CN117544047A - 永磁同步电机电流环控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种永磁同步电机电流环控制方法及装置，该方法包括：根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，用不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

Description

永磁同步电机电流环控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电机驱动领域，尤其涉及一种永磁同步电机电流环控制方法及装置。

背景技术

随着电动汽车技术的不断发展，为提高电动汽车能源的使用效率和续航里程，可以从电动汽车电机的设计方案优化、新材料应用和控制算法优化等方面考虑，来提高电动汽车的电驱系统。

目前，针对电机控制算法的优化，一种方案是通过预先储存的有关电机工作数据的查找表，在实际应用中根据查找表对电机执行控制，但是查找表的方式因电机工作数据在实验收取阶段由于实验设备或人员的误差会造成工作数据的不稳定性。另一种方案是根据电压利用率的大小来进行电流环的调制，但是当电压利用率波动较大时，电流环处于饱和状态而无法对电流环进行控制。因此，如何灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制是当前需要解决的问题。

发明内容

本申请提供一种永磁同步电机电流环控制方法及装置，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

一方面，本申请提供一种永磁同步电机电流环控制方法，包括：根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；将电压利用率与预设阈值进行比较，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压；根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，其中，逆变器输出的三相电流用于驱动永磁同步电机。

在一种可能的实现方式中，方法还包括：将d轴查表电流和d轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；将q轴查表电流和q轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，包括：若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。

在一种可能的实现方式中，根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，包括：通过查表获取永磁同步电机的最大相电压；根据最大相电压和功率因素角的余弦值获得更新后的d轴调节电压；并根据最大相电压和功率因素角的正弦值获得更新后的q轴调节电压。

在一种可能的实现方式中，根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和/或q轴电流，包括：将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流和/或q轴电流。

在一种可能的实现方式中，根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流包括：将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

另一方面，本申请提供一种永磁同步电机电流环控制装置，包括：获取模块，用于根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；判断模块，用于将电压利用率与预设阈值进行比较，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压；执行模块，用于若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压；调节模块，用于根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，其中，逆变器输出的三相电流用于驱动永磁同步电机。

在一种可能的实现方式中，执行模块，还用于：将d轴查表电流和d轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；将q轴查表电流和q轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；执行模块，具体用于：若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。

在一种可能的实现方式中，执行模块，具体用于：通过查表获取永磁同步电机的最大相电压；根据最大相电压和功率因素角的余弦值获得更新后的d轴调节电压；并根据最大相电压和功率因素角的正弦值获得更新后的q轴调节电压。

在一种可能的实现方式中，判断模块具体用于：将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流和q轴电流。执行模块，具体用于：将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流或q轴电流。

在一种可能的实现方式中，调节模块，具体用于：将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

本申请提供的永磁同步电机电流环控制方法及装置中，方法包括：根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，用不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1中示例性示出了本实施例一提供的永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图；

图2中示例性示出了本实施例一提供的另一永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图；

图3中示例性示出了本实施例一提供的又一永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图；

图4中示例性示出了本实施例一提供的永磁同步电机电流环控制的第一电流环控制策略原理图；

图5中示例性示出了本实施例一提供的永磁同步电机电流环控制的第二电流环控制策略原理图；

图6中示例性示出了本实施例二提供的永磁同步电机电流环控制装置的结构示意图。

通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本申请所涉及的名词进行解释：

电流环：主要指电流反馈系统，一般指的是将输出电流采用正反馈或负反馈的方式接入处理环节的方法，主要为了通过提高电流的稳定性能来提高系统的性能。在永磁同步电机中的电流环主要指从永磁同步电机中获取三相电流，经过电流处理环节后，再对永磁同步电机的三相电流进行更新的回路。

d轴和q轴：d轴也叫直轴(direct-axis)，d轴方向平行于转子磁场方向；q轴也叫交轴(quadrature axis)，q轴方向垂直于转子磁场方向。

PI模块：也叫PI调节器，为比例积分(Proportional-Integral，简称PI)回路控制模块可将收集到的数据和一个设定值比较，然后把这个差作为控制结果的反馈用于计算新的输出值，从而使系统的数据达到或稳定在设定值附近。

