一种永磁同步电机磁链系数的修正方法及装置与流程

1.本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种永磁同步电机磁链系数的修正方法及装置。


背景技术：

2.在新能源汽车的开发中，永磁同步电动机因其优越的性能，被广泛的使用在动力控制系统中。在永磁同步电机量产的前期软件研发阶段，电机厂家直接给出的系统参考参数可能存在较大的误差，尤其是在大功率，几十千瓦功率的大电机控制时，存在磁链参数较大差异的情况，导致永磁同步电机相同的算法在同批次的电机下发生较大差异，影响控制策略的制定。因此，需要对永磁同步电机的磁链系数进行修正。
3.目前，现有的永磁同步电机磁链系数的修正方法，通常是在永磁同步电机的定子相电压的幅值与三相电压的平均值之间的差值大于预设阈值时，通过预设的修正系数修正磁链，磁链修正程度仅与预设的修正系数有关，由于预设的修正系数是直接给定，无法根据磁链的实时变化情况进行修正，因此会影响磁链系数修正的准确性，进而影响电机控制的准确性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种永磁同步电机磁链系数的修正方法及装置，以提高磁链系数修正的准确性，并提高电机控制的准确性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机磁链系数的修正方法，包括：
6.获取永磁同步电机的电机参数；
7.基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数；
8.将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数；
9.对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。
10.可选的，将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数，包括：
11.将初值代入永磁同步电机的磁链表达式，计算得到永磁同步电机的实时磁链数值；
12.对实时磁链数值进行迭代计算，得到永磁同步电机的磁链系数。
13.可选的，磁链表达式为：
14.ψf(t)＝ψf(t
‑
1)+kk(t)[x(t)
‑
y
t
(t)ψf(t
‑
1)]
[0015]
其中，ψf(t)为t时刻的实时磁链数值，ψf(t
‑
1)为t
‑
1时刻的实时磁链数值，k为可调节系数，k(t)为t时刻的状态增益矩阵，x(t)为第一常数矩阵，y(t)为第二常数矩阵。
[0016]
可选的，电机参数与磁链的关系式为：
[0017][0018]
其中，u
q
为永磁同步电机的q轴电压，r
s
为永磁同步电机的定子电阻，i
q
为永磁同步电机的q轴电流，l
q
为永磁同步电机的q轴电感，l
d
为永磁同步电机的d轴电感，ω为永磁同步电机的电角速度，ψ
f
为永磁同步电机的磁链。
[0019]
可选的，对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数，包括：
[0020]
对磁链系数进行加权运算，得到磁链的加权均值ψfjq；
[0021]
对加权均值ψfjq进行拟合，根据拟合结果确定最优磁链系数。
[0022]
可选的，磁链的加权均值ψfjq的表达式为：
[0023][0024]
其中，ψf(i)为预设时间段内第i次计算得到的磁链系数。
[0025]
可选的，根据拟合结果确定最优磁链系数，包括：
[0026]
根据拟合结果，通过查表确定拟合结果对应的永磁同步电机的电压和电流；
[0027]
将电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数。
[0028]
可选的，电机参数包括永磁同步电机的电角速度、q轴电压、q轴电流、d轴电感、q轴电感以及定子电阻。
[0029]
第二方面，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机磁链系数的修正装置，包括：
[0030]
参数获取模块，用于获取永磁同步电机的电机参数；
[0031]
初始磁链确定模块，用于基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数；
[0032]
磁链系数确定模块，用于将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数；
[0033]
最优系数确定模块，用于对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。
[0034]
可选的，磁链系数确定模块包括：
[0035]
实时磁链数值确定单元，用于将初值代入永磁同步电机的磁链表达式，计算得到永磁同步电机的实时磁链数值；
[0036]
磁链系数确定单元，用于对实时磁链数值进行迭代计算，得到永磁同步电机的磁链系数。
[0037]
本发明实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法及装置，通过获取永磁同步电机的电机参数；基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数；将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数；对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。与现有的通过预设
