六相永磁电机的控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种六相永磁电机的控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.车辆的冗余电动助力转向系统（electric power steering，eps）作为有着高性能要求的转向系统，其最明显的特征是电机的冗余控制。
3.目前，电机的冗余控制方案是使用两个三相电机，当其中一个三相电机发生故障时，使用另一个三相电机来为车辆的eps提供50%的助力，但这种方法存在助力效率较低的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供一种六相永磁电机的控制方法、装置、设备及存储介质，能够在电机相出现故障时提高电机的助力效率。
5.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术实施例第一方面，提供一种六相永磁电机的控制方法，该方法包括：检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相；若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度；根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励；将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。
6.在一个实施例中，获取各剩余相的相位，包括：获取各剩余相的相永磁磁链与六相永磁电机的电机机械角参数之间的磁链关系；获取各剩余相的电流激励与各剩余相的相位参数之间的激励关系；根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，得到各剩余相的目标相位。
7.在一个实施例中，根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，得到各剩余相的目标相位，包括：根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，确定六相永磁电机的电磁转矩与各剩余相的相位参数之间的目标关系；根据目标关系，得到各剩余相的目标相位。
8.在一个实施例中，根据目标关系，确定各剩余相的目标相位，包括：从目标关系中确定出电磁转矩中的稳定转矩与各剩余相的相位参数之间的第一关系，以及电磁转矩中的波动转矩与各剩余相的相位参数之间的第二关系；根据第一关系和第二关系，得到各剩余相的目标相位。
9.在一个实施例中，根据第一关系和第二关系，得到各剩余相的目标相位，包括：
确定当第一关系中稳定转矩的值最大时，得到关于各剩余相的相位参数的第一约束关系；确定当第二关系中波动转矩的值为零时，得到关于各剩余相的相位参数的第二约束关系；对第一约束关系和第二约束关系进行最优解计算，得到各剩余相的目标相位。
10.在一个实施例中，若六相永磁电机的六相中存在故障相之后，方法还包括：对故障相进行隔离处理，并确定各剩余相的相电流的矢量和；获取各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度，包括：若矢量和为零，则获取各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度。
11.在一个实施例中，检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相，包括：周期性的获取六相永磁电机中各相的相电流或相电压；根据相电流变化情况或相电压的电压值确定六相永磁电机的六相中是否存在故障相。
12.本技术实施例第二方面，提供一种六相永磁电机的控制装置，该装置包括：检测模块，用于检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相；获取模块，用于若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度；确定模块，用于根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励；控制模块，用于将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。
13.本技术实施例第三方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本技术实施例第一方面中的六相永磁电机的控制方法。
14.本技术实施例第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本技术实施例第一方面中的六相永磁电机的控制方法。
15.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，通过检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相，若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度，然后根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励，最后将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，在六相中存在故障相时，可以通过重新计算各个剩余相的电流激励来使剩余相运转。相较于将六相分为两个三相电机，当一个三相电机中存在故障相时使用另一个三相电机，本技术的方法可以提高电机的助力效率。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的一种六相永磁电机的控制方法的流程图；图2为本技术实施例提供的一种六相永磁电机的六相的电流矢量图；图3为本技术实施例提供的一种六相永磁电机的控制示意图；
