电机控制方法、装置、电动设备及存储介质与流程

本公开涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种电机控制方法、装置、电动设备及存储介质。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，电机已经广泛应用于各种电动设备，比如电动汽车等，因此，对电机的控制也越来越受到广泛的重视。

现有技术中，可以通过pi(proportionalintegralcontroller，比例积分控制器)对应的闭环传递函数，对输入电机的电流进行闭环控制，该pi的模型为其中，kp为比例环节参数，ki为积分环节参数，s为微分环节。

但由于在对电机电流进行闭环控制的过程中，未对高频干扰信号采取措施，从而导致对电机控制的稳定性较低。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种电机控制方法、装置、电动设备及存储介质，以在对电机电流进行闭环控制时，减少高频信号的干扰，提高了对电机进行控制的稳定性。

为了实现上述目的，本公开采用的技术方案如下：

第一方面，本公开提出一种电机控制方法，所述方法包括：

分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流，所述q轴实际电流和所述d轴实际电流为根据当前输入至所述电机的a相电流和b相电流转换得到；

基于所述q轴指定电流和所述q轴实际电流确定q轴电流差，基于所述d轴指定电流和所述d轴实际电流确定d轴电流差；

基于闭环传递函数，分别对所述q轴电流差和所述d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压，所述闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，所述电流控制模型包括电流调节器模型，所述电流调节器模型包括第一惯性环节，所述第一惯性环节用于对高频干扰信号进行衰减，所述q轴电压和所述d轴电压用于指示向所述电机输入的a相电压和b相电压。

可选地，所述电流调节器模型还包括与所述第一惯性环节串接的比例环节、积分环节、第一微分环节，其中，所述第一微分环节为t0s+1，所述比例环节为k，所述积分环节为k和t0为调节器参数，t0为所述第一微分环节的时间常数，s为第二微分环节。

可选地，所述电流控制模型还包括与所述电流调节器模型串联的电机控制器模型和电机模型，所述电机控制器模型为第二惯性环节，所述电机模型为第三惯性环节。

可选地，所述第二惯性环节为其中，kc和tc为电机控制器参数，kc为电机控制器的放大倍数，tc为所述电机控制器的延时。

可选地，所述第三惯性环节包括其中，km和tm为电机参数，km＝1/rs，tm＝ld(q)/rs，ld(q)为电机定子的d轴电感或q轴电感，rs为电机定子电阻。

可选地，所述第一惯性环节为其中，t1为调节器参数，t1为所述第一惯性环节的时间常数。

可选地，t0＝tm，其中，ωc为系统截止频率，

第二方面，本公开还提出一种电机控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流，所述q轴实际电流和所述d轴实际电流为根据当前输入至所述电机的a相电流和b相电流转换得到；

确定模块，用于基于所述q轴指定电流和所述q轴实际电流确定q轴电流差，基于所述d轴指定电流和所述d轴实际电流确定d轴电流差；

处理模块，用于基于闭环传递函数，分别对所述q轴电流差和所述d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压，所述闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，所述电流控制模型包括电流调节器模型，所述电流调节器模型包括第一惯性环节，所述第一惯性环节用于对高频干扰信号进行衰减，所述q轴电压和所述d轴电压用于指示向所述电机输入的a相电压和b相电压。

可选地，所述电流调节器模型还包括与所述第一惯性环节串接的比例环节、积分环节、第一微分环节，其中，所述第一微分环节为t0s+1，所述比例环节为k，所述积分环节为k和t0为调节器参数，t0为所述第一微分环节的时间常数，s为第二微分环节。

可选地，所述电流控制模型还包括与所述电流调节器模型串联的电机控制器模型和电机模型，所述电机控制器模型为第二惯性环节，所述电机模型为第三惯性环节。

可选地，所述第二惯性环节为其中，kc和tc为电机控制器参数，tc为所述电机控制器的延时。

可选地，所述第三惯性环节包括其中，km和tm为电机参数，km＝1/rs，tm＝ld(q)/rs，ld(q)为电机定子的d轴电感或q轴电感，rs为电机定子电阻。

可选地，所述第一惯性环节为其中，t1为调节器参数，t1为所述第一惯性环节的时间常数。

可选地，t0＝tm，其中，ωc为系统截止频率，

第三方面，本公开还提出一种电动设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电动设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过所述总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如前述第一方面所述方法的步骤。

