本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法、一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置以及一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)以其控制性能好、功率密度高、節(jié)能等特點，已經(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。其中，在很多應(yīng)用場合中，要求永磁同步電機(jī)運行在高頻范圍，繼而運行在弱磁區(qū)間，例如基于永磁同步電機(jī)的變頻壓縮機(jī)、基于永磁同步電機(jī)的風(fēng)機(jī)等。

相關(guān)技術(shù)中的弱磁控制方法大多基于線性調(diào)制區(qū)。但是其存在的問題是，沒有考慮過調(diào)制的影響，而在很多需要深度弱磁的應(yīng)用場合，應(yīng)用過調(diào)制技術(shù)是優(yōu)先選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法，能夠?qū)⑦^調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置。本發(fā)明的又一個目的在于提出一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出的一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法，包括以下步驟：獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)所述第一輸出電壓u_d/u_q或所述第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s；根據(jù)所述期望輸出電壓u_s的幅值判斷所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)；如果所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，則根據(jù)所述期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)所述期望輸出電壓u_s和所述過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)所述弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法，先獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，然后根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q和第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s，并根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，則根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實施例的方法能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并能夠?qū)⑦^調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)所述期望輸出電壓u_s的幅值判斷所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，包括：獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓；如果所述期望輸出電壓u_s的幅值大于所述直流母線電壓的倍，則判斷所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)所述期望輸出電壓u_s和所述過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，包括：

獲取所述過調(diào)制電壓限制閾值與所述期望輸出電壓u_s的幅值之間的第一電壓差值；根據(jù)所述第一電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成所述弱磁電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在根據(jù)所述期望輸出電壓u_s和所述過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流后，還包括：根據(jù)預(yù)設(shè)限幅模型對所述弱磁電流進(jìn)行限制，以使所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)限幅后的所述弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)所述期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，包括：獲取所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下所述期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓或者所述靜止所標(biāo)系下所述期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓；將所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的最大輸出電壓或所述靜止所標(biāo)系下的最大輸出電壓作為過調(diào)制電壓限制閾值。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出的一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置，包括：獲取模塊，用于獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)所述第一輸出電壓u_d/u_q或所述第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s；判斷模塊，用于根據(jù)所述期望輸出電壓u_s的幅值判斷所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)；弱磁控制模塊，用于在所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)時，根據(jù)所述期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)所述期望輸出電壓u_s和所述過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)所述弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置，先通過獲取模塊獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q和第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s，進(jìn)而判斷模塊根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，弱磁控制模塊則根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實施例的裝置能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并將過調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述判斷模塊進(jìn)一步用于，獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并在所述期望輸出電壓u_s的幅值大于所述直流母線電壓的倍時，判斷所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述弱磁控制模塊用于，獲取所述過調(diào)制電壓限制閾值與所述期望輸出電壓u_s的幅值之間的第一電壓差值，并根據(jù)所述第一電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成所述弱磁電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述弱磁控制模塊還用于，在根據(jù)所述過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流后，根據(jù)預(yù)設(shè)限幅模型對所述弱磁電流進(jìn)行限制，以使所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)限幅后的所述弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述弱磁控制模塊用于，獲取所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下所述期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓或者所述靜止所標(biāo)系下所述期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓，并將所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的最大輸出電壓或所述靜止所標(biāo)系下的最大輸出電壓作為過調(diào)制電壓限制閾值。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明又一方面實施例提出的一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，包括所述的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，通過上述的弱磁控制裝置，能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并將過調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的永磁同步電機(jī)的控制電路的拓?fù)涫疽鈭D；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與靜止坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的空間電壓調(diào)制的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的空間電壓調(diào)制的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法的控制框圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的矢量控制框圖，其中，永磁同步電機(jī)為表貼式永磁同步電機(jī)；

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的矢量控制框圖，其中，永磁同步電機(jī)為內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)；以及

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置的方框示意圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參考附圖來描述本發(fā)明實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法、永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置以及永磁同步電機(jī)系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟：

