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(diǎn)，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(yùn)行在高頻范圍，繼而運(yùn)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采用對輸出電壓幅值閉環(huán)反饋進(jìn)行弱磁電流調(diào)節(jié)。但是其存在的問題是，限制D軸電壓，造成弱磁電流(D軸電流)跟蹤不好，影響弱磁控制性能。

技術(shù)實(shí)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(gè)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，能夠保持D軸電流的完全跟蹤，改善弱磁控制性能。

本發(fā)明的另一個(gè)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(gè)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(shí)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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q；獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并根據(jù)所述D軸輸出電壓u_d、所述Q軸輸出電壓u_q和所述直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值；根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和所述Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將所述弱磁電流疊加至所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q，并獲永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓，進(jìn)而根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實(shí)施例的方法采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，改善弱磁控制性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述根據(jù)所述D軸輸出電壓u_d、所述Q軸輸出電壓u_q和所述直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，包括：根據(jù)所述直流母線電壓計(jì)算對應(yīng)的電壓空間；在所述電壓空間中對所述Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行平移，并通過平移后的所述Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與所述電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取所述Q軸電壓限制閾值。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和所述Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，包括：獲取所述Q軸電壓限制閾值與所述Q軸輸出電壓u_q的幅值之間的電壓差值；根據(jù)所述電壓差值和預(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(gè)實(shí)施例，在根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和所述Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流后，所述方法還包括：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(gè)實(shí)施例，弱磁控制帶寬小于所述D軸電流閉環(huán)帶寬且大于輸入至所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)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：第一獲取模塊，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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q；第二獲取模塊，用于獲取所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓；弱磁控制模塊，用于根據(jù)所述D軸輸出電壓u_d、所述Q軸輸出電壓u_q和所述直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，并根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和所述Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將所述弱磁電流疊加至所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置，先通過第一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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q，并通過第二獲取模塊獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，進(jìn)而弱磁控制模塊根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，并根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實(shí)施例的裝置采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，改善弱磁控制性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述弱磁控制模塊用于，根據(jù)所述直流母線電壓計(jì)算對應(yīng)的電壓空間，并在所述電壓空間中對所述Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行平移，并通過平移后的所述Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與所述電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取所述Q軸電壓限制閾值。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述弱磁控制模塊進(jìn)一步用于，獲取所述Q軸電壓限制閾值與所述Q軸輸出電壓u_q的幅值之間的電壓差值，并根據(jù)所述電壓差值和預(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(gè)實(shí)施例，在根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和所述Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流后，所述弱磁控制模塊還根據(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(gè)實(shí)施例，弱磁控制帶寬小于所述D軸電流閉環(huán)帶寬且大于輸入至所述永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明又一方面實(shí)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(shí)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，采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，改善弱磁控制性能。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(dòng)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(dòng)單元的輸入端，驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與永磁同步電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)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(dòng)信號至驅(qū)動(dòng)單元，以通過驅(qū)動(dòng)單元控制永磁同步電機(jī)的運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例，電流檢測單元可包括三個(gè)(或者兩個(gè))電流傳感器。驅(qū)動(dòng)單元可以為由6個(gè)IGBT組成的三相橋式驅(qū)動(dòng)電路、或者由6個(gè)MOSFET組成的三相橋式驅(qū)動(dòng)電路、或者采用智能功率模塊IPM，同時(shí)每個(gè)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(直軸)和q軸(交軸)，d軸上的D軸輸出電壓u_d與q軸上的Q軸輸出電壓u_q可合成為期望輸出電壓矢量另外，根據(jù)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度θ_e對D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得靜止坐標(biāo)系下的α軸輸出電壓u_α和β軸輸出電壓u_β，靜止坐標(biāo)系下可具有α軸和β軸，α軸輸出電壓u_α與β軸輸出電壓u_β也可合成為期望輸出電壓矢量具體地，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(jì)算期望輸出電壓的幅值u_s為，

S2：獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值。

S3：根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。

也就是說，可根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓u_dc計(jì)算Q軸電壓限制閾值Q軸電壓限制閾值u_{q lim}，然后根據(jù)Q軸輸出電壓u_q與Q軸電壓限制閾值u_{q lim}進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，根據(jù)所述Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，包括：獲取Q軸電壓限制閾值與Q軸輸出電壓u_q的幅值之間的電壓差值；根據(jù)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(shí)預(yù)設(shè)PI控制模型僅為積分模型，可對電壓差值進(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(shí)預(yù)設(shè)PI控制模型為比例-積分模型，可對電壓差值進(jìn)行比例-積分控制。