第四方面，本公开还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行前述第一方面所述方法的步骤。

在本公开实施例中，可以分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流，并基于q轴指定电流和q轴实际电流确定q轴电流差，基于d轴指定电流和d轴实际电流确定d轴电流差，通过闭环传递函数分别对q轴电流差和d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压，q轴电压和d轴电压可以指示向电机输入的a相电压和b相电压。由于q轴实际电流和d轴实际电流为根据当前输入至电机的a相电流和b相电流转换得到，且该闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，该电流控制模型包括电流调节器模型，电流调节器模型包括用于对高频干扰信号进行衰减的第一惯性环节，从而能够在对电机电流进行闭环控制时，减少高频信号的干扰，提高了对电机进行控制的稳定性。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开了解。本公开的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本公开所提供的一种电机控制系统的原理示意图；

图2示出了本公开所提供的一种电机控制方法的流程示意图；

图3示出了本公开所提供的一种电流控制模型设计方法的流程图；

图4示出了本公开所提供的一种电流控制模型的模块示意图；

图5示出了本公开所提供的一种伯德图；

图6示出了本公开所提供的一种电机控制装置的功能模块示意图；

图7示出了本公开所提供的一种电动设备的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开中附图，对本公开中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在对本公开进行详细的解释说明之前，先对本公开的应用场景予以介绍。

请参照图1，为本公开所提供的一种电机控制系统的原理示意图。该系统包括pi101、两个电流控制器102、park逆变换器103、pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)调制器104、逆变器105、pmsm(permanentmagnetsynchronousmotor，永磁同步电机)106、clark变换器107、park变换器108和编码器109。其中，pi101用于对pmsm106的角频率进行闭环控制，能够根据指定角频率ω^*和实际角频率ω确定得到q轴指定电流iq^*；两个电流控制器102分别用于对q轴和d轴的电机电流进行闭环控制，对应q轴的电流控制器102根据iq^*和q轴实际电流iq确定得到q轴控制电压uq，对应d轴的电流控制器102根据id^*和d轴实际电流id确定得到d轴控制电压ud；park逆变换器103根据pmsm106的转子相对于定子的角度θ，将uq和ud从旋转的dq坐标系变换至静止的αβ坐标系，得到uα和uβ；pwm调制器104根据uα和uβ控制逆变器105向pmsm106输出三相电压ua和ub；clark变换器107根据ua和ub确定得到ia和ib，并将ia和ib变换至静止的αβ坐标系，得到iα和iβ；park变换器根据pmsm106的转子相对于定子的角度θ，将iα和iβ从静止的αβ坐标系变换至旋转的dq坐标系，得到iq和id；编码器109检测pmsm106的实际角频率ω和转子相对于定子的角度θ，并将θ反馈给park逆变换器103和park变换器108。

其中，d轴电流为转矩电流分量，可以用于控制转矩；d轴电流为励磁电流分量，可以用于控制磁通。

需要说明的是，上述pi101、电流控制器102、park逆变换器103、pwm调制器104、clark变换器107和park变换器108可以通过一个或多个具有计算能力的设备实现，比如处理器等。

还需要说明的是，本公开仅以上述图1为例对本公开的应用场景进行介绍，在实际应用中，本公开也可以应用于其它类型的电机电流控制，比如异步电机、直流电机等。

请参照图2，为本公开所提供的一种电机控制方法的流程示意图。需要说明的是，本公开所述的电机控制方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制，该方法的执行主体可以是用于执行上述与电流控制器102相关操作的计算设备。应当理解，在其它实施例中，本公开所述的电机控制方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图2所示的流程进行详细阐述。

