永磁同步电机的控制方法及装置与流程

本申请涉及电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的控制方法及装置。

背景技术：

内埋式永磁同步电机具有效率高、易于控制和具有宽弱磁扩速能力等优点，在伺服、电动汽车等应用领域获得了越来越多的应用。

随着永磁同步电机驱动控制技术的发展，国内外学者提出了大量的控制技术以实现永磁电机高性能控制。无论是控制速度、位置，还是转矩控制，高动态响应和高精度控制目标的实现都需要用到精确的电机参数，但这些参数受温度、定子电流和磁通饱和等因素的影响变化很大，所以在实际的应用过程中，通过矢量控制、直接转矩控制永磁同步电机等方法，难以达到理论分析的效果。

因此，亟需一种提高对参数辨识的准确性的方法，从而实现对永磁电机的高性能控制。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种永磁同步电机的控制方法及装置，用于提高对参数辨识的准确性的方法，从而实现对永磁电机的高性能控制。

为实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种永磁同步电机的控制方法，包括：

获取永磁同步电机的定子的电流信号；其中，所述永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到；

提取所述永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量，并根据所述永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到所述永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感；

将所述负序电流分量输入至预设的锁相环中，由所述锁相环运算得到所述永磁同步电机的转子的初始位置信息；

利用所述转子初始位置信息以及所述永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对所述永磁同步电机进行控制。

可选的，所述永磁同步电机的定子的电流信号通过电流传感器对所述永磁同步电机的定子的电流信号进行检测得到。

可选的，所述提取所述永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量，包括：

将所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量转换为直流量；

将转换为直流量的正序电流分量，输入至高通滤波器，由所述高通滤波器过滤得到所述永磁同步电机的定子电流信号中的负序电流分量。

可选的，所述根据所述永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到所述永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，包括：

利用所述永磁同步电机的定子的交轴电感、与所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到所述永磁同步电机的定子的交轴电感；

利用所述永磁同步电机的定子的直轴电感、与所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到所述永磁同步电机的定子的直轴电感。

可选的，所述处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号的方式为：

在所述处于非工作状态的永磁同步电机的定子的基波激励上，叠加一个三相平衡的旋转高频电压激励。

本申请第二方面提供了一种永磁同步电机的控制装置，包括：

获取单元，用于获取永磁同步电机的定子的电流信号；其中，所述永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到；

提取单元，用于提取所述永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量；

计算单元，用于根据所述永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到所述永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感；

输入单元，用于将所述负序电流分量输入至预设的锁相环中，由所述锁相环运算得到所述永磁同步电机的转子的初始位置信息；

控制单元，利用所述转子初始位置信息以及所述永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对所述永磁同步电机进行控制。

可选的，所述永磁同步电机的定子的电流信号通过电流传感器对所述永磁同步电机的定子的电流信号进行检测得到。

可选的，所述提取单元，包括：

转换单元，用于将所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量转换为直流量；

过滤单元，用于将转换为直流量的正序电流分量，输入至高通滤波器，由所述高通滤波器过滤得到所述永磁同步电机的定子电流信号中的负序电流分量。

可选的，所述计算单元，包括；

第一计算子单元，用于利用所述永磁同步电机的定子的交轴电感、与所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到所述永磁同步电机的定子的交轴电感；

第二计算子单元，用于利用所述永磁同步电机的定子的直轴电感、与所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算所述永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到所述永磁同步电机的定子的直轴电感。

可选的，所述获取单元在获取所述永磁同步电机的定子的电流信号时用于：

在所述处于非工作状态的永磁同步电机的定子的基波激励上，叠加一个三相平衡的旋转高频电压激励后，采集永磁同步电机的定子的电流信号。

由以上方案可知，本申请提供的一种永磁同步电机的控制方法及装置中；首先，获取永磁同步电机的定子的电流信号；其中，永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到；然后，提取永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量，并根据永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感；之后，将负序电流分量输入至预设的锁相环中，由锁相环运算得到永磁同步电机的转子的初始位置信息；最后，利用转子初始位置信息以及永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对永磁同步电机进行控制。从而达到了提高对参数辨识的准确性，进而实现对永磁电机的高性能控制的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的具体流程图；

