中，通常要求电机在进入安全状态之后，关闭转矩输出，使车辆处于惯性滑行状态，从而驾驶员可以将车驶离车道以寻求帮助。
在电机控制器故障失效的情况下，任何复杂的绝缘栅双极型晶体管igbt操作都可能是不可靠的。在电机控制器的功能安全开发中，一般会采用igbt三相六桥全部off的方式或者主动短路的方式切断电机的转矩输出。而主动短路操作的主要缺点是：在切换主动短路的过程中，会出现一个较大的瞬态电流，而在进入稳态之后，也会输出一定的制动转矩。
目前对主动短路进行优化的研究有：2017年9月公布的专利cn107124124a中，蒋建军提出了两个主动短路通道的办法，即将第一主动短路通道和第二主动短路通道分别连接不同的元件组，根据故障元件所在通道开通半导体开关管的上桥或者下桥以主动短路电机三相定子绕组。在主动短路之前，现将电机的转速降低到第一域值转速以内，避免半导体开关管反向耐压过高；在电机转速降低到第二域值转速时进入自由停车状态，此方法可以达到高速时良好制动且低速时防止制动扭矩突变的效果，提高主动短路操作的可靠性，但没有涉及主动短路瞬间产生的电流很大的问题。
2016年1月公布的专利cn105262059a中，凌欢提出的主动短路保护电路包括控制模块和逻辑电路。通过控制模块产生驱动使能信号和短路使能信号，逻辑电路在收到相应信号后，使三相输入线分别与六个功率开关器件的串联节点连接的三相电机短路，因此在电池出现短路、过压、过流、过热等故障时，可以通过将三相电机短路，使其与电池之间不再连通，这样即使三相电机会高速拖动也不会造成电池过压损坏。此方法通过增加保护电路，侧重于对电池电路故障的处理，而没有对主动短路瞬态过程进行优化。
2016年7月公布的专利cn105813882a中，博世公司提出了一种使电机从正常运行平缓更换到主动短路的方法，首先以被限定的方式下调电机的控制电压到预先给定值，然后再进行电机相端子的短接。这种方法可以避免太大的过电流，但是需要得知电机转子位置信息。
总之，针对目前技术中需要基于电机转子位置信息才能实现电机主动短路的瞬态电流降低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于控制电机的方法、存储介质及设备，以至少解决目前需要基于电机转子位置信息才能实现电机主动短路的瞬态电流降低的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于控制电机的方法，该方法包括如下步骤：
(1)确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
(2)基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
(3)将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
(4)在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
优选地，步骤(1)所述的负向电压分量具体通过如下方式确定：
(11)确定电机在α轴和β轴的电流分量iα和iβ；
(12)通过下式获取负向电压分量：
uα＝-rv*iα，
uβ＝-rv*iβ，
其中，uα为α轴负向电压分量，uβ为β轴负向电压分量，rv为设置的虚拟电阻，设置虚拟电阻能够在预定时间内使施加至电机的电流降低至预定值。
优选地，所述的虚拟电阻通过如下方式获得：获取电机转速ω，通过下式获取虚拟电阻rv：
其中，ld和lq分别为所述的电机d轴和q轴的电感参数，k为所述的虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率。
优选地，所述的虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率k通过下式获得：
k＝me-σt，
其中，m和σ为常参数，t为时间，e为自然常数。
优选地，步骤(2)基于所述的负向电压分量采用svpwm(空间矢量脉宽调制)方法获取用于控制逆变器的脉宽调制信号。
根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种用于控制电机的设备，该设备包括处理器和存储器，所述的存储器连接处理器，所述的存储器用于为所述处理器提供处理以下处理步骤的命令：
(1)确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
(2)基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
(3)将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
(4)在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