步骤201，分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流。

其中，该q轴实际电流和该d轴实际电流为根据当前输入至该电机的a相电流和b相电流转换得到。

为了使实际向电机所提供的q轴实际电流和d轴实际电流尽可能地，分别与q轴指定电流和d轴指定电流一致，实现对输入至电机的电流进行闭环控制，从而确保电机的稳定运行，可以获取当前电机的q轴实际电流、d轴实际电流、q轴指定电流和d轴指定电流。

q轴指定电流可以通过对电机的角频率进行闭环控制之后得到。

d轴指定电流可以通过事先设置得到。

当然，在实际应用中，d轴指定电流和q轴指定电流也可以通过其它方式确定，比如根据电机的角频率通过查表的方式获取相应的d轴指定电流和q轴指定电流。本公开实施例对此d轴指定电流和q轴指定电流的获取方式不做具体限定。

q轴实际电流和d轴实际电流可以通过对输入电机的a相电流和b相电流进行转换得到，比如在如上述图1中，可以采集逆变器105和pmsm106之间的a相电流和b相电流。

步骤202，基于q轴指定电流和q轴实际电流确定q轴电流差，基于d轴指定电流和d轴实际电流确定d轴电流差。

为了实现对输入至电机的电流进行闭环控制，可以分别确定q轴电流差和d轴电流差。

可以将q轴指定电流减去q轴实际电流的差值确定为q轴电流差，相应的，将d轴指定电流减去d轴实际电流的差值确定为d轴电流差。

步骤203，基于闭环传递函数，分别对q轴电流差和d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压。

其中，该闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，该电流控制模型包括电流调节器模型，该电流调节器模型包括第一惯性环节，该第一惯性环节用于对高频干扰信号进行衰减，q轴电压和d轴电压用于指示向电机输入的a相电压和b相电压。

为了抑制高频干扰信号，从而提高对电机进行控制的稳定性，可以通过根据包括第一惯性环节的电流控制模型确定的闭环传递函数，对分别对q轴电流差和d轴电流差进行处理，从而得到q轴电压和d轴电压。

电流控制模型可以是对电机电流进行闭环控制的数学模型，该数学模型可以说明q轴电流与q轴电压、d轴电流与d轴电压之间的数学关系。该电流控制模型可以由用户事先建立得到。

惯性环节的输出一开始并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束，输出才能与输入保持比例。

可以基于事先建立的电流控制模型，确定对应的闭环传递函数，通过该闭环传递函数对q轴电流差进行处理，所得到的结果即为q轴电压，通过该闭环传递函数，对d轴电流差进行处理，所得到的结果即为d轴电压。当确定q轴电压和d轴电压时，可以按照q轴电压和d轴电压，确定向电机输入的a相电压和b相电压。

在本公开实施例中，可以分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流，并基于q轴指定电流和q轴实际电流确定q轴电流差，基于d轴指定电流和d轴实际电流确定d轴电流差，通过闭环传递函数分别对q轴电流差和d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压，q轴电压和d轴电压可以指示向电机输入的a相电压和b相电压。由于q轴实际电流和d轴实际电流为根据当前输入至电机的a相电流和b相电流转换得到，且该闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，该电流控制模型包括电流调节器模型，电流调节器模型包括用于对高频干扰信号进行衰减的第一惯性环节，从而能够在对电机电流进行闭环控制时，减少高频信号的干扰，提高了对电机进行控制的稳定性。

可选地，电流调节器模型还包括与第一惯性环节串接的比例环节、积分环节、第一微分环节。比例环节用于调节系统增益。

积分环节用于减小系统稳态误差。

第一微分环节可以用于消除电流控制模型中含有较大时间常数的环节。

可选地，比例环节为k，积分环节为第一微分环节为t0s+1，其中，k和t0为调节器参数，t0为第一微分环节的时间常数，s为第二微分环节。

可选地，电流控制模型还包括与电流调节器模型串联的电机控制器模型和电机模型，该电机控制器模型为第二惯性环节，该电机模型为第三惯性环节。

为了进一步根据电机控制器以及电机本身的特性，对电机电流进行调节，以进一步提高对电机进行控制的稳定性，电流控制模型还包括与电流调节器模型串联的电机控制器模型和电机模型。