S1：獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q或第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)可包括控制芯片、驅(qū)動單元、電解電容和永磁同步電機(jī)。其中，電解電容并聯(lián)在驅(qū)動單元的輸入端，驅(qū)動單元的輸出端與永磁同步電機(jī)相連，驅(qū)動單元用于驅(qū)動永磁同步電機(jī)；控制芯片用于通過電流檢測單元檢測永磁同步電機(jī)的相電流，并根據(jù)永磁同步電機(jī)的相電流輸出驅(qū)動信號至驅(qū)動單元，以通過驅(qū)動單元控制永磁同步電機(jī)的運行。根據(jù)本發(fā)明的一個具體示例，電流檢測單元可包括三個(或者兩個)電流傳感器。驅(qū)動單元可以為由6個IGBT組成的三相橋式驅(qū)動電路、或者由6個MOSFET組成的三相橋式驅(qū)動電路、或者采用智能功率模塊IPM，同時每個IGBT或MOSFET具有相應(yīng)的反并聯(lián)二極管。

其中，如圖3所示，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下可具有d軸和q軸，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q可指d軸電壓u_d和q軸電壓u_q，此時，期望輸出電壓u_s可為d軸電壓u_d與q軸電壓u_q合成的電壓矢量。另外，根據(jù)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的估計角度θ_e對d軸電壓u_d和q軸電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，靜止坐標(biāo)系下可具有α軸和β軸，靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β可指α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，此時，期望輸出電壓u_s可為α軸電壓u_α與β軸電壓u_β合成的電壓矢量。

S2：根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)。

其中，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下第二輸出電壓u_α/u_β計算期望輸出電壓u_s的幅值u_s，即

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，即步驟S2包括：獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓；如果期望輸出電壓u_s的幅值大于直流母線電壓的倍，則判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，其中，

進(jìn)一步地，如果期望輸出電壓u_s的幅值小于或等于直流母線電壓的倍，則判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)。

。即言，當(dāng)期望輸出電壓u_s的幅值大于直流母線電壓u_dc的0.577倍時，判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)；當(dāng)期望輸出電壓u_s的幅值小于或等于直流母線電壓u_dc的0.577倍時，判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)。

S3：如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，則根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)，則根據(jù)直流母線電壓計算線性調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和線性調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流。

也就是說，在本發(fā)明實施例中，將弱磁控制分為線性調(diào)制區(qū)的弱磁控制和過調(diào)制區(qū)的弱磁控制，當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法且驅(qū)動器工作在線性調(diào)制區(qū)內(nèi)而不進(jìn)行過調(diào)制時，將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為線性調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和線性調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流；當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法且驅(qū)動器可以工作在過調(diào)制區(qū)時，將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，包括：獲取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓或者靜止所標(biāo)系下期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓；將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的最大輸出電壓或靜止所標(biāo)系下的最大輸出電壓作為過調(diào)制電壓限制閾值。

也就是說，如圖4和圖5所示，正六邊形邊界及其內(nèi)部區(qū)域為電壓空間，過調(diào)制電壓限制閾值可為期望輸出電壓u_s(或者表示為u_d/u_q，或者表示為u_α/u_β)矢量方向上能夠輸出的最大電壓，即期望輸出電壓u_s與電壓空間邊界(正六邊形)的交點形成的電壓矢量幅值。

具體地，如圖4所示，如果期望輸出電壓u_s位于電壓空間內(nèi)，則調(diào)制后的輸出電壓與期望輸出電壓u_s一致，輸出電壓限制值u_lim可為期望輸出電壓u_s延長線與電壓空間邊界(正六邊形)交點的矢量幅值；

如圖5所示，如果期望輸出電壓u_s位于電壓空間外，則調(diào)制后輸出電壓與期望輸出電壓u_s不相同，輸出電壓限制值u_lim可為期望輸出電壓u_s與電壓空間邊界(正六邊形)交點的矢量幅值。

具體來說，根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，包括，根據(jù)直流母線電壓計算對應(yīng)的電壓空間，例如，可以為2/3倍的直流母線電壓即為基本電壓矢量構(gòu)造電壓空間；將期望輸出電壓u_s或期望輸出電壓u_s延長線與電壓空間的邊界的交點作為過調(diào)制電壓限制閾值。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，包括：獲取過調(diào)制電壓限制閾值與期望輸出電壓u_s的幅值之間的第一電壓差值；根據(jù)第一電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成弱磁電流。

