一种电机的弱磁控制方法及装置与流程

1.本技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机的弱磁控制方法及装置。


背景技术：

2.随着用户对机电产品性能要求的不断提升，寿命和效率更高、成本更低的无电解电容电机驱动系统得到了越来越广泛的应用。无电解电容电机驱动系统是去掉了大容量、高成本、寿命短的电解电容及升压器件，取而代之的是容量小、成本低、寿命长的薄膜电容。
3.在三相无电解变频器使用小容量的薄膜电容的情况下，若采用传统基于母线电压闭环的弱磁控制方法，弱磁的参考电压(也可以称作给定电压)是直接给出的，其值为该值是空间电压正六边形的内切圆半径，与逆变器所能提供的最大直流母线电压存在一定的差值，使得直流母线电压得不到充分的利用。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种电机的弱磁控制方法及装置，用于提升直流母线电压利用率。
5.为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案。
6.第一方面，提供一种电机的弱磁控制方法，该方法包括：获取电机的交轴给定电压、电机的交轴实际电压、电机转速、电机的直轴电感以及梯队下降算法中使用的学习率；基于交轴给定电压与交轴实际电压的差值、电机转速、直轴电感以及梯队下降算法中使用的学习率，确定弱磁电流；以弱磁电流对电机进行弱磁控制。
7.本技术实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：针对无电解电容电机驱动系统使用小容量的薄膜电容，采用传统基于母线电压闭环的弱磁控制方法会影响母线电压利用率的问题，本技术实施例提供一种电机的弱磁控制方法，采用电压差反馈法来得到弱磁电流。具体的，根据电机的交轴给定电压与交轴实际电压，结合梯度下降算法，得到两者差值的极小值，进而根据两者差值的极小值和电机转速，得到弱磁电流，进而弱磁电流进行弱磁控制，实现了波动性母线电压的自动追踪，提高无电解电容电机驱动系统动态响应速度的同时，提升了直流母线电压利用率。
8.在一些实施例中，上述获取电机的交轴给定电压，包括：获取电机的交轴给定电流、电机的交轴实际电流、电机的直轴实际电流以及电机永磁磁链；基于交轴给定电流与交轴实际电流的差值，得到未经过前馈补偿的交轴给定电压；基于直轴实际电流、电机永磁磁链、电机转速以及直轴电感，确定前馈补偿的补偿项；基于前馈补偿的补偿项以及未经过前馈补偿的交轴给定电压，确定交轴给定电压。
9.在一些实施例中，上述前馈补偿的补偿项满足以下关系：
10.m＝ωe(ldid ψf)
11.其中，ωe为电机转速，ld为直轴电感，id为直轴实际电流，ψf为电机永磁磁链，m为前馈补偿的补偿项。
12.在一些实施例中，上述未经过前馈补偿的交轴给定电压，满足以下关系：
[0013][0014]
其中，u
′q为未经过前馈补偿的交轴给定电压，s用于表示拉氏变换，k
p
为比例常数，ki为积分常数，i
*q
为交轴给定电流，iq为交轴实际电流。
[0015]
在一些实施例中，上述弱磁电流满足以下关系：
[0016][0017]
其中，x为弱磁电流，α为梯队下降算法中使用的学习率，s为用于表示拉氏变换，ω1为低通滤波器的带宽，ωe为电机转速，ld为直轴电感，δuq为交轴给定电压与交轴实际电压的差值。
[0018]
第二方面，本技术实施例提供一种弱磁控制装置，包括：通信单元，用于获取电机的交轴给定电压、电机的交轴实际电压、电机转速、电机的直轴电感以及梯队下降算法中使用的学习率；处理单元，用于：基于交轴给定电压与交轴实际电压的差值、电机转速、直轴电感以及梯度下降算法中使用的学习率，确定弱磁电流；以弱磁电流对电机进行弱磁控制。
[0019]
在一些实施例中，上述通信单元，具体用于：获取电机的交轴给定电流、电机的交轴实际电流、电机的直轴实际电流以及电机永磁磁链；基于交轴给定电流与交轴实际电流的差值，得到未经过前馈补偿的交轴给定电压；基于直轴实际电流、电机永磁磁链、电机转速以及直轴电感，确定前馈补偿的补偿项；基于前馈补偿的补偿项以及未经过前馈补偿的交轴给定电压，确定交轴给定电压。
[0020]
在一些实施例中，上述前馈补偿的补偿项满足以下关系：
[0021]
m＝ωe(ldid ψf)
[0022]
其中，ωe为电机转速，ld为直轴电感，id为直轴实际电流，ψf为电机永磁磁链，m为前馈补偿的补偿项。
[0023]
在一些实施例中，上述未经过前馈补偿的交轴给定电压，满足以下关系：
[0024][0025]
其中，u
′q为未经过前馈补偿的交轴给定电压，s用于表示拉氏变换，k
p
为比例常数，ki为积分常数，i
*q
为交轴给定电流，iq为交轴实际电流。
[0026]
在一些实施例中，上述弱磁电流满足以下关系：
[0027][0028]
