本發(fā)明涉及電機控制領域，具體地涉及一種永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法及裝置。

背景技術：

永磁同步電機以其控制性能好、功率密度高、節(jié)能等特點，已經在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。

相關技術中永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法大多基于線性調制區(qū)，但其存在的問題是沒有考慮過調制的影響。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的是提供一種永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法及裝置，用以至少解決現(xiàn)有技術中的永磁同步電機系統(tǒng)因線性調制而缺乏對電機系統(tǒng)過調制情況的應對控制策略的技術問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例一方面提供一種永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法，該永磁同步電機系統(tǒng)配置有矢量控制周期和pwm周期，該方法包括：獲取所述永磁同步電機系統(tǒng)在所述矢量控制周期下由第一基本電壓矢量和第二基本電壓矢量所分別作用的第一時間和第二時間，其中基于所述第一基本電壓矢量、第二基本電壓矢量、所述第一時間和所述第二時間能夠確定期望輸出電壓；獲取所述永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間，并基于所述pwm周期和所述第三時間確定參考時間；以及根據所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間來判斷所述永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；當所述永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時，將所述第一時間和所述第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為所述參考時間與所述保持不變的所述一者的差。

可選的，所述根據所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間來判斷所述永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)包括：將所述第一時間與第二時間的和與所述參考時間進行對比，以及如果所述第一時間與第二時間的和大于所述參考時間，則確定所述永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)。

可選的，所述參考時間為輸入至所述永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁電流的作用時間，其中在所述基于所述pwm周期和所述第三時間確定關于弱磁電流的參考時間之后還包括：基于所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間確定所述弱磁電流的大小，以使所述永磁同步電機系統(tǒng)根據所述弱磁電流進行弱磁控制。

可選的，所述基于所述pwm周期和所述第三時間確定參考時間包括：將所述pwm周期與所述第三時間的差確定為所述參考時間。

可選的，所述基于所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間確定所述弱磁電流的大小包括：將所述第一時間、所述第二時間和所述參考時間輸入至預設的pi控制模型來確定所述弱磁電流的大小。

可選的，將所述第一時間、所述第二時間和所述參考時間輸入至預設的pi控制模型來確定所述弱磁電流的大小包括：確定所述第一時間與第二時間的和，并對所述第一時間與第二時間的和減去所述參考時間所得到的差值執(zhí)行符合所述預設的pi控制模型的pi變換來確定所述弱磁電流的大小。

可選的，所述基于所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間確定所述弱磁電流的大小包括：基于預設定的弱磁電流閾值來對所述弱磁電流的大小進行限幅，以使所述永磁同步電機系統(tǒng)根據限幅后的所述弱磁電流進行弱磁控制。

可選的，所述基于所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間確定所述弱磁電流的大小包括：基于預設定的輸出電流閾值和限幅后的所述弱磁電流的大小確定定子電流的q軸閾值；以及獲取所述定子電流的q軸分量大小，并利用所述定子電流的q軸閾值對所獲取的所述定子電流的q軸分量大小進行限幅。

本發(fā)明實施例另一方面提供一種永磁同步電機系統(tǒng)的控制裝置，該永磁同步電機系統(tǒng)配置有矢量控制周期和pwm周期，該裝置包括：矢量時間獲取單元，用于獲取所述永磁同步電機系統(tǒng)在所述矢量控制周期下由第一基本電壓矢量和第二基本電壓矢量所分別作用的第一時間和第二時間，其中基于所述第一基本電壓矢量、第二基本電壓矢量、所述第一時間和所述第二時間能夠確定期望輸出電壓；參考時間確定單元，用于獲取所述永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間，并基于所述pwm周期和所述第三時間確定參考時間；以及判斷單元，用于根據所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間來判斷所述永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；過調制單元，用于當所述永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時，將所述第一時間和所述第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為所述參考時間與所述保持不變的所述一者的差。

可選的，所述判斷單元用于將所述第一時間與第二時間的和與所述參考時間進行對比，以及如果所述所述第一時間與第二時間的和大于所述參考時間時，則確定所述永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)。

可選的，所述參考時間確定單元用于將所述pwm周期與所述第三時間的差確定為所述參考時間。

可選的，所述參考時間為輸入至所述永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁電流的作用時間，其中該裝置還包括：弱磁大小確定單元，用于基于所述參考時間、所述第一時間和所述第二時間確定所述弱磁電流的大小，以使所述永磁同步電機系統(tǒng)根據所述弱磁電流進行弱磁控制。

可選的，所述弱磁大小確定單元用于將所述第一時間、所述第二時間和所述參考時間輸入至預設的pi控制模型來確定所述弱磁電流的大小。

可選的，所述弱磁大小確定單元用于確定所述第一時間與第二時間的和，并對所述第一時間與第二時間的和減去所述參考時間所得到的差值執(zhí)行符合所述預設的pi控制模型的pi變換來確定所述弱磁電流的大小。