Park变换：也叫派克变换(或帕克变换，Park's Transformation)，可将定子的abc三相电流投影到随着转子旋转的d轴，q轴与垂直于dq平面的零轴(0轴)上去，从而实现了对定子电感矩阵的对角化，对同步电动机的运行分析起到了简化作用。

反Park变换；为Park变换的反向变换，也叫逆Park变换。

Clark变换：也叫克拉克变换(Clark's Transformation)，可将三相系统(定子的abc坐标系)的时域分量转换为正交静止坐标系(αβ)中的两个分量。

SVPWM：空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM)，通过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。

PMSM：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM)，也叫永磁同步马达，是指一种转子用永久磁铁代替绕线的同步马达。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，各术语应在本领域内做广义理解。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

实施例一

图1中示例性示出了一种永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；

步骤102、将电压利用率与预设阈值进行比较，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；

步骤103、若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；

步骤104、根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，其中，逆变器输出的三相电流用于驱动永磁同步电机。

其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压。其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压。

实际应用中，该方法的执行主体可以为永磁同步电机电流环控制装置，其实现方式有多种，比如，可以通过计算机程序实现，例如，应用软件等；或者，也可以实现为存储有相关计算机程序的介质，例如，U盘、云盘等；再或者，还可以通过集成或安装有相关计算机程序的实体装置实现，例如，芯片等。

本示例中，根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率。其中电压利用率：

其中，U_d为d轴电压；U_q为q轴电压。其中永磁同步电机的工况可以有多种，比如负载工况、电制动工况、空载工况以及断能停转工况等。在算得电压利用率后与预设阈值进行比较，实际应用中，预设阈值可以为电压利用率存在物理极限1.1，当永磁同步电机在电压利用率波动量超过1.1时，电流环就会处于不稳定不可控状态，从而导致不能通过控制电流来调控永磁同步电机的扭矩。可选的，为提高磁同步电机控制的稳定性，也可将预设阈值进行下调，以满足通过相应的控制电流来调控永磁同步电机的扭矩的效果。若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略。其中在第一电流环控制策略和第二电流环控制策略中，根据永磁同步电机的电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令，查表获得d轴查表电流和q轴查表电流。可选的，为保证查表电流更加符合电机工况，可对查表电流进行一定补偿。在实际应用中，根据电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令与d轴查表电流和q轴查表电流的对应关系由永磁同步电机的硬件物理参数决定，比如永磁同步电机的电感因素和磁电因素决定。其中在第一电流环控制策略和第二电流环控制策略中，PI模块中PI输出公式为：

其中，Err为PI模块输入的差值，k_p1为比例增益项，k_i2为积分增益项，为电路积分。

第一电流环控制策略中，将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压。对应的，第二电流环控制策略中，将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压。

本示例提供的永磁同步电机电流环控制方法中，方法包括：根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，有不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

考虑不同永磁同步电机的物理特性，在执行第二策略时，可根据永磁同步电机的物理特性选择第三PI模块的输入参数。作为一个示例，图2中示例性示出了一种永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图，如图2所示，方法还包括：

步骤201、将d轴查表电流和d轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；

步骤202、将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；

步骤203、将q轴查表电流和q轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；

步骤204、将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；

步骤103中将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，包括：

若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。

本示例中，将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差，以及将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差。其中，为提高第一扭矩误差或第二扭矩误差的精确度，可多次执行上述步骤，获得多个第一扭矩误差或第二扭矩误差。实际应用中，可将永磁同步电机的第一当前扭矩与扭矩指令的百分比作为第一扭矩误差，并在获得多个第一扭矩误差后取多个第一扭矩误差的平均值，或者，根据永磁同步电机的稳定性，对在物理特性稳定情况下测得的第一扭矩误差进行权重后再求平均值；对应的，也可通过相似的计算逻辑计算多个第二扭矩误差的平均值。通过对比第一扭矩误差和第二扭矩误差的大小，若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。本示例提供的方法，计算永磁同步电机的d轴查表电流和d轴电流的差值所计算获得的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压，与通过永磁同步电机的q轴查表电流和q轴电流的差值所计算获得的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压，并通过对比相应的扭矩精度，可确定第三PI模块的输入参数。