并且，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)期望輸出電壓u_s和線性調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，包括：獲取線性調(diào)制電壓限制閾值與期望輸出電壓u_s的幅值之間的第二電壓差值；根據(jù)第二電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成弱磁電流。

需要說明的是，預(yù)設(shè)PI控制模型中的比例參數(shù)可為零，此時預(yù)設(shè)PI控制模型僅為積分模型，可對第一電壓差值或第二電壓差值進(jìn)行積分控制；預(yù)設(shè)PI控制模型中的比例參數(shù)也可不為零，此時預(yù)設(shè)PI控制模型為比例積分模型，可對第一電壓差值或第二電壓差值進(jìn)行比例積分控制。

具體來說，如圖6所示，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下輸出電壓u_α/u_β計算期望輸出電壓u_s的幅值，即：

當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法并且系統(tǒng)只工作在線性調(diào)制區(qū)內(nèi)而不進(jìn)行過調(diào)制時，將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為線性調(diào)制電壓限制閾值u_lim1例如直流母線電壓u_dc的0.577倍，即u_lim1＝0.577u_dc，其中，

將線性調(diào)制電壓限制閾值u_lim1減去望輸出電壓u_s的幅值以得到第一電壓差值Δu1，即Δu1＝u_lim1-u_s，并對第一電壓差值Δu1進(jìn)行純積分控制或者比例-積分控制以調(diào)節(jié)弱磁電流。

當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法并且系統(tǒng)可以工作在過調(diào)制區(qū)時，將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下輸出電壓u_α/u_β計算過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2。

將過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2減去望輸出電壓u_s的幅值以得到第二電壓差值Δu2，即Δu2＝u_lim2-u_s，并對第二電壓差值Δu2進(jìn)行純積分控制或者比例-積分控制以調(diào)節(jié)弱磁電流。

進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流后，還包括：根據(jù)預(yù)設(shè)限幅模型對弱磁電流進(jìn)行限制，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)限幅后的弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

也就是說，經(jīng)預(yù)設(shè)PI控制模型輸出的弱磁電流，可再經(jīng)過預(yù)設(shè)限幅模型即限幅環(huán)節(jié)的限幅以得到限幅后的弱磁電流i_fwc，進(jìn)而根據(jù)限幅后的弱磁電流i_fwc進(jìn)行弱磁控制，其中，限幅環(huán)節(jié)的上限可為零、限幅環(huán)節(jié)的下限可為d軸電流的最小值i_{d_min}。

下面結(jié)合圖6-8對永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制流程進(jìn)行詳細(xì)描述，在本實施例中，以永磁同步電機(jī)的無傳感器矢量控制為例進(jìn)行描述，而永磁同步電機(jī)的有傳感器矢量控制與本實施例并無區(qū)別，不再贅述。

在永磁同步電機(jī)的矢量控制中，速度校正單元根據(jù)給定轉(zhuǎn)速與對估計轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度校正例如進(jìn)行比例-積分調(diào)節(jié)以獲得給定轉(zhuǎn)矩

在表貼式永磁同步電機(jī)中，根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t計算給定轉(zhuǎn)矩電流(即給定q軸電流)給定直軸電流(即給定d軸電流)由弱磁電流i_fwc決定例如在內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)矩控制單元根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t以及弱磁電流i_fwc經(jīng)過最大轉(zhuǎn)矩電流控制(MTPA)計算得到給定交軸電流(給定q軸電流)和給定直軸電流(給定d軸電流)

電流校正單元根據(jù)給定d軸電流和給定q軸電流分別對直軸反饋電流i_d和交軸反饋電流i_q進(jìn)行電流校正以獲得直軸電壓u_d和交軸電壓u_q。然后，逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元根據(jù)估計角度對直軸電壓u_d和交軸電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得α軸電壓u_α與β軸電壓u_β。進(jìn)而空間矢量調(diào)制單元再對α軸電壓u_α與β軸電壓u_β進(jìn)行SVM(Space Vetor Modulation，空間矢量調(diào)制)調(diào)制以生成PWM驅(qū)動信號；驅(qū)動單元根據(jù)PWM驅(qū)動信號驅(qū)動永磁同步電機(jī)。