其中，x为弱磁电流，α为梯队下降算法中使用的学习率，s为用于表示拉氏变换，ω1为低通滤波器的带宽，ωe为电机转速，ld为直轴电感，δuq为交轴给定电压与交轴实际电压的差值。
[0029]
第三方面，本技术实施例提供一种弱磁控制装置，包括：一个或多个处理器；一个或多个存储器；其中，一个或多个存储器用于存储计算机程序代码，计算机程序代码包括计算机指令，当一个或多个处理器执行计算机指令时，弱磁控制装置执行上述第一方面所提
供的任一种电机的弱磁控制方法。
[0030]
第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所提供的任一种电机的弱磁控制方法。
[0031]
第五方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品可直接加载到存储器中，并含有软件代码，该计算机程序产品经由计算机载入并执行后能够实现如第一方面所提供的任一种电机的弱磁控制方法。
[0032]
本技术中第二方面至第五方面的有益效果，可以参考第一方面的有益效果分析，此处不再赘述。
附图说明
[0033]
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0034]
图1为本技术实施例提供的一种无电解电容电机驱动系统框图；
[0035]
图2为本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法的流程示意图；
[0036]
图3为本技术实施例提供的另一种电机的弱磁控制方法的流程示意图；
[0037]
图4为本技术实施例提供的一种基于电压差的弱磁控制框图；
[0038]
图5为本技术实施例提供的一种系统控制框图；
[0039]
图6为本技术实施例提供的一种电机转速波形图；
[0040]
图7为本技术实施例提供的另一种电机转速波形图；
[0041]
图8为本技术实施例提供的另一种电机转速波形图；
[0042]
图9为本技术实施例提供的另一种电机转速波形图；
[0043]
图10为本技术实施例提供的一种施加弱磁控制方法前的电机交轴与直轴电流波形图；
[0044]
图11为本技术实施例提供的一种施加弱磁控制方法后的电机交轴与直轴电流波形图；
[0045]
图12为本技术实施例提供的一种弱磁控制装置的组成示意图；
[0046]
图13为本技术实施例提供的一种弱磁控制装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0047]
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。
[0048]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0049]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者
隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0050]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，在对管线进行描述时，本技术中所用“相连”、“连接”则具有进行导通的意义。具体意义需结合上下文进行理解。
[0051]
变频调速系统中，当电机运行在基速以上时，由于受直流母线电压的限制，需要进行弱磁控制。由于变频器有额定电压、电流的限制，所以无电解电容电机驱动系统中对电机的端电压、电流有一定的约束，输入电机的电压、电流不能够超过电机所能承受的极限值。将电机的电压的极限值用u
smax
表示，将电机的电流的极限值用i
smax
表示，用us表示电机的端电压，用is表示电机的端电流，具体约束条件满足如下关系：
[0052][0053]
为了使电机以更高的转速运行在恒功率范围内，需要通过减小励磁电流来削弱主气隙磁场来保证电压平衡，但是由于永磁同步电机中永磁体产生的磁场保持恒定，主气隙磁场不能进行调节，为了能够达到电机弱磁扩速的目的，可以通过调节电枢电流的方法来实现。
[0054]
传统的有电解的变频空调驱动方案，直流母线处采用大容量的电解电容来维持直流母线电压稳定，通常采用母线电压反馈法的弱磁控制，来拓宽电机的运行范围。采用母线电压反馈法弱磁控制系统中比例积分(proportional integral controller，pi)调节器中的积分和限符缓解会使调节器容易饱和，使电流调节器失去控制，系统的动态性能受到影响，不适用于无电解电容电机驱动系统。
[0055]
