一种永磁同步电机的控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及电机控制领域，特别是涉及一种永磁同步电机的控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.由于永磁同步电机具有较普通异步电机体积更小、机构更简单、转矩惯量比更大以及更加可靠的优点，所以越来越多的人青睐于使用永磁同步电机。而对于永磁同步电机的控制则需要获得q轴基础电感和d轴基础电感。
3.现有技术中，获取q轴基础电感和d轴基础电感一般需要向永磁同步电机注入高频电压，忽略定子电阻的影响通过公式分别获取q轴基础电感和d轴基础电感。由于永磁同步电机q轴基础电感和d轴基础电感受电流影响较大，使用该方法进行基础电感的获取难以在保证其准确性，从而使得对永磁同步电机的控制精度降低。
4.因此，如何提高永磁同步电机的控制精度，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

5.基于上述问题，本技术提供了一种永磁同步电机的控制方法、装置、设备及存储介质，根据包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程，确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并根据该d轴基础电感和q轴基础电感控制永磁同步电机，从而解决了现有技术对永磁同步电机的控制精度较低的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种永磁同步电机的控制方法，包括：
7.将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程；
8.当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程；
9.根据所述等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程；
10.根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感；
11.根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机。
12.可选的，所述将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，包括：
13.根据磁场定向理论，得到同步旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压方程；
14.将所述定子电压方程进行变换，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，使定子电压实现d轴和q轴的解耦。
15.可选的，所述当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程之前，还包括：
16.对所述永磁同步电机初始位置进行初始化。
17.可选的，所述转子转速为零，包括：
18.所述永磁同步电机在峰值扭矩内无法转动。
19.可选的，所述根据所述等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程，包括：
20.根据所述等效变换方程分别得到含有所述定子电压、定子电流和定子电感的d轴等效电路和q轴等效电路；
21.根据所述d轴等效电路和所述q轴等效电路得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。
22.可选的，所述根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，包括：
23.根据电感电路中d轴电感电压超前于d轴电流九十度对所述矢量方程进行变换；
24.根据变换后的所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感。
25.可选的，所述根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机，包括：
26.将所述d轴基础电感和所述q轴基础电感代入自抗扰控制算法；
27.根据所述自抗扰算法控制所述永磁同步电机。
28.第二方面，本实施例提供了一种永磁同步电机的控制装置，包括：
29.解耦模块，用于将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程；
30.等效变换模块，用于当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程；
31.矢量变换模块，用于根据所述等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程；
32.确定模块，用于根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感；
33.控制模块，用于根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机。
34.第三方面，本技术提供了一种永磁同步电机的控制设备，其特征在于，包括：
35.存储器，用于存储计算机程序；
36.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述永磁同步电机的控制方法的步骤。
37.第四方面，本技术提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述永磁同步电机的控制方法的步骤。
38.从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本技术具有以下优点：
39.本技术首先将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。然后在永磁同步电机通电状态下的转子转速为零时，得到电压方程的等效变换方程并，根据该等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。最后根据矢量方程确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并利用该d轴基础电感和q
轴基础电感实现对永磁同步电机的控制。如此，在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻，从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度。