也就是說，如圖6所示，可根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓u_dc計(jì)算Q軸電壓限制閾值u_{q lim}，然后將Q軸電壓限制閾值u_qlim減去Q軸電壓u_q以得到弱磁控制的電壓差值Δu，即Δu＝u_{q lim}-u_q，并對電壓差值Δu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(gè)實(shí)施例，在根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流后，方法還包括：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)行弱磁控制例如將限幅后的弱磁電流i_fwc疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，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}。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，包括：根據(jù)直流母線電壓u_dc計(jì)算對應(yīng)的電壓空間；在電壓空間中對Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行平移，并通過平移后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值。

具體地，可根據(jù)直流母線電壓u_dc可以計(jì)算出電壓空間，并保持D軸輸出電壓u_d在該電壓空間中不變，將Q軸輸出電壓u_q相對Q軸平行移動(dòng)，并根據(jù)移動(dòng)后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值u_{q lim}。

具體來說，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，如圖4和圖5所示，正六邊形邊界及其內(nèi)部區(qū)域?yàn)殡妷嚎臻g，將Q軸輸出電壓u_q相對Q軸平行移動(dòng)以移動(dòng)至D軸輸出電壓u_d的終點(diǎn)，并根據(jù)移動(dòng)后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值u_{q lim}。其中，根據(jù)D軸輸出電壓u_d與q軸上的Q軸輸出電壓u_q可合成期望輸出電壓矢量

具體地，如圖4所示，如果期望輸出電壓位于電壓空間內(nèi)，則Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間邊界(正六邊形)相交，輸出電壓限制閾值u_lim可為Q軸輸出電壓u_q延長線與電壓空間邊界(正六邊形)交點(diǎn)的矢量幅值。

如圖5所示，如果期望輸出電壓位于電壓空間外，則Q軸輸出電壓u_q與電壓空間邊界(正六邊形)相交，輸出電壓限制閾值u_lim可為Q軸輸出電壓u_q與電壓空間邊界(正六邊形)交點(diǎn)的矢量幅值。

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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(dòng)信號；驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)PWM驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)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(jì)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(D軸)反饋電流i_d和交軸(Q軸)反饋電流i_q。位置估計(jì)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(jì)算法估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置和速度以獲得估計(jì)轉(zhuǎn)速和估計(jì)電角度

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，弱磁控制帶寬小于D軸電流閉環(huán)帶寬且大于輸入至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。具體地，可根據(jù)弱磁控制帶寬設(shè)置預(yù)設(shè)PI控制模型的比例控制參數(shù)和積分控制參數(shù)。

在上述弱磁控制中，以圖7的實(shí)施例為例，弱磁電流i_fwc疊加至D軸電流閉環(huán)，D軸電流閉環(huán)根據(jù)弱磁電流i_fwc對D軸反饋電路i_d進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)弱磁控制，同時(shí)速度閉環(huán)依然根據(jù)給定轉(zhuǎn)速與對估計(jì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度校正以獲得給定轉(zhuǎn)矩根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t計(jì)算給定Q軸電流Q軸電流閉環(huán)依然是根據(jù)給定Q軸電流對交軸反饋電流i_q進(jìn)行調(diào)節(jié)。

基于此，弱磁控制環(huán)路可將將Q軸電壓限制閾值u_qlim減去Q軸電壓u_q得到的電壓差值Δu輸入至通過弱磁PI控制器的輸入端，經(jīng)過弱磁PI控制器即預(yù)設(shè)PI控制模型輸出弱磁電流i_fwc；弱磁電流i_fwc疊加至D軸電流閉環(huán)，經(jīng)過D軸電流閉環(huán)的D軸電流控制模型對D軸反饋電路i_d進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，弱磁控制環(huán)路的帶寬即弱磁控制帶寬滿足，小于D軸電流閉環(huán)的帶寬且大于輸入至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。由此，設(shè)置預(yù)設(shè)PI控制模型的比例控制參數(shù)和積分控制參數(shù)，以滿足弱磁控制環(huán)路的帶寬低于直軸電流閉環(huán)帶寬且高于輸入電源頻率*2，從而，保證弱磁控制能夠?qū)χ绷髂妇€電壓波動(dòng)做出足夠快的響應(yīng)。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q，并獲永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，并根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓，進(jìn)而根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實(shí)施例的方法采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)過調(diào)制方式充分利用母線電壓，改善弱磁控制性能。

圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(gè)實(shí)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(dòng)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(dòng)單元2的輸入端，驅(qū)動(dòng)單元2的輸出端與永磁同步電機(jī)3相連，驅(qū)動(dòng)單元2用于驅(qū)動(dòng)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(dòng)信號至驅(qū)動(dòng)單元2，以通過驅(qū)動(dòng)單元2控制永磁同步電機(jī)3的運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體示例，電流檢測單元4可包括三個(gè)(或者兩個(gè))電流傳感器。驅(qū)動(dòng)單元2可以為由6個(gè)IGBT組成的三相橋式驅(qū)動(dòng)電路、或者由6個(gè)MOSFET組成的三相橋式驅(qū)動(dòng)電路、或者采用智能功率模塊IPM，同時(shí)每個(gè)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(直軸)和q軸(交軸)，d軸上的D軸輸出電壓u_d與q軸上的Q軸輸出電壓u_q可合成為期望輸出電壓矢量另外，根據(jù)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度θ_e對D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得靜止坐標(biāo)系下的α軸輸出電壓u_α和β軸輸出電壓u_β，靜止坐標(biāo)系下可具有α軸和β軸，α軸輸出電壓u_α與β軸輸出電壓u_β也可合成為期望輸出電壓矢量具體地，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(jì)算期望輸出電壓的幅值u_s為，

如圖9所示，本發(fā)明實(shí)施例的弱磁控制裝置100包括：第一獲取模塊10、第二獲取模塊20和弱磁控制模塊30。

其中，第一獲取模塊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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q；第二獲取模塊20用于獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓；弱磁控制模塊30用于根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，并根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。

也就是說，弱磁控制模塊30可根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓u_dc計(jì)算Q軸電壓限制閾值Q軸電壓限制閾值u_{q lim}，然后根據(jù)Q軸輸出電壓u_q與Q軸電壓限制閾值u_{q lim}進(jìn)行弱磁控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，弱磁控制模塊30進(jìn)一步用于，獲取Q軸電壓限制閾值與Q軸輸出電壓u_q的幅值之間的電壓差值，并根據(jù)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(shí)預(yù)設(shè)PI控制模型僅為積分模型，可對電壓差值進(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(shí)預(yù)設(shè)PI控制模型為比例-積分模型，可對電壓差值進(jìn)行比例-積分控制。

也就是說，如圖6所示，弱磁控制模塊30可根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓u_dc計(jì)算Q軸電壓限制閾值u_{q lim}，然后將Q軸電壓限制閾值u_qlim減去Q軸電壓u_q以得到弱磁控制的電壓差值Δu，即Δu＝u_{q lim}-u_q，并對電壓差值Δu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(gè)實(shí)施例，在根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流后，弱磁控制模塊30還根據(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)行弱磁控制例如將限幅后的弱磁電流i_fwc疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，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}。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，弱磁控制模塊30用于，根據(jù)直流母線電壓計(jì)算對應(yīng)的電壓空間，并在電壓空間中對Q軸輸出電壓u_q進(jìn)行平移，并通過平移后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值。

具體地，弱磁控制模塊30可根據(jù)直流母線電壓u_dc可以計(jì)算出電壓空間，并保持D軸輸出電壓u_d在該電壓空間中不變，將Q軸輸出電壓u_q相對Q軸平行移動(dòng)，并根據(jù)移動(dòng)后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值u_{q lim}。

具體來說，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，如圖4和圖5所示，正六邊形邊界及其內(nèi)部區(qū)域?yàn)殡妷嚎臻g，將Q軸輸出電壓u_q相對Q軸平行移動(dòng)以移動(dòng)至D軸輸出電壓u_d的終點(diǎn)，并根據(jù)移動(dòng)后的Q軸輸出電壓u_q或Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間的邊界的交點(diǎn)獲取Q軸電壓限制閾值u_{q lim}。其中，根據(jù)D軸輸出電壓u_d與q軸上的Q軸輸出電壓u_q可合成期望輸出電壓矢量