电机控制器模型与电机控制器对应，可以用于根据电机控制器的特性，对电机电流进行调节。

其中，电机控制器用于控制输入至电机的电流、电压等电气参数，该电机控制器可以包括图1中的逆变器。

可选地，第二惯性环节为其中，kc和tc为电机控制器参数，kc为电机控制器的放大倍数，tc为所述电机控制器的延时。

其中，kc和tc可以通过事先设置得到。

需要说明的是，tc可以为一个时间常数，比如一个开关周期。

电机模型与电机对应，可以用于根据电机的特性，对电机电流进行调节。

可选地，第三惯性环节包括其中，km和tm为电机参数，km＝1/rs，tm＝ld(q)/rs，ld(q)为电机定子的d轴电感或q轴电感，rs为电机定子电阻。

其中，km、tm、ld(q)和rs可以通过事先设置得到。

需要说明的是，当该闭环传递函数用于对d轴电流差进行处理，即该电流控制模型用于对d轴电流进行控制时，ld(q)可以为电机定子的d轴电感；当该闭环传递函数用于对q轴电流差进行处理，即该电流控制模型用于对q轴电流进行控制时，ld(q)可以为电机定子的q轴电感。

还需要说明的是，在实际应用中，电机控制器模型和电机模型也可以分别包括其它更多的环节。

可选地，第一惯性环节为其中，t1为调节器参数，t1为所述第一惯性环节的时间常数。

其中，t1可以通过事先设置得到。

可选地，t0＝tm，其中，ωc为系统截止频率，

为了便于对电流调节器模型中的调节器参数进行离线整定，可以通过电机控制器参数和电机参数，确定调节器参数。那么对于不同的电机，只需要事先通过事先确定电机控制器参数和电机参数，即可快速对调节器参数进行整定，不仅通用性强，也能够降低整定难度，减少了对调试人员的要求，还提高了整定效率。

需要说明的是，本公开实施例仅以k对上述比例环节进行说明、以对上述积分环节进行说明、以t0s+1对上述第一微分环节进行说明、以对上述第一惯性环节进行说明、以对上述第二惯性环节进行说明、以对上述第三惯性环节进行说明，在实际应用中，比例环节、积分环节、第一微分环节、第一惯性环节和第三惯性环节不必以上述示例为限。

请参照图3，为本公开提供的一种电流控制模型设计方法的流程图。

步骤301，创建电流控制模型。

其中，如4所示，该电流控制模型可以包括串联的电流调节器模型、电机控制器模型和电机模型，电流调节器模型为电机控制器模型为电机模型为

以电机模型为例，在忽略电机铁芯饱和、涡流及磁阻损耗的情况下，电机模型可以通过下述公式1所示：

其中，ud和uq分别为定子的d轴电压和q轴电压，id和iq分别为电机定子的d轴电流和q轴电流，rs为电机定子电阻，ld和lq分别为电机定子的d轴电感和q轴电感，ωr分别为电角速度，ψf为转子磁体磁链。

通过电流反馈解耦之后，上述电机模型可以简化为如下公式2所示的电机模型：

其中，km和tm为电机参数，km＝1/rs，tm＝ld(q)/rs，ld(q)为电机定子的d轴电感或q轴电感，rs为电机定子电阻。

因此，当确定得到如上述公式2所示的电机模型时，可以根据q轴电压、q轴电流以及该电机模型所表示的d轴电压与d轴电流、q轴电压与q轴电流之间的数学关系，确定相应的d轴电压和q轴电压。

