风扇电机电流与转矩协同优化控制方法与流程

本发明涉及信息，尤其涉及风扇电机电流与转矩协同优化控制方法。

背景技术：

1、在现代风扇电机控制领域，研究如何优化电流与转矩的协同控制显得至关重要，这直接关系到设备的运行效率和使用寿命，尤其是在便携式或电池供电的场景中，高效的控制方法能够显著提升用户体验并延长设备续航。这一领域的研究不仅是技术进步的体现，更是满足节能环保需求的关键所在。然而，现有的一些控制方法在面对复杂工况时，往往难以兼顾多种动态变化因素的综合影响。特别是在电池供电环境下，单纯依赖传统的控制策略，很难适应电源状态的剧烈波动，导致系统在某些关键时刻无法维持预期的性能输出。这种局限性使得设备在实际使用中容易出现性能不稳定的现象，比如电池内阻的陡升会直接导致端电压快速下降，而端电压的下降又会迫使电机控制系统调整电流分配策略，进而影响到转矩的输出能力。这种因果链条使得系统在试图扩展转速范围时，反而可能因为电压跌落而限制了转矩的发挥，最终导致转速范围无法有效拓宽，甚至出现缩减的情况。具体来说，在风扇运行的高档风速需求下，当电池电量接近临界点时，内阻的急剧升高会让端电压迅速降低，系统为了维持转速不得不增加特定电流分量，但这又会加剧电压的进一步下降，形成恶性循环。例如，在一个便携式风扇的使用场景中，用户希望在炎热天气中持续享受强劲风力，但由于电池电量不足，风扇转速逐渐下降，甚至无法维持高档输出，用户体验大打折扣。因此，如何在电池电量低、端电压不稳定的情况下，平衡电流分配与转矩输出之间的矛盾，确保风扇在高档风速下的稳定运行，成为本研究亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种风扇电机电流与转矩协同优化控制方法，所述方法包括：

2、通过母线电压采集单元实时采集电池端电压，结合相电流检测单元获取直轴电流、交轴电流以及电机转速，根据电池端电压与交、直轴电流的变化评估荷电末端电池内阻陡升特性；

3、根据内阻陡升特性识别直轴电流加深后出现的转矩压缩拐点，结合所述电机转速确定弱磁扩速区直轴交轴电流的重新分配方向；

4、根据重新分配方向对直轴电流进行加深处理，监测铜损增加引发的端电压跌落程度，得到弱磁电流分配下的最大可用转矩下降程度；

5、分析最大可用转矩下降程度是否超出转矩许可范围，若超过，则根据端电压跌落程度动态调整直轴交轴电流分配，得到优化后的弱磁电流分配方向；

6、结合所述电机转速与优化后的弱磁电流分配方向，采用支持向量机算法识别高档风速输出所需的电流转矩协同工作点，得到高档风速稳定输出的电流分配方案；

7、通过高档风速稳定输出的电流分配方案更新风扇电机电流分配，调整风扇驱动单元的控制信号，确定弱磁控制下的转速维持范围，实现高档风速的稳定输出。

8、优选地，所述通过母线电压采集单元实时采集电池端电压，结合相电流检测单元获取直轴电流、交轴电流以及电机转速，根据电池端电压与交、直轴电流的变化评估荷电末端电池内阻陡升特性，包括：

9、按预设采样周期对电池正负极之间的端电压进行连续测量得到端电压时序序列，并经派克变换把三相静止坐标系下的相电流分解为旋转坐标系下的所述直轴电流与所述交轴电流；

10、对所述端电压时序序列、所述直轴电流、所述交轴电流和所述电机转速按统一时间戳进行对齐，构建多通道同步采样数据集，采用滑动窗口换算为电池等效内阻递推估值序列；

11、把所述递推估值序列的变化斜率与电池满电平稳放电阶段的斜率基线进行对比，对等效内阻递增轨迹的拐点位置与上升幅值进行标定，得到荷电末端电池内阻陡升特性曲线。

12、优选地，所述根据内阻陡升特性识别直轴电流加深后出现的转矩压缩拐点，结合所述电机转速确定弱磁扩速区直轴交轴电流的重新分配方向，包括：

13、通过获取荷电末端电池内阻陡升特性曲线，对直轴电流沿弱磁方向按预设步长逐级加深取值，依据直轴电流增量与所述内阻陡升特性曲线给出的等效内阻取值的乘积，确定每一档直轴电流取值下端电压的二次跌幅；

14、针对每一档直轴电流与对应的交轴电流，依据永磁同步电机数学模型构建以直轴电流为横轴、电磁转矩为纵轴的转矩曲线族，对电磁转矩沿直轴电流加深方向进行一阶求导得到导数序列，把所述导数序列中由正转负的过零位置对应的直轴电流取值标定为转矩压缩拐点；

15、把所述电机转速划分至弱磁扩速区的若干转速档位，依据所述二次跌幅与逆变器母线电压利用率倒推得到对应档位的最大去磁深度，从所述转矩压缩拐点中筛选出不超出最大去磁深度的拐点子集，把直轴电流向拐点子集中拐点取值靠拢、交轴电流向同电流幅值约束下剩余裕量补足的方向，标定为所述弱磁扩速区直轴交轴电流的重新分配方向。

