一种背包式驱动一体永磁同步电机控制方法及系统与流程

本技术涉及电机控制，尤其是涉及一种背包式驱动一体永磁同步电机控制方法及系统。

背景技术：

1、背包式驱动一体永磁同步电机是将永磁同步电机本体与驱动控制器采用外挂背包形式集成的一体化动力装置，广泛应用于各类连续运转、频繁启停的工业设备中。该类电机依靠驱动器实现变频调速、闭环控制，转子永磁体是核心功能部件，控制精度、过载保护能力以及永磁体防退磁性能，是保障设备长期稳定工作的关键，一旦出现控制紊乱或永磁体退磁，电机转矩、效率会大幅衰减，直至无法正常使用。

2、相关技术中，永磁同步电机普遍搭配通用型驱动器使用，分为外置分体驱动与内置集成驱动两种形式，通用驱动器未针对背包式一体化结构做参数优化，与电机本体匹配度低，在低速工况下易出现转矩脉动、运行抖动，频繁正反转、加减速时控制逻辑响应滞后，传统驱动方案的过载保护阈值设置单一，无法区分短时冲击负载与持续过载负载，保护逻辑灵活性不足。

3、目前市面上的背包式驱动一体永磁同步电机，虽实现了驱动与电机的物理集成，但控制策略仍沿用通用方案，存在明显技术短板：一方面，设备频繁启停、负载突变时，驱动器易输出瞬时大电流，远超永磁体耐受范围，长期作用会造成永磁体不可逆退磁，导致电机性能永久劣化；另一方面，现有控制程序对加减速过程、制动时序的优化不足，冲击负载下不仅运行平稳性差，还容易引发驱动器过流故障、报警停机；此外，编码器信号易受模块内部走线干扰，进一步影响位置与速度闭环控制的精度。

4、因此，现有技术中背包式驱动一体永磁同步电机缺乏针对控制逻辑、过载限流与永磁体防护功能的优化，不利于增加。

技术实现思路

1、为了进一步提高永磁同步电机的过载限流与永磁防体防护效果，保持电机运行稳定性，本技术提供一种背包式驱动一体永磁同步电机控制方法及系统。

2、第一方面，本技术提供一种背包式驱动一体永磁同步电机控制方法：

3、一种背包式驱动一体永磁同步电机控制方法，包括：

4、运行参数检测步骤，采集反映电机实时工作状态和永磁体状态的运行参数，并整合生成实时状态参数；

5、磁体状态分析步骤，配置有磁体退磁分析策略，用于分析实时状态参数下永磁体的退磁风险指数；

6、临界电流分析步骤，基于退磁风险指数以预设的电流安全阈值动态调节模型进行分析，以生成动态范围的安全电流阈值；

7、电流动态约束步骤，基于动态的安全电流阈值对永磁同步电机的直轴电流进行调节，保持直轴电流处于安全电流阈值内。

8、通过采用上述技术方案，依次完成电机本体与永磁体运行参数采集、永磁退磁风险量化分析、动态安全电流阈值求解以及直轴电流闭环约束整套控制流程，有助于从引发永磁退磁的电气源头管控反向直轴电流，适配背包式驱动一体电机与驱动器双热源同步升温的运行工况，降低永磁体出现不可逆退磁的概率，改善电机长时间连续作业过程中转矩输出的平稳程度，延长永磁体保持额定性能的工作周期。

9、可选的，所述磁体退磁分析策略包括：

10、预先构建基于运行参数特性的退磁分析模型，所述运行参数包括永磁体温度与退磁电流；

11、基于退磁分析模型计算当前实时状态参数下永磁体的退磁风险指数，所述退磁分析模型采用如下公式：

12、；

13、；

14、其中，为基准温度下的额定临界退磁d轴电流，k为永磁体温度衰减系数，为永磁体实时估算温度为预设基准温度；为实时退磁风险指数；为电机实时d轴电流；分别为永磁体安全工作温度、临界工作温度；为预设的权重系数；根据退磁风险指数的数值区间划分风险等级，不同风险等级对应差异化的电流约束强度。