需要说明的是，上述电流调节器模型和电机控制器模型的创建过程以及应用方式，可以与电机模型相似，此处不再一一赘述。

步骤302，确定电流控制模型的开环传递函数。

对于如图4所示的电流控制模型，可以确定该电流控制模型对应的开环传递函数如公式3所示：

由于在工程设计中，电流调节器模型的零点可以与被控对象较大时间常数的极点相消，可以设置t0＝tm，从而可以将公式3简化为公式4：

由于tc通常远小于t1，因此可以忽略tc，从而可以将公式4简化为公式5：

由于系统截止频率可以取最大角频率，从而确保电机在可运转的速度内快速响应，即有ωc＝ωmax。且由于电流控制模型在系统截止频率处的幅值为1，即从而可以得到

其中，ωmax为最大角频率，a(ωc)为电流控制模型在系统截止频率处的幅值。

步骤303，根据电流控制模型的开环传递函数，确定电流控制模型的闭环传递函数。

其中，可以根据公式5确定电流控制模型的闭环传递函数如下公式6所示：

其中，φ(s)为系统闭环传递函数，ωn为电流控制模型标准形式的自然频率；ξ为电流控制模型标准形式的阻尼比。

由上述公式6可知

由于闭环传递函数为二阶系统，则为使二阶系统的谐振最小并且满足动态性能，阻尼系数的最优解ξ为0.707，则可以得到

由以及即可得到其中，

再将代入至公式5即可得到电流控制模型的开环传递函数。

请参照图5，为如上图4所示的电流控制模型所对应的伯德图。该伯德图可以基于上述公式5所示的开环传递函数确定。由图5可知，当电机的角频率小于ω1时，幅频特性为-20db(分贝)/dec(十倍频)，当电机的角频率大于ω1时，幅频特性为-40db/dec，从而使中频段保持较好的系统动态性能，并使高频段迅速衰减，减少高频信号的干扰。

请参照图6，为本公开所提供的一种电机控制装置600的功能模块示意图。需要说明的是，本实施例所提供的电机控制装置600，其基本原理及产生的技术效果与前述对应的方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考方法实施例中的相应内容。该电机控制装置600包括获取模块601，确定模块602和处理模块603。

获取模块601，用于分别获取电机的q轴指定电流、d轴指定电流、q轴实际电流和d轴实际电流，该q轴实际电流和该d轴实际电流为根据当前输入至该电机的a相电流和b相电流转换得到；

确定模块602，用于基于该q轴指定电流和该q轴实际电流确定q轴电流差，基于该d轴指定电流和该d轴实际电流确定d轴电流差；

处理模块603，用于基于闭环传递函数，分别对该q轴电流差和该d轴电流差进行处理，得到q轴电压和d轴电压，该闭环传递函数为根据电流控制模型确定得到，该电流控制模型包括电流调节器模型，该电流调节器模型包括第一惯性环节，该第一惯性环节用于对高频干扰信号进行衰减，该q轴电压和该d轴电压用于指示向该电机输入的a相电压和b相电压。

可选地，该电流调节器模型还包括与该第一惯性环节串接的比例环节、积分环节、第一微分环节，其中，该第一微分环节为t0s+1，该比例环节为k，该积分环节为k和t0为调节器参数，t0为该第一微分环节的时间常数，s为第二微分环节。

可选地，该电流控制模型还包括与该电流调节器模型串联的电机控制器模型和电机模型，该电机控制器模型为第二惯性环节，该电机模型为第三惯性环节。

可选地，该第二惯性环节为其中，kc和tc为电机控制器参数，kc为电机控制器的放大倍数，tc为所述电机控制器的延时。

可选地，该第三惯性环节包括其中，km和tm为电机参数，km＝1/rs，tm＝ld(q)/rs，ld(q)为电机定子的d轴电感或q轴电感，rs为电机定子电阻。

可选地，该第一惯性环节为其中，t1为调节器参数，t1为该第一惯性环节的时间常数。

可选地，t0＝tm，其中，ωc为系统截止频率，

上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，或，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称soc)的形式实现。

请参照图7，为本公开所提供的一种电动设备的功能模块示意图。该电动设备可以包括处理器701、存储介质702和总线703，该存储介质702存储有该处理器701可执行的机器可读指令，当该电动设备运行时，该处理器501与该存储介质702之间通过总线703通信，该处理器701执行该机器可读指令，可以实现上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

可选地，本公开还提供一计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行，以实现上述方法实施例。

在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行，例如各单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。