16、优选地，所述根据重新分配方向对直轴电流进行加深处理，监测铜损增加引发的端电压跌落程度，得到弱磁电流分配下的最大可用转矩下降程度，包括：

17、沿所述重新分配方向中直轴电流分量指示的极性按预设步长对直轴电流当前取值进行逐级加深，同步依照所述重新分配方向中交轴电流分量指示的幅值对交轴电流进行补足，得到逐档变化的弱磁电流分配序列；

18、依据永磁同步电机数学模型计算所述弱磁电流分配序列中每一档下铜损相较于加深前的铜损增量，通过母线电压采集单元同步采集端电压跌幅监测值，把所述铜损增量与所述端电压跌幅监测值按档位关联；

19、依据所述端电压跌幅监测值反推每一档下交轴电流的可用上限，代入所述永磁同步电机数学模型得到该档下重新计算的可用转矩取值，取各档转矩下降取值的最大值作为所述最大可用转矩下降程度。

20、优选地，所述分析最大可用转矩下降程度是否超出转矩许可范围，若超过，则根据端电压跌落程度动态调整直轴交轴电流分配，得到优化后的弱磁电流分配方向，包括：

21、把所述最大可用转矩下降程度与预设的转矩许可范围中转矩下降上限值进行比对，所述转矩许可范围按风扇高档风速档位对应的额定转矩与启动所需最小转矩的差值预先建立；

22、若高于所述转矩下降上限值，则把当前弱磁电流分配方向标记为越界；

23、获取越界电流分配方向对应档下的端电压跌幅监测值，把所述端电压跌幅监测值按预设的容差档位划分为若干跌幅区间，从容差档位调整规则中提取所述跌幅区间对应的直轴电流回退步长与交轴电流补偿步长；

24、按所述回退步长与补偿步长对直轴交轴电流取值进行回退与补偿并迭代评估，直至回退后的转矩下降取值落入所述转矩许可范围之内，把对应的方向向量标定为所述优化后的弱磁电流分配方向。

25、优选地，所述结合所述电机转速与优化后的弱磁电流分配方向，采用支持向量机算法识别高档风速输出所需的电流转矩协同工作点，得到高档风速稳定输出的电流分配方案，包括：

26、把所述电机转速、所述优化后的弱磁电流分配方向中的直轴电流分量与交轴电流分量及历史运行记录中实测得到的电磁转矩取值与铜损增量取值组合成多维特征向量；

27、针对高档风速档位下持续稳定运行且实测转速保持在档位标称转速误差带之内的工况片段对应的所述多维特征向量打上正样本标签，对实测转速跌出误差带或转矩跌落超出转矩许可范围的工况片段打上负样本标签，得到工况样本训练集；

28、对所述工况样本训练集采用径向基核函数把所述多维特征向量映射至高维空间，求解使正样本与负样本之间的间隔最大化的分类超面方程；

29、提取拉格朗日乘子绝对值大于预设阈值的支撑向量所对应的电机转速取值、直轴电流取值与交轴电流取值组合作为电流转矩协同工作点候选集合；

30、把高档风速档位起始转速至额定最高转速之间划分为若干转速节点，针对每一转速节点从所述候选集合中筛选邻域内支撑向量，按到所述分类超面方程的几何距离排序取首位对应的电流取值串接，得到所述高档风速稳定输出的电流分配方案。

31、优选地，所述通过高档风速稳定输出的电流分配方案更新风扇电机电流分配，调整风扇驱动单元的控制信号，确定弱磁控制下的转速维持范围，实现高档风速的稳定输出，包括：

32、把所述高档风速稳定输出的电流分配方案中以电机转速为索引的直轴交轴电流目标值写入电流环设定值寄存器，对当前直轴电流给定值与交轴电流给定值进行更新；

33、由电流环按更新值生成所述风扇驱动单元的脉宽调制信号，得到调整后的驱动控制信号；

34、通过所述调整后的驱动控制信号驱动风扇电机运行，采集实测电机转速并与所述电流分配方案中转速节点逐一对照，把实测转速持续落入预设档位标称转速误差带内的节点范围标定为所述弱磁控制下的转速维持范围，在所述转速维持范围内按所述电流分配方案更新电流环给定值。

35、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

36、本发明公开了一种风扇电机电流与转矩协同优化控制方法，针对电池荷电末端内阻陡升导致弱磁扩速时端电压跌落与转矩压缩，进而难以维持高档风速稳定输出的问题。本发明通过实时采集电池端电压、交直轴电流及电机转速，评估内阻陡升特性并识别转矩压缩拐点，据此监测铜损增加引发的端电压跌落与最大可用转矩下降程度。当转矩下降超出许可范围时，动态调整交直轴电流分配，并结合支持向量机算法识别高档风速输出所需的电流转矩协同工作点。最终通过更新电流分配方案调整控制信号，确定弱磁控制下的转速维持范围，有效克服了端电压跌落带来的转矩限制，实现了高档风速的稳定输出。