可選的，所述弱磁大小確定單元用于基于預設定的弱磁電流閾值來對所述弱磁電流的大小進行限幅，以使所述永磁同步電機系統(tǒng)根據限幅后的所述弱磁電流進行弱磁控制。

可選的，所述弱磁大小確定單元包括：q軸閾值確定模塊，用于基于預設定的輸出電流閾值和限幅后的所述弱磁電流的大小確定定子電流的q軸閾值；q軸電流獲取模塊，用于獲取所述定子電流的q軸分量大??；q軸電流限幅模塊，用于利用所述定子電流的q軸閾值對所獲取的所述定子電流的q軸分量大小進行限幅。

本發(fā)明實施例還一方面提供一種永磁同步電機系統(tǒng)，包括上述的永磁同步電機系統(tǒng)的控制裝置。

通過上述技術方案，基于pwm周期和第三時間確定參考時間，并根據參考時間、第一時間和第二時間來判斷電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)，并在確定電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時將第一時間和第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差。由此提供了一種全新的永磁同步電機系統(tǒng)的過調制判斷和控制方案；并且，本發(fā)明實施例中所選用的參數(shù)都是較易于獲得的，使得不需要額外的計算，并能夠有效提高電機系統(tǒng)過調制的實時響應效率。

本發(fā)明實施例的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明實施例，但并不構成對本發(fā)明實施例的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖；

圖2是是本發(fā)明另一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明又一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖；

圖4是圖3所示的永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法的原理示意圖；

圖5是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的控制裝置的結構示意圖。

附圖標記說明

50控制裝置501矢量時間獲取單元

502參考時間確定單元503判斷單元

504過調制單元

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明實施例的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明實施例，并不用于限制本發(fā)明實施例。

參見圖1示出的是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法的流程示意圖，該永磁同步電機系統(tǒng)配置有矢量控制周期和pwm周期，關于矢量控制周期和pwm周期的解釋，可以參照相關技術中的說明，更具體地，永磁同步電機系統(tǒng)的矢量控制是基于pwm技術來實現(xiàn)的，所以該矢量控制周期一般可以是pwm周期的整數(shù)倍。如圖1所示，該方法具體包括以下步驟：

步驟101：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在矢量控制周期下由第一基本電壓矢量和第二基本電壓矢量所分別作用的第一時間和第二時間，其中基于第一基本電壓矢量、第二基本電壓矢量、第一時間和第二時間能夠確定期望輸出電壓；

需要說明的是，在當前實施永磁同步電機系統(tǒng)的矢量控制的pwm逆變器共有8種工作狀態(tài)，并相應地設置有6個有效工作矢量(也就是基本電壓矢量)和2個零矢量，并由此將矢量控制分為6個扇區(qū)，一般可以基于兩個相鄰基本電壓矢量所分別作用的時間在扇區(qū)區(qū)域內進行合成，由此能夠得到期望輸出電壓，但是上文描述僅為示例，并不應作為是對本實施例的限定，例如也可以是利用相間隔的兩個基本電壓矢量來合成該期望輸出電壓。

步驟102：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間，并基于pwm周期和第三時間確定參考時間；

作為示例，可以是將pwm周期與第三時間的差確定為參考時間，當然可以理解的是，將pwm周期與第三時間通過其他方式的數(shù)學轉換變形，例如通過乘、除等方式所得到的結果也可以被用來作為參考時間，且都屬于本發(fā)明實施例的保護范圍。可以理解的是，零矢量所作用的時間越大，定子磁鏈矢量軌跡停留的時間越長，能夠使得零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈矢量幅值與旋轉速度的矛盾；并且，若在零矢量處對電流/電壓信號進行采樣時，一般需要零矢量所作用的第三時間應不小于信號采樣的最小時間。

步驟103：根據參考時間、第一時間和第二時間來判斷永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；

在步驟103中，實現(xiàn)了可以僅借助于對第一時間、第二時間和參考時間的分析就能判斷識別出電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)。作為示例，可以是將第一時間與第二時間的和與參考時間進行對比，以及如果第一時間與第二時間的和大于參考時間，則確定永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)，由此可以較精確地確定出電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；當然可以理解的是，上述具體的參考時間的確定過程以及過調制區(qū)的判斷過程僅僅用作示例，而不用于限制本發(fā)明實施例的范圍。

步驟104：當永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時，將第一時間和第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差。