图4为本技术实施例提供的一种六相永磁电机的完整控制过程的示意图；图5为本技术实施例提供的一种六相永磁电机的控制装置的结构图。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.另外，“基于”或“根据”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”或“根据”一个或多个条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出的值。
20.车辆的冗余电动助力转向系统（electric power steering，eps）作为有着高性能要求的转向系统，其最明显的特征是电机的冗余控制。
21.目前，电机的冗余控制方案是使用两个三相电机，当其中一个三相电机发生故障时，使用另一个三相电机来为车辆的eps提供50%的助力，但这种方法存在助力效率较低的问题。
22.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种六相永磁电机的控制方法，通过检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相，若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度，然后根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励，最后将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，在六相中存在故障相时，可以通过重新计算各个剩余相的电流激励来使剩余相运转。相较于将六相分为两个三相电机，当一个三相电机中存在故障相时使用另一个三相电机，本技术的方法可以提高电机的助力效率。
23.本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法的执行主体可以为电子设备，具体的，该电子设备可以为控制芯片或微控制单元等，本技术对比不作具体限定。
24.基于上述执行主体，本技术实施例提供一种六相永磁电机的控制方法。如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤101、检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相。
25.可选的，可以在六相永磁电机的运转过程中，通过周期性的获取六相永磁电机中各相的相电流，根据各相的相电流的变化趋势确定各相是否出现故障。或者，可以通过周期性的获取六相永磁电机中各相的相电压，然后根据相电压的电压值确定六相永磁电机的六相中是否存在故障相。
26.步骤102、若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度。
27.步骤103、根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激
励。
28.需要说明的是，当六相中存在故障相时，则需要重新确定各剩余相的电流激励。而电流激励的确定则需要各剩余相的电流幅值，各剩余相的目标相位和电机的角速度。其中，各剩余相的电流幅值可以为故障前各相对应的电流幅值，或者是重新输入的电流幅值，本技术对此不做具体限定。角速度可以为通过采集当前的角速度得到。因此，确定各剩余相的电流激励主要是如何获取到各剩余相的目标相位。
29.步骤104、将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。
30.本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，通过检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相，若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度，然后根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励，最后将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，在六相中存在故障相时，可以通过重新计算各个剩余相的电流激励来使剩余相运转。相较于将六相分为两个三相电机，当一个三相电机中存在故障相时使用另一个三相电机，本技术的方法可以提高电机的助力效率。
31.本技术提供的六相永磁电机的控制方法，尤其是针对高安全性电机控制应用场景。针对半冗余eps六相电机驱动中可能发生的一相驱动出现故障的情况，设计了一种可以利用电机剩余相继续输出并且可以保证输出较大扭矩值的控制方法，保证半冗余eps系统在发生相关故障的情况下仍然可以保持较大的助力，保证车辆在处于复杂的工况下依然处于相对可控的状态。基于传统的半冗余eps系统，本技术提供的六相永磁电机的控制方法，将六相电机视为一个整体，当发生一相故障时，合理利用故障侧三相绕组的中的无故障相参与控制，提高半冗余转向系统的助力能力和可靠性。