电机运行在基速以上时，因电流调节器的输出电压达到逆变器的最大输出电压，从而进入饱和状态，母线电压频繁波动影响pi调节器动态性能。同时，传统的目标电压反馈法的弱磁控制系统中，弱磁的参考电压(也可以称作给定电压)是直接给出的，其值为这个值是空间电压正六边形的内切圆半径，与逆变器所能提供的最大直流母线电压存在一定的差值，使得直流母线电压得不到充分利用。所以，如何提升直流母线的利用率是亟待解决的问题。
[0056]
基于此，本技术实施例提供一种电机的弱磁控制方法，采用电压差反馈，根据电机的给定电压与交轴实际电压，结合梯度下降算法，得到两者差值的极小值，进而根据两者差值的极小值和电机转速，得到弱磁电流，进而控制电机以弱磁电流进行弱磁控制，实现了波动性母线电压的自动追踪，提高无电解电容电机驱动系统动态响应速度的同时，提升了直流母线电压利用率。
[0057]
图1所示为本技术根据示例性实施例提供的一种无电解电容电机驱动系统框图。如图1所示，无电解电容电机驱动系统包括永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，pmsm)、逆变桥模块、直流母线、整流及功率因数校正(power factor correction，
pfc)模块、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)模块、相电流重构模块、位置估算模块、clark变换(图1中用αβ/abc表示)模块、park变换(图1中用dq/αβ表示)模块、前馈补偿系统模块、速度调节器、电流调节器、弱磁控制模块、park逆变换(图1中用dq/αβ表示)模块和控制器(图1中未示出)。
[0058]
在一些实施例中，上述无电解电容电机驱动系统可以应用于各种控制系统，例如，可以应用于空调系统。其中，空调系统包括多链接空调系统。
[0059]
在一些实施例中，pmsm是指根据电机的反电动势进行区分定义的电机:正弦反电势的永磁同步电机。
[0060]
在一些实施例中，电机包括直轴(d轴)和交轴(q轴)，d轴和q轴是电机转子上建立的一个坐标系，此坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴。
[0061]
在一些实施例中，逆变器模块是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v,50hz正弦波)。逆变器由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
[0062]
在一些实施例中，直流母线就是在变频器中承载整流后将交流变成直流，在逆变器中是将直流转变为交流。在变频器中用铜排的母线形式安装连接在一起，形成直流公共母线变频驱动系统。
[0063]
在一些实施例中，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
[0064]
功率因数是用来衡量用电设备用电效率的参数，低功率因数代表低电力效能。为了提高用电设备功率因数的技术就称为功率因数校正。
[0065]
在一些实施例中，pfc模块主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。而同步整流是采用通态电阻极低的专用功率mosfet，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。同步整流能提高变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
[0066]
在一些实施例中，svpwm的主要思想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。传统的spwm方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而svpwm方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
[0067]
普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态.其中000、111(这里是表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波。
[0068]
在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此需要不断的计算矢量作用时间。
为了计算机处理的方便，在合成时一般是定时器计算(如每0.1ms计算一次)。这样只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总和可能小于0.1ms，而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。由于在这样处理时，合成的驱动波形和pwm很类似，因此可以称作pwm，又因这种pwm是基于电压空间矢量去合成的，所以称作svpwm。