根据本公开的实施例的又一个方面，提供了一种用于控制电机的设备，该设备包括：
负向电压分量计算模块：用于确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
脉宽调制信号计算模块：用于基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
脉宽调制信号施加模块：用于将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
主动短路模块：用于在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过向电机施加负向电压分量，具体通过引入等效电阻实现，即实现了等效地在电机电阻上增加一个虚拟电阻，从而达到了准确及时减小电机主动短路电路中瞬态电流的目的，进而无需检测电机转子位置信息，解决了目前需要基于电机转子位置信息才能实现电机主动短路的瞬态电流降低的技术问题。
附图说明
图1为实施例1用于控制电机的方法的流程框图；
图2为实施例1中传统简单主动短路的d轴电流响应曲线和基于本发明的用于控制电机的方法的α轴电流响应曲线的对比图；
图3为实施例1中传统简单主动短路的q轴电流响应曲线和基于本发明的用于控制电机的方法的β轴电流响应曲线的对比图；
图4为实施例2用于控制电机的设备的结构框图示意图；
图5为实施例3用于控制电机的设备的结构框图示意图。
图中，400为实施例2中用于控制电机的设备，401为处理器，402为存储器，500为实施例3中用于控制电机的设备，501负向电压分量计算模块，502为脉宽调制信号计算模块，503为脉宽调制信号施加模块，504为主动短路模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：
空间矢量脉宽调制(简称：svpwm)，主要思想是指是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成pwm波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
实施例1
如图1所示，一种用于控制电机的方法，该方法包括如下步骤：
(1)确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
(2)基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
(3)将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
(4)在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
需要说明的是，选择控制外部电压的方式减小电机主动短路产生的过高瞬时电流的原因：
首先，通过对传统主动短路操作的瞬间电流进行分析，发现在d、q轴坐标系下，瞬态电流是一条逐渐收敛的椭圆螺旋曲线，并且传统主动短路操作的瞬态电流远远大于稳态短路电流，且该瞬态电流也远远大于绝缘栅双极型晶体管(igbt)的额定值，这就可能导致igbt被过电流击穿。为防止因主动短路所引起的igbt损毁，就需要采用可承受更大电流的igbt元件，而这会导致生产成本大大提高，这在工业生产领域是极不划算的。因此，寻找到能使瞬态电流降低的方法便显得尤为重要。
其次，分析主动短路的瞬态电流，在短路之后，电机d、q轴电流响应公式可近似表示为：
其中，i为电机电流，ld、lq分别代表d轴和q轴上的电感，ω是电机转速，ψf为磁链，rs为电机电阻。
因此，由电机主动短路状态下电流表达式可知，在进入主动短路之后，d、q轴电流的响应主要由稳态和瞬态两部分组成。其中，公式右边第二项为稳态部分，主要取决于电机本身的参数和电机的转速。右边第一项为瞬态部分。瞬态电流幅值的大小，主要取决于电机的电感和电阻以及进入主动短路瞬间的起始电流的大小；而电机的电阻和电感组成的时间常数，则共同决定了瞬态电流幅值的收敛速度。
此外，在实际情况中，出现故障的电机往往无法反馈位置信息，所以无法在d、q轴对电机进行控制。因此本方法在二相静止轴(α、β轴)上进行，即：将电机的abc三相电流通过clark变换到两相静止坐标系，对α、β轴给出控制电压分量，不需要电机转子位置信息。
综上所述，电机的电阻很大程度上影响了主动短路时瞬态电流幅值的收敛速度和稳态值，因此增大电阻值可以使瞬态电流迅速收敛到一个较小的值。基于此本发明提出了通过对电机施加负向控制电压分量减小主动短路时的瞬态电流幅值的方法，其等效于在电机电阻的基础上增加一个虚拟电阻。
从而，在电机主动短路时，本公开实施例所述的控制电机的方法通过控制外部电压的方式等效于接入一个使电机电阻在短时间内变大的虚拟电阻，同时能不依赖于电机转子位置进行控制，并且向母线电容充电时间非常短暂，使电机和igbt、母线电容等元件不会因为过电流和过压而损坏，从而进一步提高了电机系统的安全性。