为提高电压利用率，在执行第二策略时，可根据永磁同步电机的最大相电压和功率因素角进行电流环的调节。作为一个示例，图3中示例性示出了一种永磁同步电机电流环控制方法的流程示意图，如图3所示，方法包括：

步骤301、通过查表获取永磁同步电机的最大相电压；

步骤302、根据最大相电压和功率因素角的余弦值获得更新后的d轴调节电压；并根据最大相电压和功率因素角的正弦值获得更新后的q轴调节电压。

本示例中，根据永磁同步电机的电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令，查表获取永磁同步电机的最大相电压，更新后的d轴电压和q轴电压分别为：

U_d＝Us_max*cosα

U_q＝Us_max*sinα

其中Us_max为最大相电压，α为功率因素角。此时的电压利用率：

本示例的方法，在电压利用率大于预设阈值时，在对d轴电压和q轴电压调整的同时，可将电压利用率设定在最大相电压的恒定值，提高并保持了电压利用率。

考虑到逆变器输出的三相电流需要经过转换成d轴电流和q轴电流，后才能进行电流环的控制调节。在一个示例中，方法包括：

将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流和/或q轴电流。

本示例提供的方法，将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后，可获得d轴电流和/或q轴电流，以实现后续对电流环的控制。

为将更新后的d轴电压和新后的q轴电压用于驱动永磁同步电机，需要将更新后的d轴电压和新后的q轴电压转换成三项电流。在一个示例中，步骤104包括：

将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

本示例提供的方法，将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，可获得两相正弦电压；并将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号，以实现根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

可结合图4所示的永磁同步电机电流环控制的第一电流环控制策略原理图和图5所示的永磁同步电机电流环控制的第二电流环控制策略原理图，对本实施例的一个或多个示例进行介绍。如图4所示的第一电流环控制策略原理图，获取逆变器输出的Ia、Ib、Ic的三相电流，经过Clark变换后获得Alpha-Beta固定轴的两相正弦电流Ialpha、Ibeta；两相正弦电流Ialpha、Ibeta经过Park变换后获得d-q移动轴的d轴电流IdFdb和q轴电流IqFdb，将d轴电流IdFdb和d轴查表电流IdRef进行信号求差，并将求差结果输入至第一PI模块输出更新后的d轴电压Ud，其中d轴查表电流IdRef由IdIq电流查找表中电机转速Spd、母线电压Udc以及接收到的扭矩指令TrqRef唯一确定；相似地，q轴电流IqFdb和q轴查表电流IqRef进行信号求差，并将求差结果输入至第二PI模块输出更新后的q轴电压Uq，其中q轴查表电流IqRef由IdIq电流查找表中同一组电机转速Spd、母线电压Udc以及接收到的扭矩指令TrqRef唯一确定；将更新后的d轴电压Ud和更新后的q轴电压Uq经反Park变换后，获得两相正弦电压Ualpha和Ubeta；将两相正弦电压Ualpha和Ubeta经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号DutyA、DutyB、DutyC；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