在步驟104中，通過對基本電壓矢量所作用的時間的調制來實現(xiàn)將永磁同步電機系統(tǒng)調整到正常調制狀態(tài)。作為示例，可以是將第一時間保持不變而將第二時間設置為參考時間與第一時間的差，也可以是將第二時間保持不變而將第一時間設置為參考時間與第二時間的差，并且可以基于基本電壓矢量所作用時間的大小來區(qū)分第一時間和第二時間，也就是可以將第一時間和第二時間中較大的一者保持不變而只改變較小的那一者，由此可以更加快速、精準地將電機系統(tǒng)調制出過調制區(qū)。

在本實施例中，基于pwm周期和第三時間確定參考時間，并根據參考時間、第一時間和第二時間來判斷電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)，并在確定電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時將第一時間和第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差，由此提供了一種全新的永磁同步電機系統(tǒng)的過調制判斷和控制方案；并且，本發(fā)明實施例中所選用的參數(shù)都是較易于獲得的，例如第一時間和第二時間可以通過實時的采集和檢測來獲得，而當pwm控制模式確定的情況下第三時間和pwm周期也一般是固定不變的，使得不需要額外的計算，并能夠有效提高電機系統(tǒng)過調制的實時響應效率；另外，相比于相關技術中利用電壓幅值作為參考量并基于電壓進行查表等操作以進行過調制控制的方案，本發(fā)明實施例公開了一種快速響應和穩(wěn)定調制的永磁同步電機系統(tǒng)的過調制控制方案，不需要作出電壓采集和利用該電壓的幅值作為反饋量的操作，具有更高效的電機系統(tǒng)過調制的實時響應效率。

參見圖2示出的是本發(fā)明另一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法的流程示意圖，該方法具體包括：

步驟201：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在矢量控制周期下由第一基本電壓矢量和第二基本電壓矢量所分別作用的第一時間和第二時間，其中基于第一基本電壓矢量、第二基本電壓矢量、第一時間和第二時間能夠確定期望輸出電壓；

步驟202：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間，并基于pwm周期和第三時間確定輸入至永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁電流的作用時間參考時間；

關于步驟201和202的部分內容可以參照上文實施例的描述，相同內容在此不加以贅述。但存在區(qū)別在于：本實施例進一步限定了參考時間可以用作當電機系統(tǒng)需要執(zhí)行弱磁控制時輸入至永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁電流的作用時間。

步驟203：基于參考時間、第一時間和第二時間確定弱磁電流的大小，以使永磁同步電機系統(tǒng)根據弱磁電流進行弱磁控制；

通過步驟203的實施，可以利用該參考時間來確定弱磁電流的大小，使得對電機系統(tǒng)的調制并不僅僅是線性的電壓矢量調制，并能夠將合成期望電壓輸出從圓拓展到正六邊形，由此有效增大了永磁同步電機系統(tǒng)的電壓矢量調制范圍。

步驟204：根據參考時間、第一時間和第二時間來判斷永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；

步驟205：當永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時，將第一時間和第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差。

在本實施例中的步驟204和步驟205的過調制的判斷和調整的步驟是在永磁同步電機系統(tǒng)執(zhí)行弱磁控制的過程中所實施的。通過步驟204和步驟205的實施，能夠將在通過步驟203將合成期望電壓輸出從圓拓展到正六邊形之后，防止弱磁控制下的電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)，也就是能夠防止電壓矢量超過弱磁控制所對應的正六邊形的范圍。

作為圖2中所示步驟203進一步的公開和優(yōu)化，可以是將第一時間、第二時間和參考時間輸入至預設的pi控制模型來確定弱磁電流的大??；更具體地，該預設的pi控制模型可以是反映弱磁電流的大小與第一時間、第二時間和參考時間之間的對應關系，例如函數(shù)關系、映射關系等，并且由于pi控制模型的pi調制功能，可以基于輸入參數(shù)的變化而實時作出反饋調制，能夠保障所確定的弱磁電流的精確性。更具體地，可以是計算第一時間與第二時間的和，并對第一時間與第二時間的和減去參考時間所得到的差值執(zhí)行符合該預設的pi控制模型的pi變換來確定弱磁電流的大小，由此將第一時間與第二時間的和值相對于參考時間的差作為pi變換的參考量，能夠有效得到精確的弱磁電流的大小。

參見圖3示出的是本發(fā)明又一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法的流程示意圖，該方法具體包括：

步驟301：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在矢量控制周期下的兩個基本電壓矢量(例如，k可以選自1～6中的任意兩者)所分別作用的第一時間t1和第二時間t2，其中基于t1和t2能夠確定出期望輸出電壓；

步驟302：獲取永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間t3，令弱磁電流的參考時間tref＝tpwm-t3，其中tpwm為pwm周期；

步驟303：將tref和t1+t2輸入至負反饋pi調節(jié)器，在經過負反饋pi調節(jié)器的pi變換之后得到負的定子電流的d軸分量大小，并將該所得到的定子電流的d軸分量大小確定為弱磁電流idref；