图2为本申请另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的具体流程图；

图3为本申请另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的具体流程图；

图4为本申请另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法中所使用的锁相环的示意图；

图5为本申请另一实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置的示意图；

图6为本申请另一实施例提供的一种提取单元的示意图；

图7为本申请另一实施例提供的一种计算单元的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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，本申请中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系，而术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例提供了一种永磁同步电机的控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

s101、获取永磁同步电机的定子的电流信号。

其中，永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到。

可选的，在本申请的另一实施例中，永磁同步电机的定子的电流信号通过电流传感器对永磁同步电机的定子的电流信号进行检测得到。

可选的，在本申请的另一实施例中，处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号的方式为：

在处于非工作状态的永磁同步电机的定子的基波激励上，叠加一个三相平衡的旋转高频电压激励。

现对步骤s101进行举例说明，永磁同步电机在处于非工作状态下，即静止状态下，两相坐标系下的定子电压方程为：

其中，vα和vβ为永磁同步电机在两相静止坐标系下的定子电压；iα和iβ为永磁同步电机在两相静止坐标系下的定子电流；rs是定子电阻，ψα和ψβ为永磁同步电机在两相静止坐标系下的磁链，p是微分算子；其中，永磁同步电机的定子的磁链方程为：

其中，ld为同步电机的定子在交轴电感；lq为永磁同步电机的定子在直轴电感；θr为转子的位置角，转子电角速度为ωr，转子初始位置为l0＝(ld+lq)/2为永磁同步电机的定子在交直轴的平均电感，l1＝(ld-lq)/2为永磁同步电机的定子在交直轴差分电感。

在两相静止坐标系下，注入一个三相平衡的高频电压激励；其中，高频电压信号在所述两相静止坐标系下的电压方程式为：

其中，vαi和vβi为在两相静止坐标系下注入的高频电压信号，vsi为在两相静止坐标系下注入的高频电压信号的幅值，ωi为在所述两相静止坐标系下注入的高频电压信号的角频率。

在两相静止坐标系下，叠加一个三相平衡的高频电压激励后，永磁同步电机在两相静止坐标系下的定子电压方程就可以推导为：

在两相静止坐标系下，叠加一个三相平衡的高频电压激励后，由于永磁同步电机的转速远小于高频电压的频率，所以电压永磁同步电机在两相静止坐标系下的定子电压方程就可以推导为：

通过计算可以得到：

最终，可以得到永磁同步电机的定子的电流信号为：

其中，为定子正序电流分量；为定子负序电流分量。

s102、提取永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量。

可选的，在本申请的另一实施例中，步骤s102的一种实施方式，如图2所示，包括：

s201、将永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量转换为直流量。

具体的，可以将永磁同步电机的定子的电流信号经过park变换，将转换到与负序分量频率一致的坐标系上，以此将永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量转换为直流量。

s202、将转换为直流量的正序电流分量，输入至高通滤波器，由高通滤波器过滤得到永磁同步电机的定子电流信号中的负序电流分量。

具体的，将转换为直流量的正序电流分量，输入至高通滤波器，由高通滤波器过滤得到永磁同步电机的定子电流信号中的负序电流分量，最终得到的负序电流分量为：

s103、根据永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感。

可选的，在本申请的另一实施例中，步骤s103的一种实施方式，如图3所示，包括：

s301、利用永磁同步电机的定子的交轴电感、与永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到永磁同步电机的定子的交轴电感。

s302、利用永磁同步电机的定子的直轴电感、与永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到永磁同步电机的定子的直轴电感。

具体的，当电机静止时，永磁同步电机的定子的电流信号可以通过计算得到：

以及

最终通过计算分别得到永磁同步电机的定子的直轴电感和永磁同步电机的定子的交轴电感：

s104、将负序电流分量输入至预设的锁相环中，由锁相环运算得到永磁同步电机的转子的初始位置信息。

具体的，分别将负序电流分量在静止坐标系α轴中的电流和β轴中的电流，输入至如图4所示的锁相环中进行运算，得到永磁同步电机的转子的辨识位置；通过计算的到永磁同步电机的转子的辨识位置，与所永磁同步电机的转子的理论位置的差值；选取与永磁同步电机的转子的理论位置的差值最小的永磁同步电机的转子的辨识位置，作为永磁同步电机的转子的初始位置。