如图5所示的第二电流环控制策略原理图，获取逆变器输出的Ia、Ib、Ic的三相电流，经过Clark变换后获得Alpha-Beta固定轴的两相正弦电流Ialpha、Ibeta；两相正弦电流Ialpha、Ibeta经过Park变换后获得d-q移动轴的d轴电流IdFdb或q轴电流IqFdb，将d轴电流IdFdb和d轴查表电流IdRef进行信号求差，或者，将q轴电流IqFdb和q轴查表电流IqRef进行信号求差，并将求差结果输入至第三PI模块输出功率因素角α，并将最大相电压和功率因素角的余弦值的乘积Usmax*cosα作为更新后的d轴电压Ud，将最大相电压和功率因素角的正弦值的乘积Usmax*sinα作为更新后的q轴电压Uq其中，d轴查表电流IdRef或q轴查表电流IqRef、以及最大相电流Usmax由IdIq电流查找表中电机转速Spd、母线电压Udc以及接收到的扭矩指令TrqRef唯一确定。将更新后的d轴电压Ud和更新后的q轴电压Uq经反Park变换后，获得两相正弦电压Ualpha和Ubeta；将两相正弦电压Ualpha和Ubeta经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号DutyA、DutyB、DutyC；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

其中，第一电流环控制策略图和第二电流环控制策略图中由位置传感器获取角度θ，用于Park变换或反Park变换。

本实施例提供的永磁同步电机电流环控制方法中，方法包括：根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，用不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

实施例二

图6中示例性示出了一种永磁同步电机电流环控制装置的结构示意图，如图6所示，装置包括：

获取模块01，用于根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；

判断模块02，用于将电压利用率与预设阈值进行比较，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压；

执行模块03，用于若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压；

调节模块04，用于根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，其中，逆变器输出的三相电流用于驱动永磁同步电机。

实际应用中，该方法的执行主体可以为永磁同步电机电流环控制装置，其实现方式有多种，比如，可以通过计算机程序实现，例如，应用软件等；或者，也可以实现为存储有相关计算机程序的介质，例如，U盘、云盘等；再或者，还可以通过集成或安装有相关计算机程序的实体装置实现，例如，芯片等。

本示例中，根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定永磁同步电机在当前工况下的电压利用率。其中电压利用率：

其中，U_d为d轴电压；U_q为q轴电压。其中永磁同步电机的工况可以有多种，比如负载工况、电制动工况、空载工况以及断能停转工况等。在算得电压利用率后与预设阈值进行比较，实际应用中，预设阈值可以为电压利用率存在物理极限1.1，当永磁同步电机在电压利用率波动量超过1.1时，电流环就会处于不稳定不可控状态，从而导致不能通过控制电流来调控永磁同步电机的扭矩。可选的，为提高磁同步电机控制的稳定性，也可将预设阈值进行下调，以满足通过相应的控制电流来调控永磁同步电机的扭矩的效果。若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略。其中在第一电流环控制策略和第二电流环控制策略中，根据永磁同步电机的电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令，查表获得d轴查表电流和q轴查表电流。可选的，为保证查表电流更加符合电机工况，可对查表电流进行一定补偿。根据永磁同步电机的电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令，查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；在实际应用中，根据电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令与d轴查表电流和q轴查表电流的对应关系由永磁同步电机的硬件物理参数决定，比如永磁同步电机的电感因素和磁电因素决定。其中在第一电流环控制策略和第二电流环控制策略中，PI模块中PI输出公式为：

其中，Err为PI模块输入的差值，k_p1为比例增益项，k_i2为积分增益项，为电路积分。

第一电流环控制策略中，将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压。对应的，第二电流环控制策略中，将d轴查表电流和d轴电流的差值，或者，q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压。

本示例提供的永磁同步电机电流环控制装置中，根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，用不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

在一个示例中，执行模块03，还用于：

将d轴查表电流和d轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；

将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；

将q轴查表电流和q轴电流的差值，作为第三PI模块的输入，将第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；