的修正系数修正磁链的方法相比，本发明实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法及装置，通过对磁链系数进行加权拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数，即根据磁链的实时变化情况对磁链进行修正，解决了由给定的修正系数修正磁链影响修正准确性的问题，从而提高了磁链系数修正的准确性，进而提高了电机控制的准确性。
附图说明
[0038]
图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正方法的流程图；
[0039]
图2是本发明实施例二提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正方法的流程图；
[0040]
图3是本发明实施例三提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正装置的结构框图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0042]
实施例一
[0043]
图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正方法的流程图，本实施例可适用于对永磁同步电机磁链系数进行修正等方面，该方法可以由永磁同步电机磁链系数的修正装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在具有永磁同步电机磁链系数的修正功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下步骤：
[0044]
步骤110、获取永磁同步电机的电机参数。
[0045]
其中，电机参数可包括永磁同步电机的电角速度、q轴电压、q轴电流、d轴电感、q轴电感以及定子电阻等。永磁同步电机的电机参数可以预先存储在电机控制系统的存储器中，永磁同步电机磁链系数的修正装置可通过与存储器电连接的端口，获取存储器中存储的电机参数，如永磁同步电机磁链系数的修正装置可向电机控制系统发送调取参数指令，当电机控制系统允许接收的调取参数指令执行时，存储器可向外传输数据，从而使永磁同步电机磁链系数的修正装置获取存储器中存储的电机参数。
[0046]
步骤120、基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数。
[0047]
具体的，永磁同步电机的数学模型包括在三相静止坐标系下或两相静止坐标系下的电压方程和磁链方程，或两相旋转坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程、运动方程以及状态方程，各坐标系可互相转换，具体可参考电机控制技术等相关书籍和电机控制相关资料的介绍，在此不再赘述。基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，如磁链与永磁同步电机在d
‑
q坐标系即两相旋转坐标系下的电压和电流等电机参数满足一定的关系式，可将计算磁链所需的电机参数代入上述关系式得到磁链，并将得到的磁链作为初始磁链系数，从而确定永磁同步电机的初始磁链系数。并且，永磁同步电机磁链系数的修正装置可每隔预设时间如10ms获取一次电机参数，重新获取的电机参数是电机控制系统在对永磁同步电机的控制过程中更新的电机参数，以使确定的永磁同步电机的初始
磁链系数得到更新。
[0048]
步骤130、将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数。
[0049]
具体的，可将初始磁链系数作为初值代入永磁同步电机的磁链表达式，如永磁同步电机的磁链表达式是关于ψf(t)与ψf(t
‑
1)的关系式，ψf(t)为t时刻的实时磁链数值，ψf(t
‑
1)为t
‑
1时刻的实时磁链数值，将初始磁链系数作为初值即作为初始时刻的磁链数值ψf(0)，以此迭代计算得到t时刻的实时磁链数值ψf(t)，从而确定永磁同步电机的磁链系数。
[0050]
步骤140、对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。
[0051]
具体的，可对预设时间段内多次计算得到的磁链系数进行加权运算，得到磁链的加权均值，并对加权均值进行线性拟合，得到的拟合结果可能是多个不同的磁链值。根据拟合结果，可通过查表确定拟合结果对应的永磁同步电机的电压和电流，如查表可以是查找预设存储表中不同磁链值对应的电压和电流，预设存储表中可预先存储有不同磁链值和不同磁链值对应的电压和电流，以及电压和电流的优选顺序。预设存储表中记录的磁链值的范围较广，则对加权均值拟合得到的拟合结果如多个不同的磁链值，通常在预设存储表中均有相应记录。以预设存储表存储的电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对电机进行控制，相较于优选顺序中首位之外的其它位置对应的电压和电流对电机进行控制，控制的可靠性更高，则可将预设存储表存储的电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数，从而实现对磁链系数的修正。
[0052]