15、通过采用上述技术方案，利用永磁体温度、反向直轴去磁电流两类核心参数搭建双层计算模型分别求解临界退磁直轴电流与量化退磁风险指数，再按照风险区间匹配对应强度的电流约束策略，有助于同步综合两类永磁退磁诱因开展状态评估，降低单一电气参数判定带来的评估偏差，让电流限幅力度贴合永磁体当下的危险等级，减少过度限流带来的电机动力损耗。

16、可选的，所述电流动态约束步骤还配置有前馈峰值调节策略，用于动态调节直轴电流，包括：

17、提取下发的电流指令中对应直轴电流的直轴电流分量，并与实时的安全电流阈值比对分析，以确定瞬时尖峰分量；

18、基于前馈环节对超出安全电流阈值进行峰值削弱，并生成安全调节指令输出至逆变器进行输出电流调节；

19、持续校验逆变器输出的电流，并动态维持直轴电流处于安全电流阈值内。

20、通过采用上述技术方案，提前提取上层指令内的直轴电流分量并和实时动态安全阈值完成比对，借助前馈环节提前削弱超标电流尖峰后再下发合规调节指令，同时持续校验逆变器输出电流形成闭环管控，有助于改善传统反馈控制存在的调节滞后问题，在负载冲击产生危险电流尖峰前完成干预，缩短大反向直轴电流作用于永磁体的持续时长，提升直轴电流管控的响应速度。

21、可选的，所述前馈峰值调节策略还包括削峰自适应子策略：

22、根据电机产生的瞬时尖峰分量进行分析，以确定对应尖峰工况类型并匹配预设前馈调节数据库中对应的前馈削峰权重比；

23、基于前馈削峰权重比抑制大幅值反向直轴电流产生，当直轴电流处于安全电流阈值内时输出电流维持指令。

24、通过采用上述技术方案，区分不同瞬时冲击工况匹配对应比例的前馈削峰权重，电机稳态无电流尖峰时直接保留原始输出指令不作干预，有助于兼顾瞬态工况的永磁退磁防护需求与稳态工况的额定动力输出能力，避免全程固定削峰比例造成电机出力不足，适配物流分拣、agv小车频繁启停变速的多变负载场景，拓宽整套控制策略可适配的负载类型。

25、可选的，所述安全电流阈值动态调节模型包括：

26、基于退磁风险指数调整电流限值的收窄幅度，并结合电机额定峰值电流、当前临界退磁直轴电流，计算得到动态总电流限制值；

27、所述安全电流阈值动态调节模型采用如下公式：

28、；

29、其中，为动态总电流限制值；为电机出厂标定的规格峰值电流；为永磁体实时估算温度；为永磁体预设安全工作温度；为永磁体不可逆退磁临界温度；为温度维度电流降额权重系数；为温度超阈值部分对应的非线性调节指数；为电机实时直轴电流；为当前永磁体温度对应的临界退磁直轴电流；为直轴去磁电流占比对应的非线性调节指数。

30、通过采用上述技术方案，融合电机额定峰值电流、永磁超温幅度、反向直轴电流占比多类参数搭建动态电流限值计算模型，依靠非线性指数分别修正温度、去磁电流对应的电流收窄幅度，有助于贴合永磁体高温环境下抗退磁能力下降的物理特性动态收窄安全电流区间，提升安全电流阈值和电机实时热态、电气状态的匹配程度，降低固定电流阈值带来的防护冗余或者防护不足问题。

31、可选的，所述运行参数检测步骤还配置有负载识别型动态过流保护策略，所述负载识别型动态过流保护策略包括：

32、通过高频采样分析电机电流、转速数据进行分析以确定电机负载类型，所述负载类型包括瞬时冲击负载、周期性脉动负载以及持续过载负载；

33、基于瞬时冲击负载类型进行冲击能量累积次数，当冲击能量累积次数达到预设的基准冲击次数时，进行限流保护并生成限流窗口计时，达到预设的保护窗口时长后重新累计冲击能量累积次数；

34、基于持续过载负载类型，按照分段阶梯式逐步下调电机输出转矩与输出电流，每级降载后维持预设稳定时长，同步向外输出过载预警信号。

35、通过采用上述技术方案，基于高频采集的电流、转速数据据划分三类差异化负载类型，针对瞬时冲击负载设置冲击能量累计机制与保护计时窗口，针对持续过载负载执行分级阶梯降载并同步输出预警信号，有助于区分设备短时可承受的轻微冲击负载与会产生长期损耗的持续过载负载，减少频繁限流停机对产线物料转运作业造成的干扰，同时在过载工况下逐步降低电机负荷降低绕组与永磁体温升。