进一步地，步骤(1)所述的负向电压分量具体通过如下方式确定：
(11)确定电机在α轴和β轴的电流分量iα和iβ；
(12)通过下式获取负向电压分量：
uα＝-rv*iα，
uβ＝-rv*iβ，
其中，uα为α轴负向电压分量，uβ为β轴负向电压分量，rv为设置的虚拟电阻，设置虚拟电阻能够在预定时间内使施加至电机的电流降低至预定值，设置虚拟电阻能够在预定时间内使施加至电机的电流降低至预定值。
需要说明的是，根据电流在α、β轴上的分量，得到在α、β轴上的控制电压分量，并直接利用上述控制电压分量对电机进行控制，其效果等效于在电机电阻的基础上加上虚拟电阻。这里需要说明的是，此处所述的虚拟电阻并不是一个真实存在的电阻，而是在对电机施加所述负向电压后，等效于在电机电阻的基础上所增加的电阻值。从而达到减小主动短路产生的瞬态电流的效果。
从而，通过控制电压分量外加在电机的主动短路上，控制主动短路中电流的减小幅度，进而达到保护电机的目的。
进一步地，虚拟电阻通过如下方式获得：获取电机转速ω，通过下式获取虚拟电阻rv：
其中，ld和lq分别为所述的电机d轴和q轴的电感参数，k为所述的虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率。
需要说明的是，电机故障的状态下，对电机进行主动短路，需要根据电机前一时刻转速计算出合适的虚拟电阻值。因为电机故障状态下有很大概率无法获得电机实时的转速信息，但是可以获取前一瞬间已知的电机转速，并利用前一瞬间已知的电机转速计算虚拟电阻值。
此外，由于电机本身电阻不会变，因此我们通过控制外部电压的方式来等效于在电机电阻基础上增加电阻值的方法。本发明是对电机接入负向控制电压，等效于在逆变器电路中接入了一个正值的电阻，即人为地接入“虚拟电阻”来在短时间内增大原电机的电阻值从而抑制过电流。
从而，基于已知的电机转速计算得到虚拟电阻的值，进而达到通过虚拟电阻值求得施加于两相静止坐标系上的负向电压分量的目的。
其中，虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率k通过下式获得：
k＝me-σt，
其中，m和σ为常参数，t为时间，e为自然常数。
需要说明的是，在主动短路外加电压过程中，反电动势会往母线充电，而如果充电时间过长，可能会将电容击穿。因此这个外加控制电压的时间不能太长，需要在一个较短的时间里将这个虚拟电阻逐渐降为零。其中，m和σ的值根据实际情况选取，从而通过调整m和σ的值可以实现对外加控制电压时间的控制，进而实现迅速减小主动短路中电流的目的。
进一步地，步骤(2)基于负向电压分量采用svpwm(空间矢量脉宽调制)方法获取用于控制逆变器的脉宽调制信号。
需要说明的是，svpwm方法利用负向电压分量的空间矢量控制逆变器的不同开关模式作适当的切换，从而生成三相脉冲宽度调制(pwm)波，进而产生正弦波电源输入电机的主动短路中。
从而，通过控制逆变器的脉宽调制信号的操作，实现了将负向电压分量转化为三相交流电的目的。
综上所示，本实施例的具体方法为：对产生故障的电机进行主动短路，同时根据电流在α、β轴上的分量，给出在电机的α、β轴上的负向控制电压分量，即虚拟地加上虚拟电阻，该电阻的加入能够很好地抑制瞬态电流，使电流迅速收敛到一个较小的值，通过减小过电流有效提高了电机和操控电路的使用寿命，并因此增加了总系统的可用性。此外，控制虚拟电阻从某一个值迅速减小至0，也防止了母线电容被过电压击穿。本方法有效地保护了igbt和电机，使它们不会因为过电流而损坏，更加充分利用了电机系统中的元件，进一步提高了电机系统的安全性并且降低成本。
基于上述方法流程，通过对一台4极内置式永磁同步电机仿真计算来展示本发明的效果。实验工况的选择主要考虑在实际情况下，车速较高时，车辆故障带来的危害更大，因此选取转速在8000rpm，切入电流id0为-300a，iq0为100a的情况，分别用传统简单主动短路方法和本发明中的加入虚拟电阻主动短路方法加以对比研究。
首先，建立电机控制系统的仿真模型，通过仿真绘制出传统简单主动短路电流曲线，以及虚拟电阻法的电流曲线，以验证本发明的有效性。
上述仿真结果如图2、图3所示，其中图2示出了传统简单主动短路的d轴电流响应曲线和基于本发明的用于控制电机的方法的α轴电流响应曲线的对比图，图3示出了传统简单主动短路的q轴电流响应曲线和基于本发明的虚拟电阻法的β轴电流响应曲线的对比图，其中id，iq分别是传统简单主动短路条件下d轴和q轴的电流，id1、iq1分别是基于本发明的用于控制电机的方法的主动短路条件下α轴和β轴的电流。