[0069]
在一些实施例中，位置估算模块用于解析出电机的旋转角度θ和电机转速ωe。
[0070]
在一些实施例中，将三相静止120度坐标系(a-b-c)下的正旋电流转换为两相静止直角坐标系下(α-β)的正旋电流称为clark变换。
[0071]
在一些实施例中，clark变换模块用于将电机三相静止电流ia、ib和ic变换至两相静止电流ia和i
β
。从定子角度来看，ia和i
β
是相互正交的时发电流值。
[0072]
在一些实施例中，将两相静止直角坐标系下(α-β)的正旋电流转换为两相旋转直角坐标下(d-q)的恒定电流称为park变换。
[0073]
在一些实施例中，park变换模块用于将两相静止电流ia和i
β
变换至两相旋转电流id和iq。id和iq为旋转坐标系下的正交电流。在稳定条件下，id和iq为常量。通过比例调节和积分调节(proportional integral controller，pi)控制器，输出ud和uq，即施加到电机上的电压矢量。进一步的，通过位置估算，估算出新的发换角。其中，u
a*
、u
β*
、ia和i
β
是输入参数。进一步的，通过使用新的角度θ，可将pi控制器输出的ud和uq经过park逆变换到静止坐标下正交电压值ua和u
β
。通过svpwm模块计算新的pwm占空比值，生成所期望的电压矢量。
[0074]
在一些实施例中，电流调节器是一种调节电路电流的电子设备，电流调节部级线圈之间增加一个活动铁芯作为磁分路分的称呼不同，前者称为电流调节器，以增加电抗。
[0075]
在一些实施例中，速度调节器是本调节板采用专业化设计，包含了自调匀整各环节，主要用于对压力、张力、速度、温度等参量组成系统的被控参量进行自动调节。
[0076]
在本技术所示的实施例中，控制器是指可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，指示无电解电容电机驱动系统执行控制指令的装置。示例性的，控制器可以为中央处理器(central processing unit，cpu)、通用处理器网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、微处理器、微控制器、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)或它们的任意组合。控制器还可以是其它具有处理功能的装置，例如电路、器件或软件模块，本技术实施例对此不做任何限制。
[0077]
此外，控制器可以用于控制无电解电容电机驱动系统中各部件工作，以使得无电解电容电机驱动系统运行实现无电解电容电机驱动系统的各预定功能。
[0078]
在一些实施例中，控制器可以与无电解电容电机驱动系统中的其他模块集成在一起，例如，控制器与svpwm模块集成在一块，也就是说svpwm模块具有控制器的功能。
[0079]
在一些实施例中，无电解电容电机驱动系统还可以包括电压传感器、第一电流传感器、第二电流传感器、转速传感器和存储器。
[0080]
在一些实施例中，电压传感器与控制器连接，电压传感器用于检测电机的交轴实际电压。
[0081]
在一些实施例中，第一电流传感器与控制器连接，第一电流传感器用于检测电机的交轴实际电流。
[0082]
在一些实施例中，第二电流传感器与控制器连接，第二电流传感器用于检测电机的直轴实际电流。
[0083]
在一些实施例中，转速传感器与控制器连接，转速传感器用于检测电机转速。
[0084]
在一些实施例中，存储器与控制器连接，存储器可用于存储软件程序及数据。控制器通过运行存储在存储器的软件程序或数据，从而执行无电解电容电机驱动系统的各种功能以及数据处理。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。存储器存储有使得无电解电容电机驱动系统能运行的操作系统。本技术中存储器可以存储操作系统及各种应用程序，还可以存储执行本技术实施例提供的电机的弱磁控制方法代码。
[0085]
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对无电解电容电机驱动系统的限定，无电解电容电机驱动系统可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0086]
下面结合说明书附图，对本技术提供的实施例进行具体介绍。
[0087]
如图2所示，本技术实施例提供了一种电机的弱磁控制方法，该方法可以应用于上述控制器，该方法包括如下步骤：
[0088]
s101、获取电机的交轴给定电压、电机的交轴实际电压、电机转速、电机的直轴电感以及梯度下降算法中使用的学习率。
[0089]