将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；

执行模块03，具体用于：

若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。

本示例中，将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第一测试d轴电压和第一测试q轴电压；获取永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差，以及将永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为第二测试d轴电压和第二测试q轴电压；获取永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据扭矩指令和永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差。其中，为提高第一扭矩误差或第二扭矩误差的精确度，可多次执行上述步骤，获得多个第一扭矩误差或第二扭矩误差。实际应用中，可将永磁同步电机的第一当前扭矩与扭矩指令的百分比作为第一扭矩误差，并在获得多个第一扭矩误差后取多个第一扭矩误差的平均值，或者，根据永磁同步电机的稳定性，对在物理特性稳定情况下测得的第一扭矩误差进行权重后再求平均值；对应的，也可通过相似的计算逻辑计算多个第二扭矩误差的平均值。通过对比第一扭矩误差和第二扭矩误差的大小，若第一扭矩误差小于第二扭矩误差，则将d轴查表电流和d轴电流的差值作为第三PI模块的输入；若第一扭矩误差大于第二扭矩误差，则将q轴查表电流和q轴电流的差值作为第三PI模块的输入。本示例提供的装置，计算永磁同步电机的d轴查表电流和d轴电流的差值所计算获得的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压，与通过永磁同步电机的q轴查表电流和q轴电流的差值所计算获得的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压，并通过对比相应的扭矩精度，可确定第三PI模块的输入参数。

在一个示例中，执行模块03，具体用于：

通过查表获取永磁同步电机的最大相电压；

根据最大相电压和功率因素角的余弦值获得更新后的d轴调节电压；并根据最大相电压和功率因素角的正弦值获得更新后的q轴调节电压。

本示例中，根据永磁同步电机的电机转速、母线电压以及接收到的扭矩指令，查表获取永磁同步电机的最大相电压后，更新后的d轴电压和q轴电压分别为：

U_d＝Us_max*cosα

U_q＝Us_max*sinα

其中Us_max为最大相电压，α为功率因素角。此时的电压利用率：

本示例的装置，在电压利用率大于预设阈值时，在对d轴电压和q轴电压调整的同时，可将电压利用率设定在最大相电压的恒定值，提高并保持了电压利用率。

在一个示例中，判断模块02，具体用于：

将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流和q轴电流。

执行模块03，具体用于：将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后获得d轴电流或q轴电流。

本示例提供的装置，将永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将两相正弦电流经过Park变换后，可获得d轴电流和/或q轴电流，以实现后续对电流环的控制。

在一个示例中，调节模块04，具体用于：

将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号；根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

本示例提供的装置，将更新后的d轴电压和更新后的q轴电压经过反Park变换后，可获得两相正弦电压；并将两相正弦电压经SVPWM调节后，获得永磁同步电机的三相占空比信号，以实现根据三相占空比信号调节逆变器输出的三相电流。

本实施例提供的永磁同步电机电流环控制装置中，根据永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定当前工况下的电压利用率，若电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压；若电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，可根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以驱动永磁同步电机。本方案中在不同的电压利用率工况下，用不同的电流环控制策略更新d轴电压和q轴电压，并能根据更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，调节逆变器输出的三相电流，以实现灵活地对永磁同步电机的电流环进行控制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机电流环控制方法，其特征在于，包括：

根据所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定所述永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；

将所述电压利用率与预设阈值进行比较，若所述电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将所述第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将所述第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压；

若所述电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值，或者，所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据所述功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压；

根据所述更新后的d轴电压和所述更新后的q轴电压，调节所述逆变器输出的三相电流，其中，所述逆变器输出的三相电流用于驱动所述永磁同步电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值，作为所述第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据所述第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；

将所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为所述第一测试d轴电压和所述第一测试q轴电压；获取所述永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和所述永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；

将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值，作为所述第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据所述第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；

将所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为所述第二测试d轴电压和所述第二测试q轴电压；获取所述永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据所述扭矩指令和所述永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；

所述将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值，或者，所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，包括：

若所述第一扭矩误差小于所述第二扭矩误差，则将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值作为所述第三PI模块的输入；若所述第一扭矩误差大于所述第二扭矩误差，则将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为所述第三PI模块的输入。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压，包括：