具體地，如圖4所示，如果期望輸出電壓位于電壓空間內(nèi)，則Q軸輸出電壓u_q的延長線與電壓空間邊界(正六邊形)相交，輸出電壓限制閾值u_lim可為Q軸輸出電壓u_q延長線與電壓空間邊界(正六邊形)交點(diǎn)的矢量幅值。

如圖5所示，如果期望輸出電壓位于電壓空間外，則Q軸輸出電壓u_q與電壓空間邊界(正六邊形)相交，輸出電壓限制閾值u_lim可為Q軸輸出電壓u_q與電壓空間邊界(正六邊形)交點(diǎn)的矢量幅值。

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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(dòng)信號；驅(qū)動(dòng)單元2根據(jù)PWM驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)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(jì)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(D軸)反饋電流i_d和交軸(Q軸)反饋電流i_q。位置估計(jì)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(jì)算法估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置和速度以獲得估計(jì)轉(zhuǎn)速和估計(jì)電角度

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，弱磁控制帶寬小于D軸電流閉環(huán)帶寬且大于輸入至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。具體地，可根據(jù)弱磁控制帶寬設(shè)置預(yù)設(shè)PI控制模型的比例控制參數(shù)和積分控制參數(shù)。

在上述弱磁控制中，以圖7的實(shí)施例為例，弱磁電流i_fwc疊加至D軸電流閉環(huán)，D軸電流閉環(huán)根據(jù)弱磁電流i_fwc對D軸反饋電路i_d進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)弱磁控制，同時(shí)速度閉環(huán)依然根據(jù)給定轉(zhuǎn)速與對估計(jì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度校正以獲得給定轉(zhuǎn)矩根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流系數(shù)K_t計(jì)算給定Q軸電流Q軸電流閉環(huán)依然是根據(jù)給定Q軸電流對交軸反饋電流i_q進(jìn)行調(diào)節(jié)。

基于此，弱磁控制環(huán)路可將將Q軸電壓限制閾值u_qlim減去Q軸電壓u_q得到的電壓差值Δu輸入至通過弱磁PI控制器的輸入端，經(jīng)過弱磁PI控制器即預(yù)設(shè)PI控制模型輸出弱磁電流i_fwc；弱磁電流i_fwc疊加至D軸電流閉環(huán)，經(jīng)過D軸電流閉環(huán)的D軸電流控制模型對D軸反饋電路i_d進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，弱磁控制環(huán)路的帶寬即弱磁控制帶寬滿足，小于D軸電流閉環(huán)的帶寬且大于輸入至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的交流電源的頻率的2倍。由此，設(shè)置預(yù)設(shè)PI控制模型的比例控制參數(shù)和積分控制參數(shù)，以滿足弱磁控制環(huán)路的帶寬低于直軸電流閉環(huán)帶寬且高于輸入電源頻率*2，從而，保證弱磁控制能夠?qū)χ绷髂妇€電壓波動(dòng)做出足夠快的響應(yīng)。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的弱磁控制裝置，先通過第一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D軸輸出電壓u_d和Q軸輸出電壓u_q，并通過第二獲取模塊獲取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的直流母線電壓，進(jìn)而弱磁控制模塊根據(jù)D軸輸出電壓u_d、Q軸輸出電壓u_q和直流母線電壓獲取Q軸電壓限制閾值，并根據(jù)Q軸輸出電壓u_q和Q軸電壓限制閾值生成弱磁電流，并將弱磁電流疊加至永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的D軸電流閉環(huán)，以對永磁同步電機(jī)進(jìn)行弱磁控制。由此，本發(fā)明實(shí)施例的裝置采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)過調(diào)制方式充分利用母線電壓，改善弱磁控制性能。

最后，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種永磁同步電機(jī)系統(tǒng)，包括上述實(shí)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(shí)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，采用Q軸電壓誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋的弱磁控制，保持D軸電流的完全跟蹤，能夠避免D軸電流在輸入交流電壓本身周期波動(dòng)特性和負(fù)載波動(dòng)的情況下不穩(wěn)定，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)過調(diào)制方式充分利用母線電壓，改善弱磁控制性能。

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(shí)針”、“逆時(shí)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(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)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(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)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(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)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(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)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(shí)施例或示例以及不同實(shí)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(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)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(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。