观察图2和图3可以发现，瞬态电流是一条逐渐收敛的椭圆螺旋曲线，且瞬态电流远远大于稳态短路电流。以图3为例，稳态电流为-500a左右，但瞬间的电流幅值可以达到超过-1500a，且要经过较长时间(0.06s)的震荡才能达到稳定。通过图2可以看出，采用虚拟电阻法后，瞬态过程中的电流幅值明显减小，同时更显著的是，电流仅仅经过0.01s就达到了稳定。
因此本方法能够很好的降低主动短路瞬态过程中的电流，使电机系统、igbt得到有效的保护，并提高系统的安全性，达到了预期的目的。
在本发明实施例中，通过向电机施加负向控制电压分量，达到了准确迅速减小电机主动电路中瞬态电流的目的，从而实现了等效地在电机电阻上增加一个虚拟电阻的技术效果，进而解决了需要电机转子位置信息才能实现电机主动短路的瞬态电流降低的技术问题。
本实施例提供了一种用于控制电机的存储介质，包括存储于存储介质中的程序，在所述的程序运行时由处理器执行上述用于控制电机的方法。
实施例2
如图4所示，一种用于控制电机的设备400，该设备包括处理器401和存储器402，存储器402连接处理器401，存储器402用于为所述处理器401提供处理以下处理步骤的命令：
(1)确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
(2)基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
(3)将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
(4)在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
步骤(1)所述的负向电压分量具体通过如下方式确定：
(11)确定电机在α轴和β轴的电流分量iα和iβ；
(12)通过下式获取负向电压分量：
uα＝-rv*iα，
uβ＝-rv*iβ，
其中，uα为α轴负向电压分量，uβ为β轴负向电压分量，rv为设置的虚拟电阻，设置虚拟电阻能够在预定时间内使施加至电机的电流降低至预定值。
虚拟电阻通过如下方式获得：获取电机转速ω，通过下式获取虚拟电阻rv：
其中，ld和lq分别为所述的电机d轴和q轴的电感参数，k为所述的虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率。
虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率k通过下式获得：
k＝me-σt，
其中，m和σ为常参数，t为时间，e为自然常数。
步骤(2)基于所述的负向电压分量采用svpwm(空间矢量脉宽调制)方法获取用于控制逆变器的脉宽调制信号。
实施例3
如图5所示，一种用于控制电机的设备500，该设备包括：
负向电压分量计算模块501：用于确定将要施加于电机α轴和β轴的负向电压分量，所述的α轴和β轴为与所述的电机的三相轴对应的二相静止轴；
脉宽调制信号计算模块502：用于基于所述的负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号，所述的逆变器用于向所述的电机提供三相交流电；
脉宽调制信号施加模块503：用于将所述的脉宽调制信号施加至所述的逆变器；
主动短路模块504：用于在预定时间之后，对所述的电机进行主动短路操作。
负向电压分量计算模块501包括第一子模块，用于按照以下操作确定所述负向电压分量：确定电机在α轴和β轴的电流分量iα和iβ，并通过下式获取负向电压分量：
uα＝-rv*iα，
uβ＝-rv*iβ，
其中，uα为α轴负向电压分量，uβ为β轴负向电压分量，rv为设置的虚拟电阻，设置虚拟电阻能够在预定时间内使施加至电机的电流降低至预定值。
负向电压分量计算模块501还包括第二子模块，用于通过以下方式计算虚拟电阻的电阻值：获取电机转速ω，通过下式获取虚拟电阻rv：
其中，ld和lq分别为所述的电机d轴和q轴的电感参数，k为所述的虚拟电阻的电阻值随时间减小的速率。
此外，负向电压分量计算模块501还包括第三子模块，用于通过以下方式计算虚拟电阻随时间减小的速率k通过下式获得：
k＝me-σt，
其中，m和σ为常参数，t为时间，e为自然常数。
脉宽调制信号施加模块503包括空间适量脉宽调制子模块，用于根据空间矢量脉宽调制(svpwm)的方法，基于所述负向电压分量计算用于控制逆变器的脉宽调制信号。
从而，通过本实施例的技术方案，利用向电机施加负向控制电压分量，实现了等效地在电机电阻上增加一个虚拟电阻的技术效果，从而达到了准确迅速减小电机主动电路中瞬态电流的目的，进而解决了需要电机转子位置信息才能实现电机主动短路的瞬态电流降低的技术问题。
在本发明的描述中，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
此外，上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。