通过查表获取所述永磁同步电机的最大相电压；

根据所述最大相电压和所述功率因素角的余弦值获得所述更新后的d轴调节电压；并根据所述最大相电压和所述功率因素角的正弦值获得所述更新后的q轴调节电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和/或q轴电流，包括：

将所述永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将所述两相正弦电流经过Park变换后获得所述d轴电流和/或所述q轴电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述更新后的d轴电压和所述更新后的q轴电压，调节所述逆变器输出的三相电流包括：

将所述更新后的d轴电压和所述更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将所述两相正弦电压经SVPWM调节后，获得所述永磁同步电机的三相占空比信号；根据所述三相占空比信号调节所述逆变器输出的三相电流。

6.一种永磁同步电机电流环控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于根据所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，确定所述永磁同步电机在当前工况下的电压利用率；

判断模块，用于将所述电压利用率与预设阈值进行比较，若所述电压利用率小于预设阈值，则执行第一电流环控制策略；其中，第一电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流和q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流和q轴电流；将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值作为第一PI模块的输入，将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为第二PI模块的输入，将所述第一PI模块的输出结果作为更新后的d轴电压和将所述第二PI模块的输出结果作为更新后的q轴电压；

执行模块，用于若所述电压利用率不小于预设阈值，则执行第二电流环控制策略；其中，第二电流环控制策略包括：通过查表获得d轴查表电流或q轴查表电流；根据逆变器当前输出的三相电流，得到d轴电流或q轴电流；将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值，或者，所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为功率因素角，并根据所述功率因素角得到相应的更新后的d轴电压和更新后的q轴电压；

调节模块，用于根据所述更新后的d轴电压和所述更新后的q轴电压，调节所述逆变器输出的三相电流，其中，所述逆变器输出的三相电流用于驱动所述永磁同步电机。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述执行模块，还用于：

将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值，作为所述第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为第一测试功率因素角，并根据所述第一测试功率因素角得到相应的第一测试d轴调节电压和第一测试q轴调节电压；

将所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为所述第一测试d轴电压和所述第一测试q轴电压；获取所述永磁同步电机的第一当前扭矩，并根据接收到的扭矩指令和所述永磁同步电机的第一当前扭矩计算得到为第一扭矩误差；

将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值，作为所述第三PI模块的输入，将所述第三PI模块的输出结果作为第二测试功率因素角，并根据所述第二测试功率因素角得到相应的第二测试d轴调节电压和第二测试q轴调节电压；

将所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压调节为所述第二测试d轴电压和所述第二测试q轴电压；获取所述永磁同步电机的第二当前扭矩，并根据所述扭矩指令和所述永磁同步电机的第二当前扭矩计算得到为第二扭矩误差；

所述执行模块，具体用于：若所述第一扭矩误差小于所述第二扭矩误差，则将所述d轴查表电流和所述d轴电流的差值作为所述第三PI模块的输入；若所述第一扭矩误差大于所述第二扭矩误差，则将所述q轴查表电流和所述q轴电流的差值作为所述第三PI模块的输入。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述执行模块，具体用于：

通过查表获取所述永磁同步电机的最大相电压；

根据所述最大相电压和所述功率因素角的余弦值获得所述更新后的d轴调节电压；并根据所述最大相电压和所述功率因素角的正弦值获得所述更新后的q轴调节电压。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判断模块，具体用于：

将所述永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将所述两相正弦电流经过Park变换后获得所述d轴电流和所述q轴电流；

所述执行模块，具体用于：将所述永磁同步电机的三相电流经过Clark变换后获得两相正弦电流，并将所述两相正弦电流经过Park变换后获得所述d轴电流或所述q轴电流。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节模块，具体用于：

将所述更新后的d轴电压和所述更新后的q轴电压经过反Park变换后，获得两相正弦电压；将所述两相正弦电压经SVPWM调节后，获得所述永磁同步电机的三相占空比信号；根据所述三相占空比信号调节所述逆变器输出的三相电流。