36、可选的，所述电流动态约束步骤还配置有低速转矩脉动抑制策略，所述低速转矩脉动抑制策略包括：

37、采用迭代学习控制框架，在每个电周期运行完毕后采集转矩误差信号或电流误差信号；

38、基于迭代学习控制框架以预设的迭代更新策略更新下一电周期对应的谐波电流补偿分量，抑制低速工况下产生的转矩脉动与直轴电流波动。

39、通过采用上述技术方案，依靠迭代学习控制框架，搭配引入遗忘因子的更新准则逐电周期迭代优化谐波电流补偿分量，有助于持续抵消低速区间周期性谐波带来的电流波动，逐步减轻低速工况下的转矩脉动幅度，改善背包式电机低速输送、分拣作业的运行平顺度，减少波动电流反复作用于永磁体形成的累积退磁损伤。

40、可选的，所述电流动态约束步骤还配置有启停变速平顺控制策略，所述启停变速平顺控制策略包括：

41、采用七段式曲线完成电机速度规划，并叠加加速度前馈、摩擦力前馈、负载转矩前馈进行多源补偿；

42、基于自适应曲线模型动态调整最大加速度，削弱启停与变速过程中的电流冲击。

43、通过采用上述技术方案，采用七段式曲线完成速度规划并叠加多维度前馈补偿，依托自适应模型实时修正最大加加速度数值，有助于平滑电机启停、换向、变速阶段的电流突变过程，降低动态工况下产生大幅反向直轴电流的概率，降低频繁变速过程交变去磁磁场对永磁体的持续作用，优化动态负载下永磁体的工作环境。

44、第二方面，本技术提供背包式驱动一体永磁同步电机控制系统，采用如下的技术方案：

45、一种背包式驱动一体永磁同步电机控制系统，包括：

46、运行参数检测模块，采集反映电机实时工作状态和永磁体状态的运行参数，并整合生成实时状态参数；

47、磁体状态分析模块，配置有磁体退磁分析策略，用于分析实时状态参数下永磁体的退磁风险指数；

48、临界电流分析模块，基于退磁风险指数以预设的电流安全阈值动态调节模型进行分析，以生成动态范围的安全电流阈值；

49、电流动态约束模块，基于动态的安全电流阈值对永磁同步电机的直轴电流进行调节，保持直轴电流处于安全电流阈值内。

50、通过采用上述技术方案，各模块协同完成参数采集、退磁风险分析、安全阈值计算、直轴电流约束完整控制逻辑，有助于让硬件单元功能划分清晰降低主控运算耦合程度，适配背包式外置驱动器一体化硬件架构，方便设备现场模块化调试与故障检修。

51、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

52、1.通过对电机本体与永磁体运行参数采集、永磁退磁风险量化分析、动态安全电流阈值求解以及直轴电流闭环约束整套控制流程，有助于从引发永磁退磁的电气源头管控反向直轴电流，适配背包式驱动一体电机与驱动器双热源同步升温的运行工况，降低永磁体出现不可逆退磁的概率，改善电机长时间连续作业过程中转矩输出的平稳程度，延长永磁体保持额定性能的工作周期；

53、2.基于高频采集的电流、转速数据据划分三类差异化负载类型，针对瞬时冲击负载设置冲击能量累计机制与保护计时窗口，针对持续过载负载执行分级阶梯降载并同步输出预警信号，有助于区分设备短时可承受的轻微冲击负载与会产生长期损耗的持续过载负载，减少频繁限流停机对产线物料转运作业造成的干扰，同时在过载工况下逐步降低电机负荷降低绕组与永磁体温升；

54、3.迭代学习控制框架，搭配引入遗忘因子的更新准则逐电周期迭代优化谐波电流补偿分量，有助于持续抵消低速区间周期性谐波带来的电流波动，逐步减轻低速工况下的转矩脉动幅度，改善背包式电机低速输送、分拣作业的运行平顺度，减少波动电流反复作用于永磁体形成的累积退磁损伤。