通過電流檢測單元采集永磁同步電機(jī)的三相電流，clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元對三相電流進(jìn)行clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得兩相電流i_α/i_β；park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元根據(jù)估計角度對兩相電流i_α/i_β進(jìn)行park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得直軸反饋電流i_d和交軸反饋電流i_q。位置估計單元例如速度磁鏈觀測器根據(jù)輸出電壓u_α/u_β和兩相電流i_α/i_β以及電機(jī)參數(shù)(電機(jī)電阻R_s、直軸電感L_d和交軸電感L_q)通過無傳感器估計算法估計轉(zhuǎn)子的位置和速度以獲得估計轉(zhuǎn)速和估計電角度

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制方法，先獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，然后根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q和第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s，并根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，則根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實施例的方法能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并能夠?qū)⑦^調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，充分利用直流母線電壓，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置的方框示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖2所示，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)可包括控制芯片1、驅(qū)動單元2、電解電容EC和永磁同步電機(jī)3。其中，電解電容EC并聯(lián)在驅(qū)動單元2的輸入端，驅(qū)動單元2的輸出端與永磁同步電機(jī)3相連，驅(qū)動單元2用于驅(qū)動永磁同步電機(jī)3；控制芯片1用于通過電流檢測單元4檢測永磁同步電機(jī)3的相電流，并根據(jù)永磁同步電機(jī)3的相電流輸出驅(qū)動信號至驅(qū)動單元2，以通過驅(qū)動單元2控制永磁同步電機(jī)3的運行。根據(jù)本發(fā)明的一個具體示例，電流檢測單元4可包括三個(或者兩個)電流傳感器。驅(qū)動單元2可以為由6個IGBT組成的三相橋式驅(qū)動電路、或者由6個MOSFET組成的三相橋式驅(qū)動電路、或者采用智能功率模塊IPM，同時每個IGBT或MOSFET具有相應(yīng)的反并聯(lián)二極管。

其中，如圖3所示，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下可具有d軸和q軸，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q可指d軸電壓u_d和q軸電壓u_q，此時，期望輸出電壓u_s可為d軸電壓u_d與q軸電壓u_q合成的電壓矢量。另外，根據(jù)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的估計角度θ_e對d軸電壓u_d和q軸電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，靜止坐標(biāo)系下可具有α軸和β軸，靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β可指α軸電壓u_α和β軸電壓u_β，此時，期望輸出電壓u_s可為α軸電壓u_α與β軸電壓u_β合成的電壓矢量。

如圖9所示，本發(fā)明實施例的弱磁控制裝置100包括：獲取模塊10、判斷模塊20和弱磁控制模塊30。

其中，獲取模塊10用于獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q或第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s；判斷模塊20用于根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)；弱磁控制模塊30用于在永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)時，根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

其中，判斷模塊20可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下第二輸出電壓u_α/u_β計算期望輸出電壓u_s的幅值u_s，即

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)，弱磁控制模塊30則根據(jù)直流母線電壓計算線性調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和線性調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流。

也就是說，在本發(fā)明實施例中，將弱磁控制分為線性調(diào)制區(qū)的弱磁控制和過調(diào)制區(qū)的弱磁控制，當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法且驅(qū)動器工作在線性調(diào)制區(qū)內(nèi)而不進(jìn)行過調(diào)制時，弱磁控制模塊30將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為線性調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和線性調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流；當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法且驅(qū)動器可以工作在過調(diào)制區(qū)時，弱磁控制模塊30將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，判斷模塊20進(jìn)一步用于，獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并在期望輸出電壓u_s的幅值大于直流母線電壓的倍時，判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，其中，

進(jìn)一步地，如果期望輸出電壓u_s的幅值小于或等于直流母線電壓的倍，判斷模塊20則判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)。

即言，當(dāng)期望輸出電壓u_s的幅值大于直流母線電壓u_dc的0.577倍時，判斷模塊20判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)；當(dāng)期望輸出電壓u_s的幅值小于或等于直流母線電壓u_dc的0.577倍時，判斷模塊20判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于線性調(diào)制區(qū)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，弱磁控制模塊30用于，獲取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓或者靜止所標(biāo)系下期望輸出電壓u_s的矢量方向上的最大輸出電壓，并將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的最大輸出電壓或靜止所標(biāo)系下的最大輸出電壓作為過調(diào)制電壓限制閾值。

