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)的弱磁控制方法及裝置。

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(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。在很多應用場合，要求永磁同步電機能夠在高速范圍運行，繼而需要對電機進行弱磁控制。

相關技術中的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法大多基于線性調(diào)制區(qū)，其無法滿足很多需要深度弱磁的應用場合。

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)的弱磁控制方法及裝置，以提供一種全新的弱磁控制方案以至少解決現(xiàn)有技術中的弱磁控制基于線性調(diào)制區(qū)和應用范圍受限的技術問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法，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關于弱磁電流的參考時間；以及基于所述參考時間、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(jù)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：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，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(jù)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)的弱磁控制裝置，該永磁同步電機系統(tǒng)配置有矢量控制周期和pwm周期，其中該裝置包括：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；弱磁時間確定單元，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關于弱磁電流的參考時間；以及弱磁大小確定單元，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(jù)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(jù)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?。籷軸電流限幅模塊，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)，包括根據(jù)權利要求上述的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制裝置。

通過上述技術方案，利用與期望輸出電壓相對應的第一時間和第二時間來確定弱磁電流所將作用的參考時間，以及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(diào)制并不僅僅是線性的電壓矢量調(diào)制，并能夠?qū)⒑铣善谕妷狠敵鰪膱A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(diào)制范圍，具有更廣的應用范圍；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，不需要額外的計算，使得本發(fā)明實施例易于實施且能夠有效提高弱磁電流的實時響應效率。

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)的弱磁控制方法的流程示意圖；

圖2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；

圖3示出了圖2所示的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法的原理示意圖；

圖4示出的是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制裝置的結構示意圖。

附圖標記說明

30弱磁控制裝置301矢量時間獲取單元

302弱磁時間確定單元303弱磁大小確定單元

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(nèi)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關于弱磁電流的參考時間；

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(zhuǎn)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(zhuǎn)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：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(jù)弱磁電流進行弱磁控制。

在本發(fā)明實施例中，利用與期望輸出電壓相對應的第一時間和第二時間來確定弱磁電流所將作用的參考時間，以及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(diào)制并不僅僅是線性的電壓矢量調(diào)制，并能夠?qū)⒑铣善谕妷狠敵鰪膱A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(diào)制范圍；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，并能夠有效提高弱磁電流的實時響應效率；另外，相比于相關技術中利用期望合成電壓的幅值作為反饋量并基于電壓進行查表等操作以進行弱磁控制的方案，本發(fā)明實施例不需要確定期望合成電壓也不需要利用該電壓的幅值作為反饋量，大大提高了弱磁控制的效率，并由此提供了一種全新、快速和穩(wěn)定的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方案。

作為圖1中所示步驟103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?。桓唧w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(diào)制功能，可以基于輸入?yún)?shù)的變化而實時作出反饋調(diào)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t3，令弱磁電流的參考時間tref＝tpwm-t3，其中tpwm為pwm周期；

步驟203：將tref和t1+t2輸入至負反饋pi調(diào)節(jié)器，在經(jīng)過負反饋pi調(diào)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204：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205和206。

步驟205：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206：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3示出了圖2所示的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制方法的原理示意圖。如圖3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(jù)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(diào)節(jié)器得到負的idref，并根據(jù)idmax/idmin對idref進行限幅，并利用該idref進行弱磁控制。最后，根據(jù)ismax和idref得到iqref的限幅iqmin/iqmax，以保證合成的總電流不超過ismax。

參見圖4示出的是本發(fā)明一實施例的永磁同步電機系統(tǒng)的弱磁控制裝置的結構示意圖，如圖4所示，弱磁控制裝置30中設置有矢量時間獲取單元301、弱磁時間確定單元302和與矢量時間獲取單元301和弱磁時間確定單元302分別連接的弱磁大小確定單元303。更具體地，矢量時間獲取單元301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；弱磁時間確定單元302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關于弱磁電流的參考時間；以及弱磁大小確定單元303可以用來基于參考時間、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(jù)弱磁電流進行弱磁控制。

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(nèi)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(nèi)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(jù)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(nèi)，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(nèi)容。