在一些实施例中，在无电解电容电机驱动系统的工作过程中，控制器实时检测无电解电容电机驱动系统的工作参数，以便于实时确定出无电解电容电机驱动系统中电机的弱磁电流，进而以电机的弱磁电流对电机进行弱磁控制，以此来提升无电解电容电机驱动系统中直流母线电压利用率。
[0090]
在一些实施例中，无电解电容电机驱动系统的工作参数包括电机的交轴给定电压、电机的交轴实际电压、电机转速、电机的直轴电感以及梯度下降算法中使用的学习率。
[0091]
其中，无电解电容电机驱动系统的工作参数中的一些参数可以是通过检测得到的检测值，也可以是通过计算得到的计算值。例如，电机的交轴实际电压可以是控制器通过电压传感器检测到的，电机转速可以是控制器通过转速传感器检测到的。而电机的给定电压可以是控制器根据无电解电容电机驱动系统的工作参数中的一些参数计算得到的。关于控制器如何根据无电解电容电机驱动系统的工作参数中的一些参数计算得到电机的给定电压，可以参照下述步骤s201-步骤s204的描述，在此不予赘述。
[0092]
在一些实施例中，电机的交轴给定电压可以是根据直流母线电压的采样值以及svpwm控制输出的占空比重构出的。
[0093]
在一些实施例中，电机的交轴给定电压可以理解为电机的交轴电压的目标值。
[0094]
在一些实施例中，梯度下降法(gradient descent)是迭代法的一种，可以用于求解最小二乘问题(线性和非线性都可以)。顾名思义，梯度下降法的计算过程就是沿梯度下降的方向求解极小值。梯度下降法是一个广泛被用来最小化模型误差的参数优化算法。梯度下降法通过多次迭代，并在每一步中最小化成本函数(cost function)来估计模型的参数。为了能够使得梯度下降法有较好的性能，需要把学习率的值设定在合适的范围内。学习率决定了参数移动到最优值的速度快慢。如果学习率过大，很可能会越过最优值；反而如果学习率过小，优化的效率可能过低，长时间算法无法收敛。
[0095]
在本技术的一些实施例中，梯度下降算法法用于确定电机的交轴给定电压与交轴实际电压之间差值的极小值。梯度下降算法中使用的学习率决定弱磁运行的增益，决定弱磁控制的性能，学习率较大时意味着较低的电压利用率。
[0096]
s102、基于交轴给定电压与交轴实际电压之间的差值、电机转速、直轴电感以及梯度下降算法中使用的学习率，确定弱磁电流。
[0097]
在一些实施例中，弱磁电流满足下述公式(1)：
[0098][0099]
其中，x为弱磁电流，α为梯队下降算法中使用的学习率，s为用于表示拉氏变换，ωe为电机转速，ld为直轴电感，δuq为交轴给定电压与交轴实际电压之间的差值。
[0100]
需要说明的是，由于电流调节器中缺乏电压裕度，较小的学习率会导致较大的电流波动。同时为了减小电流修正量中交流谐波的影响，本技术实施例提出在确定弱磁电流的过程中添加一个低通滤波器，上述公式(1)中的ω1即为低通滤波器的带宽。
[0101]
其中，拉氏变换即拉普拉斯变换，为简化计算而建立的实变量函数和复变量函数间的一种函数变换。对一个实变量函数作拉普拉斯变换，并在复数域中作各种运算，再将运算结果作拉普拉斯反变换来求得实数域中的相应结果，往往比直接在实数域中求出同样的结果在计算上容易得多。拉普拉斯变换的这种运算步骤对于求解线性微分方程尤为有效，它可把微分方程化为容易求解的代数方程来处理，从而使计算简化。
[0102]
s103、以弱磁电流对电机进行弱磁控制。
[0103]
在一些实施例中，控制器在确定了弱磁电流之后，控制器可以向电机发送包括弱磁电流的控制指令，以控制电机以弱磁电流进行工作，实现对电机的弱磁控制。
[0104]
基于图2所示的实施例至少带来以下有益效果：针对无电解电容电机驱动系统使用小容量的薄膜电容，采用传统基于母线电压闭环的弱磁控制方法会造成直流母线电压利用率较低的问题，本技术实施例提供一种电机的弱磁控制方法，采用电压差反馈法来得到弱磁电流。具体的，根据电机的给定电压与交轴实际电压，结合梯度下降算法，得到两者差值的极小值，进而根据两者差值的极小值和电机转速，得到弱磁电流，进而控制电机以弱磁电流进行工作，实现了波动性母线电压的自动追踪，提高无电解电容电机驱动系统动态响应速度的同时，提升了直流母线电压利用率。
[0105]
在一些实施例中，如图3所示，上述步骤s101中获取电机的交轴给定电压可以具体实现为以下步骤：
[0106]
s201、获取电机的交轴给定电流、电机的交轴实际电流、电机的直轴实际电流以及电机永磁磁链。
[0107]
在一些实施例中，上述无电解电容电机驱动系统的工作参数还包括电机的交轴给定电流、电机的交轴实际电流、电机的直轴实际电流以及电机永磁磁链。其中，电机的交轴实际电流可以是控制器通过第一电流传感器检测到的，电机的直轴实际电流可以是控制器通过第二电流传感器检测到的，电机的交轴给定电流和电机永磁磁链可以是无电解电容电机驱动系统的管理人员预先存储至无电解电容电机驱动系统的存储器中的。
[0108]
在一些实施例中，电机的交轴给定电流可以理解为电机的交轴电流的目标值。