也就是說，如圖4和圖5所示，正六邊形邊界及其內(nèi)部區(qū)域為電壓空間，過調(diào)制電壓限制閾值可為期望輸出電壓u_s(或者表示為u_d/u_q，或者表示為u_α/u_β)矢量方向上能夠輸出的最大電壓，即期望輸出電壓u_s與電壓空間邊界(正六邊形)的交點形成的電壓矢量幅值。

具體地，如圖4所示，如果期望輸出電壓u_s位于電壓空間內(nèi)，則調(diào)制后的輸出電壓與期望輸出電壓u_s一致，輸出電壓限制值u_lim可為期望輸出電壓u_s延長線與電壓空間邊界(正六邊形)交點的矢量幅值；

如圖5所示，如果期望輸出電壓u_s位于電壓空間外，則調(diào)制后輸出電壓與期望輸出電壓u_s不相同，輸出電壓限制值u_lim可為期望輸出電壓u_s與電壓空間邊界(正六邊形)交點的矢量幅值。

具體來說，可根據(jù)直流母線電壓計算對應(yīng)的電壓空間，例如，可以為2/3倍的直流母線電壓即為基本電壓矢量構(gòu)造電壓空間；將期望輸出電壓u_s或期望輸出電壓u_s延長線與電壓空間的邊界的交點作為過調(diào)制電壓限制閾值。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，弱磁控制模塊30用于，獲取過調(diào)制電壓限制閾值與期望輸出電壓u_s的幅值之間的第一電壓差值，并根據(jù)第一電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成弱磁電流。

并且，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，弱磁控制模塊30還用于，獲取線性調(diào)制電壓限制閾值與期望輸出電壓u_s的幅值之間的第二電壓差值；根據(jù)第二電壓差值和預(yù)設(shè)PI控制模型生成弱磁電流。

需要說明的是，預(yù)設(shè)PI控制模型中的比例參數(shù)可為零，此時預(yù)設(shè)PI控制模型僅為積分模型，可對第一電壓差值或第二電壓差值進(jìn)行積分控制；預(yù)設(shè)PI控制模型中的比例參數(shù)也可不為零，此時預(yù)設(shè)PI控制模型為比例積分模型，可對第一電壓差值或第二電壓差值進(jìn)行比例積分控制。

具體來說，如圖6所示，弱磁控制模塊30可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下輸出電壓u_α/u_β計算期望輸出電壓u_s的幅值，即：

當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法并且系統(tǒng)只工作在線性調(diào)制區(qū)內(nèi)而不進(jìn)行過調(diào)制時，弱磁控制模塊30將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為線性調(diào)制電壓限制閾值u_lim1，即直流母線電壓u_dc的0.577倍，即u_lim1＝0.577u_dc，其中，

并且，弱磁控制模塊30將線性調(diào)制電壓限制閾值u_lim1減去望輸出電壓u_s的幅值以得到第一電壓差值Δu1，即Δu1＝u_lim1-u_s，并對第一電壓差值Δu1進(jìn)行純積分控制或者比例-積分控制以調(diào)節(jié)弱磁電流。

當(dāng)采用空間矢量脈寬調(diào)制算法并且系統(tǒng)可以工作在過調(diào)制區(qū)時，弱磁控制模塊30將輸出電壓限制值u_lim設(shè)置為過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下輸出電壓u_α/u_β計算過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2。

并且，弱磁控制模塊30將過調(diào)制電壓限制閾值u_lim2減去望輸出電壓u_s的幅值以得到第二電壓差值Δu2，即Δu2＝u_lim2-u_s，并對第二電壓差值Δu2進(jìn)行純積分控制或者比例-積分控制以調(diào)節(jié)弱磁電流。

進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，弱磁控制模塊30還用于，在根據(jù)過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流后，根據(jù)預(yù)設(shè)限幅模型對弱磁電流進(jìn)行限制，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)限幅后的弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。