附图说明
40.图1为本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程图；
41.图2为本技术实施例提供的一种等效电路示意图；
42.图3为本技术实施例提供的一种基础电感求解建模结构图；
43.图4为本技术实施例提供的一种永磁同步电机控制系统框图；
44.图5为本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
45.正如前文所述，利用现有技术中的控制方法对永磁同步电机进行控制往往其控制精度较低。具体来说，现有技术在实现永磁同步电机的控制前需要获取q轴基础电感和d轴基础电感，而现有技术中获取q轴基础电感和d轴基础电感需要向永磁同步电机注入高频电压，忽略定子电阻的影响通过公式分别获取q轴基础电感和d轴基础电感。由于永磁同步电机q轴基础电感和d轴基础电感受电流影响较大，使用该方法进行基础电感的获取难以在保证其准确性，从而使得对永磁同步电机的控制精度降低。
46.为解决上述问题，本发明提供了一种永磁同步电机的控制方法，该方法包括：本技术首先将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。然后在永磁同步电机通电状态下的转子转速为零时，得到电压方程的等效变换方程并，根据该等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。最后根据矢量方程确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并利用该d轴基础电感和q轴基础电感实现对永磁同步电机的控制。
47.如此，在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻，从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，从而解决了现有技术永磁同步电机的控制精度低的问题。
48.需要说明的是本技术提供的一种永磁同步电机的控制方法、装置、设备及存储介质，可用于电机控制领域。上述仅为示例，并不对本发明提供的一种永磁同步电机的控制方法、装置、设备及存储介质的应用领域进行限定。
49.为了使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
50.图1为本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法的流程图。结合图1所示，本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法，可以包括：
51.s101：将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。
52.在实际应用中，一般是将自抗扰算法应用到永磁同步电机控制中。而前提则是需要将自抗扰算法中的d轴基础电感l
d0
和q轴基础电感l
q0
进行获取。因为，假设一阶单输入单
输出的数学模型如下：
[0053][0054]
其中，y是系统的输出变量，u是系统的输入变量，w为外部干扰，参数a，b均未知，假如有未知参数b0≈b，则上式可以表示为如下公式：
[0055][0056]
公式中f是系统的总扰动。如果b0与b相差太大，则会导致系统不稳定。而且因为总扰动里包含b0，需要先确认基础的b0参数，所以将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，如下所示：
[0057][0058]
式中ud、uq分别是定子电压的d轴分量和q轴分量；id、iq分别是定子电流的d轴分量和q轴分量；r是定子电阻，是永磁体磁链；ωe是电角速度；ld、lq是电感的d轴分量和q轴分量，即d轴基础电感和q轴基础电感。
[0059]
另外，对于如何根据d轴电压和q轴电压的电压方程进行d轴基础电感和q轴基础电感的计算，本技术实施例针对此进行了说明。
[0060]
在一种情况下，对于如何如何根据d轴电压和q轴电压的电压方程进行d轴基础电感和q轴基础电感的计算。相应的s101具体可以包括：
[0061]
根据磁场定向理论，得到同步旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压方程；
[0062]
将所述定子电压方程进行变换，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，使定子电压实现d轴和q轴的解耦。
[0063]
在实际应用中，基于磁场的定向理论，忽略永磁同步马达(pmsm)的磁滞损耗，同不旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压方程可以有如下表示：
[0064][0065]
式中ud、uq分别是定子电压的d轴分量和q轴分量；id、iq分别是定子电流的d轴分量和q轴分量；r是定子电阻，是永磁体磁链；we是电角速度；ld、lq是电感的d轴分量和q轴分量，即d轴基础电感和q轴基础电感。然后，对如上公式进行变换，变换后的公式如下所示：
[0066][0067]
其中，d轴电压方程和q轴电压方程有如下表示。
[0068][0069][0070]
s102：当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程。
[0071]
在实际应用中，永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感受电流影响较大，但由于自抗扰控制算法的鲁棒性，对电感估计值的精确度不需要非常精确。因此我们将永磁同步电机的电角速度假设为零，也就是使永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零。根据下式永磁同步电机定子电压方程：
[0072][0073]
将上述we设为零，定子电压方程的等效变换方程如下：
[0074][0075]
综上所述，使永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零，对原永磁同步电机定子电压方程进行变换得到电压方程的等效变换方程。
[0076]
s103：根据所述等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。
[0077]
在实际应用中，为了方便继续进行d轴基础电感和q轴基础电感的推导计算，需要将上述等效变换方程进行变换，得到包含定子电阻的矢量方程。即，将有关量表示为空间矢量的形式。转换得到的d轴基础电感矢量方程如下所示：
[0078][0079]
其中j转动惯量，ω是角速度，q轴基础电感矢量方程同理，在此不作赘述。
[0080]