[0109]
s202、基于交轴给定电流与交轴实际电流的差值，得到未经前馈补偿的交轴给定
电压。
[0110]
示例性的，未经过前馈补偿的交轴给定电压，满足下述公式(2)：
[0111][0112]
其中，u
′q为未经过前馈补偿的交轴给定电压，s用于表示拉氏变换，k
p
为比例常数，ki为积分常数，i
*q
为交轴给定电流，iq为交轴实际电流。
[0113]
s203、基于直轴实际电流、电机永磁磁链、电机转速以及直轴电感，确定前馈补偿的补偿项。
[0114]
示例性的，前馈补偿的补偿项满足下述公式(3)：
[0115]
m＝ωe(ldid ψf)
ꢀꢀ
公式(3)
[0116]
其中，ωe为电机转速，ld为直轴电感，id为直轴实际电流，ψf为电机永磁磁链，m为前馈补偿的补偿项。
[0117]
s204、基于前馈补偿的补偿项以及未经过前馈补偿的交轴给定电压，确定交轴给定电压。
[0118]
在一些实施例中，可以将前馈补偿的补偿项以及未经过前馈补偿的交轴给定电压的和，作为交轴给定电压。
[0119]
示例性的，交轴给定电压满足下述公式(4)：
[0120][0121]
以上实施例介绍了弱磁电流的确定过程，下面将结合完整的流程对本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法进行举例说明。
[0122]
图4为本技术根据示例性实施例提供的一种基于电压差的弱磁控制框图。需要说明的是，图4中的虚线框部分相当于图1中的弱磁控制模块。电压差的弱磁控制方法使用的是电压给定的合成电压矢量作为给定电压u
sref
，并利用母线电压的采样值和svpwm控制输出的占空比众构建出实际的电压矢量us。利用梯度下降法，得到两者差值的极小值，进而进行弱磁控制。图4中ω
eref
为目标给定转速，与反馈转速作差后经过pi调节器，输出交轴目标电流i
qref
，用于电流环的输入。u
dref
为经过电流环pi调节器调节后输出的直轴目标电压，u
qref
为经过电流环pi调节器调节后输出的交轴目标电压。
[0123]
在驱动系统处于线性区时，此时给定电压u
sref
与实际电压us直流量相等，指示波动分量不同，因此此时直轴电流给定的弱磁分量δid围绕0进行波动，系统不处于弱磁状态。而当输出功率逐渐增大，系统逐渐进入过调制区，实际电压us无法在δid＝0时驱动系统正常运行，此时u
sref
的直流量大于us，使δid下降，系统进入弱磁状态。由于梯度下降法，u
sref
与us之间的差值依然为最小值，电压利用率较高。
[0124]
根据电机电压的表达式，由于电感之间的相互影响，交直轴之间存在相互耦合，这种耦合效果还收电机转速的影响，电机转速越高，耦合效果越强。如果忽略耦合部分，就会对电机控制带来较大的误差，因此，需要对电机进行解耦控制。
[0125]
加入补偿项后得到前馈补偿法的电压方程可以如下述公式(5)和公式(6)所示：
[0126][0127]
其中，u
*d
为直轴给定电压，s用于表示拉氏变换，k
p
为比例常数，ki为积分常数，i
*d
为直轴给定电流，id为直轴实际电流，ωe为电机转速，lq为交轴电感，iq为交轴实际电流。
[0128][0129]
其中，u
*q
为交轴给定电压，i
*q
为交轴给定电流，iq为交轴实际电流，ld为直轴电感，id为直轴实际电流，ψf为电机永磁磁链。
[0130]
加入前馈补偿后的系统控制框图可以如下述图5所示。其中，图5中的r为定子电阻。
[0131]
需要说的是，图5所示的虚线框可以相当于图1中的前馈补偿系统。
[0132]
进一步的，设置下述公式(6)所示的价值函数来使直流目标电压利用率最大化：
[0133][0134]
其中，δud为直轴给定电压与直轴实际电压之间的差值，δuq为交轴给定电压与交轴实际电压之间的差值。
[0135]
在一些实施例中，上述δud可以由下述公式(7)所示：
[0136]
δud＝u
*d-ud＝-ωel
qi*q-udꢀꢀ
公式(7)
[0137]
其中，i
*q
为交轴给定电流。
[0138]
在一些实施例中，上述，δuq可以由下述公式(8)所示：
[0139]
δud＝u
*q-uq＝ωe(ldi
*d
ψf)-uqꢀꢀ
公式(8)
[0140]
其中，i
*d
为直轴给定电流。
[0141]
公式(7)和公式(8)中，u
*d
和u
*q
是svpwm调制前的电压，ud和uq是svpwm调制后的电压。
[0142]
在一些实施例中，采用梯度下降法获得价值函数极值可以如下述公式(9)所示：
[0143][0144]
公式(9)中，为上述构造的价值函数j，分别对应直轴电流和交轴电流的偏导数，α为学习率，决定弱磁运行的增益和弱磁控制的性能，α较大时意味着较低的电压利用率。
[0145]