步驟304：基于預設定的弱磁電流閾值idmax/idmin對idref進行限幅，即要求滿足idmin≤idref≤idmax，利用限幅后的idref連同tref實施弱磁控制；

由于電機系統(tǒng)正常工作運行需要在一定的輸出電流閾值ismax下工作，為了防止所合成的總電流is超過ismax以保障系統(tǒng)的安全運行，還可以實施以下步驟305和306。

步驟305：基于ismax和限幅后的弱磁電流的大小idref確定定子電流的q軸閾值iqmax和iqmin；

更具體地，可以是利用以下方式來確定iqmax和iqmin：

步驟306：檢測定子電流的q軸分量iqref的大小，并利用iqmax和iqmin對iqref進行限幅，以保障電機系統(tǒng)的安全運行。

在本實施例中，所有的參數(shù)都是實時采集或簡單計算所得的，不需要設置固定的表和查表，也不需要利用近似的靜態(tài)開環(huán)控制，具有易于實施、適用性廣泛和實時響應的閉環(huán)弱磁控制的優(yōu)點。

更具體地，結合圖4示出了圖3所示的永磁同步電機系統(tǒng)的控制方法的原理示意圖。如圖4所示，獲取每個矢量控制周期里的兩個基本電壓矢量的時間t1和t2，在永磁同步電機的矢量控制實施的過程中，均需要計算兩個基本電壓矢量的時間t1和t2以得到期望輸出電壓，因此t1和t2可以直接獲取，無需增加額外的計算。然后，根據pwm周期tpwm和零矢量時間t3得到參考時間tref，其中tref等于tpwm-t3；其中，tpwm由pwm載波頻率決定，在矢量控制中，一般在零矢量處進行電壓/電流等信號的采樣，因而最小零矢量時間應不小于滿足信號采樣的最小時間。之后，將t1+t2與tref比較，最終由負反饋pi調節(jié)器得到負的idref，并根據idmax/idmin對idref進行限幅，并利用該idref進行弱磁控制。最后，根據ismax和idref得到iqref的閾值限幅iqmin/iqmax，以保證合成的總電流不超過ismax。

在另一方面，為了防止弱磁控制下的永磁同步電機系統(tǒng)的矢量調制超范圍，本發(fā)明實施例還公開了一種借助于該弱磁電流所作用的參考時間進行過調制的方案，具體參照如下的步驟307和308。

步驟307：判斷t1+t2與tref的大?。?/p>

當步驟307的判斷結果指示t1+t2大于tref時，則確定永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)，并相應地跳轉至步驟308。若步驟307的判斷結果指示t1+t2小于或等于tref時，則可以跳轉至步驟301以重新執(zhí)行上述操作步驟。

步驟308：按照以下方式將t1、t2其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差以得到相應的t1omod和t2omod：

在本實施例中，在進行永磁同步電機的矢量控制時，所提及的t1、t2、tpwm、t3等量均是已知的，不需要額外的計算來獲取，可以節(jié)省計算時間，提高效率。

參見圖5示出的是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的控制裝置的結構示意圖，如圖5所示，該控制裝置50設置有矢量時間獲取單元501、參考時間確定單元502、與矢量時間獲取單元501和參考時間確定單元502分別連接的判斷單元503以及與判斷單元503連接的過調制單元504。更具體地，矢量時間獲取單元501可以用來獲取永磁同步電機系統(tǒng)在矢量控制周期下由第一基本電壓矢量和第二基本電壓矢量所分別作用的第一時間和第二時間，其中基于第一基本電壓矢量、第二基本電壓矢量、第一時間和第二時間能夠確定期望輸出電壓；參考時間確定單元502可以用來獲取永磁同步電機系統(tǒng)在零矢量下所作用的第三時間，并基于pwm周期和第三時間確定參考時間；判斷單元503可以用來根據參考時間、第一時間和第二時間來判斷永磁同步電機系統(tǒng)是否處于過調制區(qū)；過調制單元504可以用來當永磁同步電機系統(tǒng)處于過調制區(qū)時，將第一時間和第二時間其中的一者保持不變，并且將另一者變更為參考時間與保持不變的該一者的差。

關于本發(fā)明實施例裝置更多的細節(jié)的效果，可以參照上文關于方法實施例的描述，相同內容在此不加以贅述。

本發(fā)明實施例還一方面提供了一種永磁同步電機系統(tǒng)，在該永磁同步電機系統(tǒng)中設置有上述弱磁控制裝置，使得該永磁同步電機系統(tǒng)能夠具有該若此控制裝置所具有的相應的功能和效果。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“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，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，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，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明例的可選實施方式，但是，本發(fā)明實施例并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明實施例的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明實施例的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明實施例的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明實施例對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明實施例的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明實施例的思想，其同樣應當視為本發(fā)明實施例所公開的內容。