也就是說，經(jīng)預(yù)設(shè)PI控制模型輸出的弱磁電流，可再經(jīng)過預(yù)設(shè)限幅模型即限幅環(huán)節(jié)的限幅以得到限幅后的弱磁電流i_fwc，進(jìn)而根據(jù)限幅后的弱磁電流i_fwc進(jìn)行弱磁控制，其中，限幅環(huán)節(jié)的上限可為零、限幅環(huán)節(jié)的下限可為d軸電流的最小值i_{d_min}。

下面結(jié)合圖6-8對永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制流程進(jìn)行詳細(xì)描述，在本實施例中，以永磁同步電機(jī)的無傳感器矢量控制為例進(jìn)行描述，而永磁同步電機(jī)的有傳感器矢量控制與本實施例并無區(qū)別，不再贅述。

在永磁同步電機(jī)的矢量控制中，速度校正單元101根據(jù)給定轉(zhuǎn)速與對估計轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度校正例如進(jìn)行比例-積分調(diào)節(jié)以獲得給定轉(zhuǎn)矩

在表貼式永磁同步電機(jī)中，根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t計算給定轉(zhuǎn)矩電流(即給定q軸電流)給定直軸電流(即給定d軸電流)由弱磁電流i_fwc決定例如在內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)中，轉(zhuǎn)矩控制單元102根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t以及弱磁電流i_fwc經(jīng)過最大轉(zhuǎn)矩電流控制(MTPA)計算得到給定交軸電流(給定q軸電流)和給定直軸電流(給定d軸電流)

電流校正單元103根據(jù)給定d軸電流和給定q軸電流分別對直軸反饋電流i_d和交軸反饋電流i_q進(jìn)行電流校正以獲得直軸電壓u_d和交軸電壓u_q。然后，逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元104根據(jù)估計角度對直軸電壓u_d和交軸電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得α軸電壓u_α與β軸電壓u_β。進(jìn)而空間矢量調(diào)制單元105再對α軸電壓u_α與β軸電壓u_β進(jìn)行SVM(Space Vetor Modulation，空間矢量調(diào)制)調(diào)制以生成PWM驅(qū)動信號；驅(qū)動單元2根據(jù)PWM驅(qū)動信號驅(qū)動永磁同步電機(jī)3。

通過電流檢測單元4采集永磁同步電機(jī)3的三相電流，clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元106對三相電流進(jìn)行clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得兩相電流i_α/i_β；park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元107根據(jù)估計角度對兩相電流i_α/i_β進(jìn)行park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得直軸反饋電流i_d和交軸反饋電流i_q。位置估計單元108例如速度磁鏈觀測器根據(jù)輸出電壓u_α/u_β和兩相電流i_α/i_β以及電機(jī)參數(shù)(電機(jī)電阻R_s、直軸電感L_d和交軸電感L_q)通過無傳感器估計算法估計轉(zhuǎn)子的位置和速度以獲得估計轉(zhuǎn)速和估計電角度

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置，先通過獲取模塊獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一輸出電壓u_d/u_q或者靜止坐標(biāo)系下的第二輸出電壓u_α/u_β，并根據(jù)第一輸出電壓u_d/u_q和第二輸出電壓u_α/u_β獲取期望輸出電壓u_s，進(jìn)而判斷模塊根據(jù)期望輸出電壓u_s的幅值判斷永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是否處于過調(diào)制區(qū)，如果永磁同步電機(jī)系統(tǒng)處于過調(diào)制區(qū)，弱磁控制模塊則根據(jù)期望輸出電壓u_s計算過調(diào)制電壓限制閾值，并根據(jù)期望輸出電壓u_s和過調(diào)制電壓限制閾值生成弱磁電流，以使永磁同步電機(jī)系統(tǒng)根據(jù)弱磁電流進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實施例的裝置能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并將過調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，充分利用直流母線電壓，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

最后，本發(fā)明實施例還提出了一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，包括上述實施例的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，通過上述的弱磁控制裝置，能夠根據(jù)期望輸出電壓u_s與輸出電壓限幅進(jìn)行弱磁控制，并將過調(diào)制技術(shù)考慮進(jìn)來，充分利用直流母線電壓，使得在基頻以上運行時仍然能達(dá)到最大電機(jī)效率運行，滿足深度弱磁場合的應(yīng)用。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。