然而，由于电流调节器缺乏电压裕度，较小的学习率会导致较大的电流波动。同时为了减小电流修正量中交流谐波的影响，添加一个低通滤波器，因此电流修正量可以通过下述公式(10)推导而出：
[0146][0147]
其中，δid为直轴给定电流与直轴实际电流之间的差值，δiq为交轴给定电流与交轴实际电流之间的差值，ωc为截止频率。
[0148]
因此，弱磁控制中修改后的直轴给定电流和交轴给定电流如下述公式(11)和公式(12)所示：
[0149][0150]
其中，i
*dm
为弱磁控制中修改后的直轴给定电流，ω1为低通滤波器的带宽。
[0151][0152]
其中，i
*qm
为弱磁控制中修改后的交轴给定电流。
[0153]
下面结合matlab/simulink建立仿真模型来对本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法进行验证。在仿真模型中，选定150rps作为转速标定。当电机转速达到0.4pu以上时，开始出现调制状态，在仿真模型中给定电机的运行转速为0.6pu，负载给定为20n
*m
。如图6所示，未施加本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法时，电机转速无法运行至0.6pu。在而施加了本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法后，如图7所示，由于有效拓宽了电机转速范围，使反馈转速能够正常跟踪给定转速。
[0154]
为了进一步验证该弱磁控制方法效果，在上述基础上将电机给定转速(也就是目标转速)提高至0.75pu。如图8所示，当未施加本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法时，电机的转速最高只能升至0.52pu左右。而当施加了本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法后，如图9所示，电机的转速能够追踪至给定值0.75pu。
[0155]
图10为本技术实施例提供的一种施加弱磁控制方法前的电机交轴与直轴电流波形图。图11为本技术根据示例性实施例提供的一种施加弱磁控制方法后的电机交轴与直轴电流波形图，由图10和图11可以看出，在施加了本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法之后，电机在升速过程中，由于未达到过调制转速区域，其直轴电流在0附近。当达到过调制转速区域之后，弱磁控制方法使能，从而起到拓宽转速的效果。
[0156]
从上述图11可以看出，采用本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法之后，能够有效拓宽电机转速范围，使反馈转速能够自适应跟踪给定转速，达到弱磁控制的目的。
[0157]
综上所述，本技术实施例提供的一种电机的弱磁控制方法，通过对比分析有电解和无电解变频控制系统的差异，针对三相无电解变频控制系统使用小容量的薄膜电容，存在电压周期性波动现象，不适宜采用传统基于母线电压闭环的弱磁控制策略的问题，提供了一种基于电压差的自适应弱磁控制方法，并考虑到交直轴之间存在相互耦合关系，影响弱磁控制效果，对电机进行解耦控制，加快了系统动态响应，提高了控制精度。
[0158]
如图12所示，本技术实施例提供了一种弱磁控制装置，用于执行上述图2和图3所示的电机的弱磁控制方法，该弱磁控制装置2000包括：通信单元2001和处理单元2002。在一些实施例中，上述弱磁控制装置2000还可以包括存储单元2003。
[0159]
在一些实施例中，通信单元2001，用于获取电机的交轴给定电压、电机的交轴实际电压、电机转速、电机的直轴电感以及梯队下降算法中使用的学习率。
[0160]
处理单元2002，用于：基于交轴给定电压与交轴实际电压的差值、电机转速、直轴电感以及梯队下降算法中使用的学习率，确定弱磁电流；以弱磁电流对电机进行弱磁控制。
[0161]
在一些实施例中，上述通信单元2001，具体用于：获取电机的交轴给定电流、电机的交轴实际电流、电机的直轴实际电流以及电机永磁磁链；基于交轴给定电流与交轴实际电流的差值，得到未经过前馈补偿的交轴给定电压；基于直轴实际电流、电机永磁磁链、电
机转速以及直轴电感，确定前馈补偿的补偿项；基于前馈补偿的补偿项以及未经过前馈补偿的交轴给定电压，确定交轴给定电压。
[0162]
在一些实施例中，存储单元2003，用于存储电机的交轴给定电压、直轴给定电压、交轴给定电流、直轴给定电流、直轴电感、梯度下降算法中使用的学习率。
[0163]
在一些实施例中，存储单元2003，用于存储电机的弱磁电流以及修改后的弱磁电流。
[0164]
图11中的单元也可以称为模块，例如，处理单元可以称为处理模块。
[0165]