另外，对于如何进行推导，得到d轴基础电感的矢量方程，本技术实施例针对此进行了说明。
[0081]
在一种情况下，对于如何进行矢量方程的变换。相应的s103具体可以包括：
[0082]
根据所述等效变换方程分别得到含有所述定子电压、定子电流和定子电感的d轴等效电路和q轴等效电路；
[0083]
根据所述d轴等效电路和所述q轴等效电路得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。
[0084]
在实际应用中，根据we为零时的定子电压等效变换方程得到d轴和q轴的等效电路
如图2所示。其中图2左侧为d轴等效电路，右侧为q轴等效电路。由于此时d轴与q轴解耦且其等效电路一致，因此仅分析d轴，q轴类似。将上述等效变换方程中d轴有关量表示为空间矢量的形式，得到如下公式：
[0085]
ud＝rid jwldid[0086]
其中，式中ud是定子电压的d轴分量；id是定子电流的d轴分量；r是定子电阻；ld是电感的d轴分量；j转动惯量，ω是角速度。由此，得到了包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。
[0087]
s104：根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感。
[0088]
在实际应用中，根据上述得到的包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程，利用公式中其他物理量与需要的永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感间的关系进行推导即可得到永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感。
[0089]
另外，对于如何根据上述矢量方程进行推导得到永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，本技术实施例针对此进行了说明。
[0090]
在一种情况下，对于如何得到永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感。相应的，s104具体可以包括：
[0091]
根据电感电路中d轴电感电压超前于d轴电流九十度对所述矢量方程进行变换；
[0092]
根据变换后的所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感。
[0093]
在实际应用中，得到包含定子电阻的空间矢量形式的电压矢量方程后还需要对其进行变化，从而得到基础电感方程。因此，对于上式又可以有如下变换式：
[0094]
ur＝rid[0095]uld
＝jwldid[0096]
ud＝ur u
ld
[0097]
然后，由于电感电路中d轴电感电压超前于d轴电流九十度，所以通过以上公式结合可知，u
ld
超前于id九十度，得到的d轴基础电感的矢量方程如下：
[0098][0099]
由上述公式可知，可先将u
ld
滞后90
°
，然后与wid相除，即可得到d轴基础电感ld，q轴基础电感的推导过程同理，在此就不做赘述。
[0100]
s105：根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机。
[0101]
在实际应用中，由于控制永磁同步电机的计算公式中，d轴基础电感和q轴基础电感是关键，如何使获取的d轴基础电感和q轴基础电感更加精准是提高对永磁同步电机控制准确性的关键。因此s105就是利用上述s101-s104得到的d轴基础电感和q轴基础电感对永磁同步电机进行控制。
[0102]
另外，对于控制永磁同步电机所用到的方法不同，本技术实施例这对此进行了说说明。
[0103]
在一种情况下，对于如何控制永磁同步电机*相应的s105具体可以包括：
[0104]
将所述d轴基础电感和所述q轴基础电感代入自抗扰控制算法；
[0105]
根据所述自抗扰算法控制所述永磁同步电机。
[0106]
在实际应用中，自抗扰算法应用于永磁同步电机电流环控制需要获得d轴基础电感和q轴基础电感，永磁同步电机的电感ld和lq受电流影响较大，但由于自抗扰控制算法的鲁棒性，对电感估计值的精确度不需要非常精确。本技术可以将利用上述s101-s104得到的d轴基础电感和q轴基础电感代入自抗扰算法中，利用d轴基础电感和q轴基础电感对永磁同步电机进行自抗扰控制。
[0107]
综上所述，本技术首先将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。然后在永磁同步电机通电状态下的转子转速为零时，得到电压方程的等效变换方程并，根据该等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。最后根据矢量方程确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并利用该d轴基础电感和q轴基础电感实现对永磁同步电机的控制。如此，在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻，从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度。
[0108]
另外，当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程之前，还包括：
[0109]
对所述永磁同步电机初始位置进行初始化。
[0110]
在实际应用中，一般对于永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感的获取需要使永磁同步电机初始位置进行初始化，以此来提高计算精度。
[0111]
另外，对于所述转子转速为零，具体包括：
[0112]
所述永磁同步电机在峰值扭矩内无法转动。
[0113]
在实际应用中，可以使用夹具将电机转子夹住，使得永磁同步电机在峰值扭矩内均无法转动，此时转子转速为零。
[0114]
综上所述，本技术在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度的同时，使永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零还可以在一定程度上保证人员的安全。
[0115]
图3为本技术实施例提供的一种基础电感求解建模结构图。结合图3所示，本技术实施例提供的一种基础电感求解建模，具体如下。
[0116]
该模型通过将如下公式进行拆分，融入各个模块进行分布计算，从而达到获得基础电感的目的。以d轴基础电感ld为例，该模块对输入的d轴电流和定子电阻做乘法处理，得到电阻电压ur，然后与输入的d轴电压做减法，并将得到的值进行滞后处理，即对d轴电感电压u