本实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法，通过获取永磁同步电机的电机参数；基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数；将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数；对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。与现有的通过预设的修正系数修正磁链的方法相比，本实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法，通过对磁链系数进行加权拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数，即根据磁链的实时变化情况对磁链进行修正，解决了由给定的修正系数修正磁链影响修正准确性的问题，从而提高了磁链系数修正的准确性，进而提高了电机控制的准确性。
[0053]
实施例二
[0054]
图2是本发明实施例二提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正方法的流程图，本实施例可适用于对永磁同步电机磁链系数进行修正等方面，该方法可以由永磁同步电机磁链系数的修正装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在具有永磁同步电机磁链系数的修正功能的电子设备如计算机中，该方法具体包括如下步骤：
[0055]
步骤210、获取永磁同步电机的电机参数。
[0056]
其中，电机参数可包括永磁同步电机的电角速度、q轴电压、q轴电流、d轴电感、q轴电感以及定子电阻等。永磁同步电机的电机参数可以预先存储在电机控制系统的存储器中，永磁同步电机磁链系数的修正装置可通过与存储器电连接的端口，获取存储器中存储
的电机参数，如永磁同步电机磁链系数的修正装置可向电机控制系统发送调取参数指令，当电机控制系统允许接收的调取参数指令执行时，存储器可向外传输数据，从而使永磁同步电机磁链系数的修正装置获取存储器中存储的电机参数。
[0057]
步骤220、基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数。
[0058]
具体的，电机参数与磁链的关系式为：
[0059][0060]
其中，u
q
为永磁同步电机的q轴电压，r
s
为永磁同步电机的定子电阻，i
q
为永磁同步电机的q轴电流，l
q
为永磁同步电机的q轴电感，l
d
为永磁同步电机的d轴电感，ω为永磁同步电机的电角速度，ψ
f
为永磁同步电机的磁链。通过上述电机参数与磁链的关系式可看出，在确定永磁同步电机的初始磁链系数时，将计算磁链所需的电机参数如永磁同步电机的数学模型在d
‑
q坐标系的电机参数，代入上述关系式即可得到磁链ψ
f
，并将得到的磁链ψ
f
作为初始磁链系数，从而确定永磁同步电机的初始磁链系数。并且，永磁同步电机磁链系数的修正装置可每隔预设时间如10ms获取一次电机参数，重新获取的电机参数是更新后的电机参数，以使初始磁链系数得到更新。
[0061]
步骤230、将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式，计算得到永磁同步电机的实时磁链数值。
[0062]
具体的，永磁同步电机的磁链表达式为：
[0063]
ψf(t)＝ψf(t
‑
1)+kk(t)[x(t)
‑
y
t
(t)ψf(t
‑
1)]
[0064]
其中，ψf(t)为t时刻的实时磁链数值，ψf(t
‑
1)为t
‑
1时刻的实时磁链数值，k为可调节系数，可以对磁链进行微调，k(t)为t时刻的状态增益矩阵，x(t)为第一常数矩阵，y(t)为第二常数矩阵。第一常数矩阵和第二常数矩阵可由永磁同步电机的电机参数确定，电机参数可包括永磁同步电机极对数，粘滞摩擦系数，d轴电感，q轴电感值和定子电阻等。对于上述永磁同步电机的磁链表达式，可将初始磁链系数作为初值即作为初始时刻的磁链数值ψf(0)，则可计算得到初始时刻的下一时刻的磁链数值。
[0065]
步骤240、对实时磁链数值进行迭代计算，得到永磁同步电机的磁链系数。
[0066]
具体的，永磁同步电机磁链系数的修正装置可集成在控制器，控制器可每隔10ms进行一次迭代运算。基于上述磁链表达式，可对代入初值得到的磁链数值进行迭代计算，得到t时刻的实时磁链数值ψf(t)，从而确定永磁同步电机的磁链系数。
[0067]
步骤250、对磁链系数进行加权运算，得到磁链的加权均值ψfjq。
[0068]
具体的，磁链的加权均值ψfjq的表达式为：
[0069][0070]
其中，ψf(i)为预设时间段内第i次计算得到的磁链系数。永磁同步电机磁链系数的修正装置可每隔100ms进行一次加权运算，以降低控制器的运算负载，避免在修正磁链过程中占用过多资源。若控制器每隔10ms进行一次迭代运算，则在100ms内控制器可进行10次迭代运算，上述磁链的加权均值ψfjq的表达式中i从0到9，即控制器进行10次迭代运算，并
对得到的10次迭代运算进行加权，从而得到磁链的加权均值ψfjq。
[0071]
步骤260、对加权均值ψfjq进行拟合，根据拟合结果，通过查表确定拟合结果对应的永磁同步电机的电压和电流。
[0072]
具体的，查表可以是查找预设存储表中不同磁链值对应的电压和电流，预设存储表中可预先存储有不同磁链值和不同磁链值对应的电压和电流，以及电压和电流的优选顺序。预设存储表中记录的磁链值的范围较广，则对加权均值拟合得到的拟合结果如多个不同的磁链值，通常在预设存储表中均有相应记录，从而可在预设存储表中查找拟合结果如多个不同的磁链对应的永磁同步电机的电压和电流。