图11中的各个单元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，本技术实施例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全部或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，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。存储计算机软件产品的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0166]
本技术实施例还提供一种弱磁控制装置的硬件结构示意图，如图13所示，该弱磁控制装置3000包括处理器3001，可选的，还包括与处理器3001连接的存储器3002和通信接口3003。处理器3001、存储器3002和通信接口3003通过总线3004连接。
[0167]
处理器3001可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，通用处理器网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、微处理器、微控制器、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)或它们的任意组合。处理器3001还可以是其它任意具有处理功能的装置，例如电路、器件或软件模块。处理器3001也可以包括多个cpu，并且处理器3001可以是一个单核(single-cpu)处理器，也可以是多核(multi-cpu)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
[0168]
存储器3002可以是只读存储器(read-only memory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，本技术实施例对此不作任何限制。存储器3002可以是独立存在，也可以和处理器3001集成在一起。其中，存储器3002中可以包含计算机程序代码。处理器3001用于执行存储器3002中存储的计算机程序代码，从而实现本技术实施例提供的电机的弱磁控制方法。
[0169]
通信接口3003可以用于与其他设备或通信网络通信(如以太网，无线接入网(radio access network，ran)，无线局域网(wireless local area networks，wlan)等)。通信接口3003可以是模块、电路、收发器或者任何能够实现通信的装置。
[0170]
总线3004可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)
总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。总线3004可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图13中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0171]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机执行指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种方法。
[0172]
本技术实施例还提供了一种包含计算机执行指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种方法。
[0173]
本技术实施例还提供了一种芯片，包括：处理器和接口，处理器通过接口与存储器耦合，当处理器执行存储器中的计算机程序或计算机执行指令时，使得上述实施例提供的任意一种方法被执行。
[0174]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机执行指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机执行指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机执行指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0175]
尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0176]
尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0177]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。