32.可选的，步骤102中获取各剩余相的相位的过程可以为：获取各剩余相的相永磁磁链与六相永磁电机的电机机械角参数之间的磁链关系，以及获取各剩余相的电流激励与各剩余相的相位参数之间的激励关系，然后根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，得到各剩余相的目标相位。
33.其中，相永磁磁链与六相永磁电机的电机机械角参数之间的磁链关系可以为式（1）所示。
34.ꢀꢀ
(1)其中，、、、、、分别代表各相永磁磁链，为六相永磁电机的永磁磁链。
35.电流激励与各剩余相的相位参数之间的激励关系可以为式（2）所示。
36.ꢀꢀ
(2)其中，代表相电流幅值、代表电机角速度，代表剩余相的目标相位。
37.具体的，上述根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，得到各剩余相的目标相位的过程可以为：根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，确定六相永磁电机的电磁转矩与各剩余相的相位参数之间的目标关系，然后根据目标关系，得到各剩余相的目标相位。
38.具体的，电磁转矩可以为式（3）所示。
39.ꢀꢀ
(3)其中代表输出的电磁转矩，代表绕组的状态，当a相发生断相故障时，对应为0，其余健康相为1。代表各相永磁磁链，代表电机机械角。
40.在具体实现过程中，通过将式（1）和式（2）代入到式（3）中，得到六相永磁电机的电磁转矩与各剩余相的相位参数之间的目标关系。
41.在一个实施例中，根据目标关系，得到各剩余相的目标相位的过程可以为：从目标关系中确定出电磁转矩中的稳定转矩与各剩余相的相位参数之间的第一关系，以及电磁转矩中的波动转矩与各剩余相的相位参数之间的第二关系，然后根据第一关系和第二关系，得到各剩余相的目标相位。
42.示例的，可以将目标关系拆分为电磁转矩中的稳定转矩与各剩余相的相位参数之间的第一关系以及电磁转矩中的波动转矩与各剩余相的相位参数之间的第二关系，而第二关系又可以拆分为两个第二关系。其中，一个第一关系和拆分后的两个第二关系如式（4）所示。
43.ꢀꢀ
(4)可选的，上述根据第一关系和第二关系得到各剩余相的目标相位的过程可以为：确定当第一关系中稳定转矩的值最大时，得到关于各剩余相的相位参数的第一约束关系，以及确定当第二关系中波动转矩的值为零时，得到关于各剩余相的相位参数的第二约束关系，最后对第一约束关系和第二约束关系进行最优解计算，得到各剩余相的目标相位。
44.需要说明的是，根据稳定转矩值最大和波动转矩值为零，可以得到第一约束关系和第二约束关系，具体的，第一约束关系和第二约束关系如式（5）所示，其中，式（5）中的第一个公式为第一约束关系，式（5）中的第二个公式和第三个公式为第二约束关系。
45.ꢀꢀ
(5)使用matlab工具中的optimization tool对式(5)进行最优解计算，得到各剩余相的目标相位。
46.示例的，各六相的电流激励如式（6）所示，在故障之后，以六相中的第一相故障为例来说，最终计算得到的剩余相的电流激励如式（7）所示。
47.ꢀꢀ
(6) (7)如图2所示，本技术还提供了一种六相永磁电机的六相的电流矢量图。其中实线代表未发生任何故障时的电流矢量图，六相对称并分别相隔60
°
。示例的，当a相发生故障并完成隔离后，切换到本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法，其电流矢量图为虚线所示，在本技术的控制方案下b相与原a相的夹角为44.5
°
，c相与b相相隔90
°
，d相与c相相隔44.5
°
，e相与d相相隔44.5
°
，f相与e相相隔90
°
。若是其它相发生故障，剩余相的电流矢量可以根据计算得到的各剩余相的目标相位得到。
48.可选的，在步骤102中的若六相永磁电机的六相中存在故障相之后，方法还包括：对故障相进行隔离处理，并确定各剩余相的相电流的矢量和，并在矢量和为零，才获取各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度。
49.如图3所示，本技术实施例还提供了一种六相永磁电机的控制示意图。其主要由主控芯片（包含adc模块、pwm模块、中断模块、dio模块）、功率模块、电流放大器模块、六相驱动电路、断相模块和六相对称永磁电机等。其中，叉号代表a相断路后的措施，包括关闭a相pwm输出，通过dio模块关闭断相模块中的a相mos管，停止a相电流采样等。
50.在系统实际运行过程中，控制器中只有一个mcu作为主控模块，在正常情况下，其
输出6路pwm分别控制两个三相电机驱动模块组成六相电机驱动模块，输出的pwm信号经过电机驱动模块由低压信号转化为高压信号驱动六相驱动桥模块，进而驱动六相对称永磁电机运行。
51.在电机运行过程中，由pwm信号产生中断，在中断中通过电流采样模块（主要包括电阻采样模块和adc转化模块）采集电机相电流，位置信号采样模块采集电机转子位置，进而计算出电机实际的交直轴电流参与到电流环的计算与控制，最终完成六相永磁电机的控制。需要注意的是，在没有故障的情况下，断相模块始终处于导通状态，不影响六相永磁电机的正常控制。在控制过程中，将六相永磁电机，看作一个整体去控制，分别通入如下相隔60
°
的电流信号完成六相永磁电机的驱动控制。
52.需要说明的是，对隔离相进行隔离处理的过程可以为：断开pwm输出模块与驱动模块之间的连接，以及断开驱动模块与故障相的连接。