[0073]
步骤270、将电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数。
[0074]
具体的，以预设存储表存储的电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对电机进行控制，相较于优选顺序中首位之外的其它位置对应的电压和电流对电机进行控制，控制的可靠性更高，则可将预设存储表存储的电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数，从而实现对磁链系数的修正。
[0075]
另外，还可采用现代控制理论的方法，基于永磁同步电机的数学模型，构建永磁同步电机状态观测器的输入输出状态转移矩阵和状态观测矩阵，电机的状态观测器以及状态矩阵是电机控制如电机的矢量控制中的重要组成部分，具体可参考电机控制相关资料的介绍，在此不再赘述。构建的矩阵可用于分析磁链参考值ψ
ref
，以对修正的磁链提供参考。
[0076]
本实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法，通过将确定的永磁同步电机的初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式，计算得到永磁同步电机的实时磁链数值，对实时磁链数值进行迭代计算，得到永磁同步电机的磁链系数；对磁链系数进行加权运算，得到磁链的加权均值，对加权均值进行拟合，根据拟合结果，通过查表确定拟合结果对应的永磁同步电机的电压和电流；将电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数。与现有的通过预设的修正系数修正磁链的方法相比，本实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法，通过对磁链系数进行加权拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数，即根据磁链的实时变化情况对磁链进行修正，解决了由给定的修正系数修正磁链影响修正准确性的问题，从而提高了磁链系数修正的准确性，进而提高了电机控制的准确性；并且磁链修正后无需再进行磁链动态计算，可减少工程师在电机控制器开发过程中，对磁链参数的依赖，大大降低由磁链参数变动较大导致的程序适应性降低的问题，可以使开发的电机控制器更加稳定，降低出厂数值设置磁链参数等工序，使研发成本有效的降低，节约开发时间。
[0077]
实施例三
[0078]
图3是本发明实施例三提供的一种永磁同步电机磁链系数的修正装置的结构框图，该永磁同步电机磁链系数的修正装置包括参数获取模块310、初始磁链确定模块320、磁链系数确定模块330和最优系数确定模块340；其中，参数获取模块310用于获取永磁同步电机的电机参数；初始磁链确定模块320用于基于永磁同步电机的数学模型，根据电机参数与磁链之间的关系，确定永磁同步电机的初始磁链系数；磁链系数确定模块330用于将初始磁链系数作为初值，并将初值代入永磁同步电机的磁链表达式进行迭代计算，确定永磁同步电机的磁链系数；最优系数确定模块340用于对磁链系数进行加权运算，并对加权结果进行
拟合，根据拟合结果确定永磁同步电机的最优磁链系数。
[0079]
可选的，磁链系数确定模块330包括实时磁链数值确定单元和磁链系数确定单元；其中，实时磁链数值确定单元用于将初值代入永磁同步电机的磁链表达式，计算得到永磁同步电机的实时磁链数值；磁链系数确定单元用于对实时磁链数值进行迭代计算，得到永磁同步电机的磁链系数。磁链表达式为：
[0080]
ψf(t)＝ψf(t
‑
1)+kk(t)[x(t)
‑
y
t
(t)ψf(t
‑
1)]
[0081]
其中，ψf(t)为t时刻的实时磁链数值，ψf(t
‑
1)为t
‑
1时刻的实时磁链数值，k为可调节系数，k(t)为t时刻的状态增益矩阵，x(t)为第一常数矩阵，y(t)为第二常数矩阵。
[0082]
在一种具体实施方式中，最优系数确定模块340包括加权均值确定单元和最优系数确定单元；其中，加权均值确定单元用于对磁链系数进行加权运算，得到磁链的加权均值ψfjq；最优系数确定单元用于对加权均值ψfjq进行拟合，根据拟合结果确定最优磁链系数。磁链的加权均值ψfjq的表达式为：
[0083][0084]
其中，ψf(i)为预设时间段内第i次计算得到的磁链系数。
[0085]
优选的，上述最优系数确定单元包括查表子单元和最优系数确定子单元；其中，查表子单元用于根据拟合结果，通过查表确定拟合结果对应的永磁同步电机的电压和电流；最优系数确定子单元用于将电压和电流中优选顺序首位的电压和电流对应的磁链系数，作为永磁同步电机的最优磁链系数。
[0086]
本实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正装置与本发明任意实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法属于相同的发明构思，具备相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节详见本发明任意实施例提供的永磁同步电机磁链系数的修正方法。
[0087]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。