需要说明的是，图4中的e是通过外差法计算得到的，其计算过程如下所示：

其中，为永磁同步电机的转子的辨识位置，为永磁同步电机的转子的理论位置。

s105、用转子初始位置信息以及永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对永磁同步电机进行控制。

由以上方案可知，本申请提供的一种永磁同步电机的控制方法中；首先，获取永磁同步电机的定子的电流信号；其中，永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到；然后，提取永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量，并根据永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感；之后，将负序电流分量输入至预设的锁相环中，由锁相环运算得到永磁同步电机的转子的初始位置信息；最后，利用转子初始位置信息以及永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对永磁同步电机进行控制。从而达到了提高对参数辨识的准确性，进而实现对永磁电机的高性能控制的目的。

本申请另一实施例提供了一种永磁同步电机的控制装置，如图5所示，具体包括：

获取单元501，用于获取永磁同步电机的定子的电流信号。

其中，永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到。

可选的，在本申请的另一实施例中，永磁同步电机的定子的电流信号通过电流传感器对永磁同步电机的定子的电流信号进行检测得到。

本申请上述实施例公开的单元的具体工作过程，可参见对应的方法实施例内容，此处不再赘述。

可选的，在本申请的另一实施例中，获取单元501在获取永磁同步电机的定子的电流信号时用于：

在处于非工作状态的永磁同步电机的定子的基波激励上，叠加一个三相平衡的旋转高频电压激励后，采集永磁同步电机的定子的电流信号。

本申请上述实施例公开的单元的具体工作过程，可参见对应的方法实施例内容，此处不再赘述。

提取单元502，用于提取永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量。

可选的，在本申请的另一实施例中，提取单元502的一种实施方式，如图6所示，包括：

转换单元601，用于将永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量转换为直流量。

过滤单元602，用于将转换为直流量的正序电流分量，输入至高通滤波器，由高通滤波器过滤得到永磁同步电机的定子电流信号中的负序电流分量。

本申请上述实施例公开的单元的具体工作过程，可参见对应的方法实施例内容，如图2所示，此处不再赘述。

计算单元503，用于根据永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感。

可选的，在本申请的另一实施例中，计算单元503的一种实施方式，如图7所示，包括：

第一计算子单元701，用于利用永磁同步电机的定子的交轴电感、与永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到永磁同步电机的定子的交轴电感。

第二计算子单元702，用于利用永磁同步电机的定子的直轴电感、与永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量的关系表达式，计算永磁同步电机的定子的电流信号中的正序电流分量和负序电流分量，得到永磁同步电机的定子的直轴电感。

本申请上述实施例公开的单元的具体工作过程，可参见对应的方法实施例内容，如图3所示，此处不再赘述。

输入单元504，用于将负序电流分量输入至预设的锁相环中，由锁相环运算得到永磁同步电机的转子的初始位置信息。

控制单元505，利用转子初始位置信息以及永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对永磁同步电机进行控制。

本申请上述实施例公开的单元的具体工作过程，可参见对应的方法实施例内容，如图1所示，此处不再赘述。

由以上方案可知，本申请提供的一种永磁同步电机的控制装置中；首先，通过获取单元501获取永磁同步电机的定子的电流信号；其中，永磁同步电机的定子的电流信号为对处于非工作状态的永磁同步电机的定子注入高频电压信号后而采集得到；然后，利用提取单元502提取永磁同步电机的定子的电流信号中的负序电流分量，并通过计算单元503根据永磁同步电机的定子的电流信号，计算得到永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感；之后，由输入单元504将负序电流分量输入至预设的锁相环中，由锁相环运算得到永磁同步电机的转子的初始位置信息；最后，控制单元505利用转子初始位置信息以及永磁同步电机的定子的交轴电感和直轴电感，对永磁同步电机进行控制。从而达到了提高对参数辨识的准确性，进而实现对永磁电机的高性能控制的目的。

在本申请公开的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，直播设备，或者网络设备等)执行本公开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。

专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。