53.在实际过程中，当六相永磁电机发生一相故障时，主控模块立即判断出故障类型，立刻关闭故障相对应的控制通路，包括关闭故障相对应的pwm输出、关闭故障相对应的断相通路以及关闭故障相对应的电流采样通路。在关闭故障相控制回路和采样回路后，控制算法立即由六相对称控制转变为五相控制，由于电机采用五相输出控制，电机的输出能力会由于缺相而有所下降，如果要保持电机在断相后的输出力矩不变且脉动较小，则需增大电机绕组中电流激励的幅值，但实际应用中，为避免电机及其控制器容量被过设计导致成本上升，在保证系统功能及安全的情况下降额运行不失为更经济的选择。
54.本技术提供的六相永磁电机的控制方法，不增加任何硬件成本便可实现容错后输出转矩的巨大提升，并且合理的利用故障侧的非故障相，实现物尽其用，避免导致硬件资源的浪费，同时，本技术提供的六相永磁电机的控制方法可以在发生断相故障情况下将输出转矩由原方案的0.5倍提升至0.809倍，总体提升了61.8%。
55.如图4所示，本技术还提供了一种六相永磁电机的完整控制过程的示意图，在开始执行过程中，首先初始化各个模块的配置，其次，使能和电机控制相关的pwm中断，进入pwm中断后依次获取电流信号、电机转子位置等信号；然后对信号进行解算，并将其作为电机控制算法的反馈信号完成电机控制算法的运算并输出pwm控制信号驱动电机旋转；在此期间，需要周期性的对电机断相相关的故障进行检测，若检测到发生此类故障，立即关断故障相pwm信号输出，利用dio模块关断断相模块中对应故障相mos并开始对故障相电流做零电流诊断，最后切换至本技术实施例提供的六相永磁电机的控制方法。若没有发生此类故障，系统正常运行，保持全助力输出。
56.如图5所示，本技术实施例还提供了一种六相永磁电机的控制装置，该装置包括：检测模块11，用于检测六相永磁电机的六相中是否存在故障相；获取模块12，用于若六相永磁电机的六相中存在故障相，则针对六相中除故障相之外的剩余相，获取各剩余相的目标相位、各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度；确定模块13，用于根据各剩余相的电流幅值、目标相位和角速度，确定各剩余相的电流激励；控制模块14，用于将各电流激励作用于对应的剩余相，以使各剩余相运转。
57.在一个实施例中，获取模块12具体用于：获取各剩余相的相永磁磁链与六相永磁电机的电机机械角参数之间的磁链关系；
获取各剩余相的电流激励与各剩余相的相位参数之间的激励关系；根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，得到各剩余相的目标相位。
58.在一个实施例中，获取模块12具体用于：根据磁链关系、激励关系、电机机械角参数和各剩余相的绕组状态参数，确定六相永磁电机的电磁转矩与各剩余相的相位参数之间的目标关系；根据目标关系，得到各剩余相的目标相位。
59.在一个实施例中，获取模块12具体用于：从目标关系中确定出电磁转矩中的稳定转矩与各剩余相的相位参数之间的第一关系，以及电磁转矩中的波动转矩与各剩余相的相位参数之间的第二关系；根据第一关系和第二关系，得到各剩余相的目标相位。
60.在一个实施例中，获取模块12具体用于：确定当第一关系中稳定转矩的值最大时，得到关于各剩余相的相位参数的第一约束关系；确定当第二关系中波动转矩的值为零时，得到关于各剩余相的相位参数的第二约束关系；对第一约束关系和第二约束关系进行最优解计算，得到各剩余相的目标相位。
61.在一个实施例中，该装置还包括：处理模块15，用于对故障相进行隔离处理。确定模块13，还用于确定各剩余相的相电流的矢量和。
62.获取模块12，具体用于若矢量和为零，则获取各剩余相的电流幅值和六相永磁电机的角速度。
63.在一个实施例中，获取模块12还用于周期性的获取六相永磁电机中各相的相电流或相电压；确定模块13，还用于根据相电流变化情况或相电压的电压值确定六相永磁电机的六相中是否存在故障相。
64.本实施例提供的六相永磁电机的控制装置，可以执行上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再多加赘述。
65.关于六相永磁电机的控制装置的具体限定可以参见上文中对于六相永磁电机的控制方法的限定，在此不再赘述。上述六相永磁电机的控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于服务器中的处理器中，也可以以软件形式存储于服务器中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
66.本技术的另一实施例中，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本技术实施例的六相永磁电机的控制方法的步骤。
67.本技术另一实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如本技术实施例的六相永磁电机的控制方法的步骤。
68.本技术另一实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机指令，当计算机指令在六相永磁电机的控制装置上运行时，使得六相永磁电机的控制装置执行上述方法实施例所示的方法流程中气六相永磁电机的控制方法执行的各个步骤。
69.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，dsl））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带），光介质（例如，dvd）、或者半导体介质（例如固态硬盘（solid state disk，ssd））等。
70.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。