ld
进行滞后九十度的操作。最后将滞后得到的值与d轴电流和角速度ω的乘积做除法得到d轴电感ld。以下公式是该基础电感求解模型的基础。
[0117][0118]
综上所述，本技术在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度。
[0119]
图4为本技术实施例提供的一种永磁同步电机控制系统框图，结合图4所示，本技术实施例提供的永磁同步电机控制系统框图，具体如下。
[0120]
该系统模框架下包括基础电感参数确定模块，将输入的d轴电压和q轴电压进行一系列的推导计算，最终得到d轴基础电感和q轴基础电感。然后将得到d轴基础电感和q轴基
础电感代入自抗扰算法中，利用d轴基础电感和q轴基础电感对永磁同步电机进行自抗扰控制。
[0121]
综上所述，本技术首先将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。然后在永磁同步电机通电状态下的转子转速为零时，得到电压方程的等效变换方程并，根据该等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。最后根据矢量方程确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并利用该d轴基础电感和q轴基础电感实现对永磁同步电机的控制。如此，在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻，从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度。
[0122]
基于上述实施例提供的一种永磁同步电机的控制方法，本技术还提供了一种永磁同步电机的控制装置。下面分别结合实施例和附图，对该永磁同步电机的控制装置进行描述。
[0123]
图5为本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置的结构示意图。结合图5所述，本技术实施例提供的一种永磁同步电机的控制装置200，可以包括：
[0124]
解耦模块201，用于将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程；
[0125]
等效变换模块202，用于当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程；
[0126]
矢量变换模块203，用于根据所述等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程；
[0127]
确定模块204，用于根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感；
[0128]
控制模块205，用于根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机。
[0129]
作为一种实施方式，针对如何将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，上述解耦模块201具体用于：
[0130]
根据磁场定向理论，得到同步旋转坐标系下的永磁同步电机定子电压方程；
[0131]
将所述定子电压方程进行变换，得到d轴电压和q轴电压的电压方程，使定子电压实现d轴和q轴的解耦。
[0132]
作为一种实施方式，对于如何根据等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程，上述矢量变换模块203具体用于：
[0133]
根据所述等效变换方程分别得到含有所述定子电压、定子电流和定子电感的d轴等效电路和q轴等效电路；
[0134]
根据所述d轴等效电路和所述q轴等效电路得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。
[0135]
作为一种实施方式，对于如何根据所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，上述确定模块204具体用于：
[0136]
根据电感电路中d轴电感电压超前于d轴电流九十度对所述矢量方程进行变换；
[0137]
根据变换后的所述矢量方程确定所述永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电
感。
[0138]
作为一种实施方式，对于如何根据所述d轴基础电感和所述q轴基础电感控制所述永磁同步电机，上述控制模块205具体用于：
[0139]
将所述d轴基础电感和所述q轴基础电感代入自抗扰控制算法；
[0140]
根据所述自抗扰算法控制所述永磁同步电机。
[0141]
作为一种实施方式，上述永磁同步电机的控制装置200还包括：
[0142]
初始化模块206，用于当所述永磁同步电机在通电状态下的转子转速为零时，得到所述电压方程的等效变换方程之前，对所述永磁同步电机初始位置进行初始化。
[0143]
其中，所述转子转速为零，包括：
[0144]
所述永磁同步电机在峰值扭矩内无法转动。
[0145]
综上所述，本技术首先将永磁同步电机的定子电压进行d轴和q轴的解耦，得到d轴电压和q轴电压的电压方程。然后在永磁同步电机通电状态下的转子转速为零时，得到电压方程的等效变换方程并，根据该等效变换方程得到包含定子电阻的空间矢量形式的矢量方程。最后根据矢量方程确定永磁同步电机的d轴基础电感和q轴基础电感，并利用该d轴基础电感和q轴基础电感实现对永磁同步电机的控制。如此，在确定d轴基础电感和q轴基础电感时考虑定子电阻，从而使获得的d轴基础电感和q轴基础电感更加准确，提高了永磁同步电机的控制精度。
[0146]
另外，本技术还提供了一种永磁同步电机的控制设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述所述永磁同步电机的控制方法的步骤。
[0147]
另外，本技术还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中所述永磁同步电机的控制方法的步骤。
[0148]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。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技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术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。