一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器

摘要

本申请公开了一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器，所述方法包括：选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，该直轴电流初始值和交轴电流初始值是电机实际需求的直轴电流和交轴电流的近似值；然后，控制PMSM运行在直轴电流初始值与交轴电流初始值；最后，对PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使PMSM由直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由交轴电流初始值运行至交轴电流目标值，其中，该直轴电流目标值即为电机实际需求的直轴电流，该交轴电流目标值即为电机实际需求的交轴电流。可见，通过快速锁定一个与实际需求电流的近似值，并使PMSM工作在该近似值并在此基础上对PMSM进行电流调节，可以在很大程度上提升电流响应速度。

权利要求

1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括：选取直轴电流初始值与交轴电流初始值；

控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值；

对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值；

其中，所述直轴电流目标值是给定转矩命令值与当前转速对应的直轴电流命令值；所述交轴电流目标值是转矩命令值与当前转速对应的交轴电流命令值；所述直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值相近的值；所述交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值相近的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，包括：确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为所述转矩命令值；

在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值；

确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线；

确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点，并确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值；

其中，所述恒转矩曲线、所述MTPA曲线、所述电压极限椭圆均在目标坐标系上，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选取位于所述恒转矩曲线之上的第二交点，包括：确定交轴电压值为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标交点对应的直轴电流初始值，包括：计算所述目标直线的斜率和截距；

根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节之前，还包括：对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；

根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值；

根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值。

6.一种永磁同步电机弱磁控制器，其特征在于，包括：

电流初值选取单元，用于选取直轴电流初始值与交轴电流初始值；

电机电流控制单元，用于控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值；

电机电流调节单元，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值；

其中，所述直轴电流目标值是给定转矩命令值与当前转速对应的直轴电流命令值；所述交轴电流目标值是转矩命令值与当前转速对应的交轴电流命令值；所述直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值相近的值；所述交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值相近的值。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述电流初值选取单元包括：第一交点确定子单元，用于确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为所述转矩命令值；

第二交点选取子单元，用于在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值；

目标直线确定子单元，用于确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线；

目标交点确定子单元，用于确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点；

电流初值确定子单元，用于确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值；

其中，所述恒转矩曲线、所述MTPA曲线、所述电压极限椭圆均在目标坐标系上，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述第二交点选取子单元，具体用于确定交轴电压值为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

9.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述电流初值确定子单元，具体用于计算所述目标直线的斜率和截距；根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

10.根据权利要求6至9任一项所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：弱磁电流确定单元，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；

直轴电流确定单元，用于根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值；

交轴电流确定单元，用于根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值。

说明书

一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器

技术领域

[0001] 本申请涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器。

背景技术

[0002] 永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，简称PMSM)，随着其转速的增加，PMSM的反电势也逐渐增大，为了维持电压平衡，与PMSM连接的逆变器的输出电压也要随之增大。然而，受到PMSM直流侧母线电压的限制，PMSM输出电压不能无限制的增大，因此，通常采用反向增加定子直轴电流Id的方法来等效限制反电势的增长，从而提高PMSM可运行的范围。

[0003] 参见图1所示的永磁同步电机弱磁控制策略示意图，其中，Tecmd是指转矩的命令值；Idcmd、Iqcmd是指该转矩和转速实际对应的直轴电流和交轴电流的命令值；Idfb、Iqfb是指PMSM端反馈的直轴和交轴电流值；Ud、Uq是指电流PI调节器产生的直轴和交轴电压命令值；IU、IV和IW是指PMSM的UVW三相电流值；Δid是指电压负反馈产生的弱磁电流，用于在线调节Idcmd值。

[0004] 目前，现有技术主要采用图1所示弱磁控制策略来提高PMSM可运行的范围，该弱磁控制策略是通过最大转矩电流比(MTPA)查表结合电压负反馈弱磁方法实现的，即，根据扭矩的命令值Tecmd进行查表，以给定直轴电流的命令值Idcmd和交轴电流的命令值Iqcmd，并利用电压负反馈在线调节。在采用矢量控制的永磁同步电机控制系统中，当PMSM高速运行时，若转矩命令值Tecmd突变，其需求的弱磁电流也将突变，这需要将反馈电压值 和电压极限值 进行比较，再使PI调节器根据比较结果产生弱磁电流Δid，用于在线调节当前Idcmd值，经不断调节后，最终使PMSM工作在需求的电流。

[0005] 但是，上述弱磁控制策略对电压负反馈的PI调节器的响应速度和稳态响应要求很高，同样对电流PI调节器的响应速度也有较高的要求。通常情况下，若弱磁电流的调节过程较慢，PI调节器很容易进入饱和状态，从而失去对电流的调节作用，进而失去对PMSM的控制，导致产生很大的安全风险。

发明内容

[0006] 本申请的主要目的在于提供一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器，能够提高弱磁电流的调节速度。

[0007] 本申请提供了一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括：

[0008] 选取直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0009] 控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值；

[0010] 对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值；

[0011] 其中，所述直轴电流目标值是给定转矩命令值与当前转速对应的直轴电流命令值；所述交轴电流目标值是转矩命令值与当前转速对应的交轴电流命令值；所述直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值相近的值；所述交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值相近的值。

[0012] 可选的，所述选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，包括：

[0013] 确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为所述转矩命令值；

[0014] 在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值；

[0015] 确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线；

[0016] 确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点，并确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0017] 其中，所述恒转矩曲线、所述MTPA曲线、所述电压极限椭圆均在目标坐标系上，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系。

[0018] 可选的，所述选取位于所述恒转矩曲线之上的第二交点，包括：

[0019] 确定交轴电压值为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

[0020] 可选的，所述确定所述目标交点对应的直轴电流初始值，包括：

[0021] 计算所述目标直线的斜率和截距；

[0022] 根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

[0023] 可选的，所述对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节之前，还包括：

[0024] 对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；

[0025] 根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值；

[0026] 根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值。

[0027] 本申请还提供了一种永磁同步电机弱磁控制器，包括：

[0028] 电流初值选取单元，用于选取直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0029] 电机电流控制单元，用于控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值；

[0030] 电机电流调节单元，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值；

[0031] 其中，所述直轴电流目标值是给定转矩命令值与当前转速对应的直轴电流命令值；所述交轴电流目标值是转矩命令值与当前转速对应的交轴电流命令值；所述直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值相近的值；所述交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值相近的值。

[0032] 可选的，所述电流初值选取单元包括：

[0033] 第一交点确定子单元，用于确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为所述转矩命令值；

[0034] 第二交点选取子单元，用于在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值；

[0035] 目标直线确定子单元，用于确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线；

[0036] 目标交点确定子单元，用于确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点；

[0037] 电流初值确定子单元，用于确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0038] 其中，所述恒转矩曲线、所述MTPA曲线、所述电压极限椭圆均在目标坐标系上，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系。

[0039] 可选的，所述第二交点选取子单元，具体用于确定交轴电压值为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

[0040] 可选的，所述电流初值确定子单元，具体用于计算所述目标直线的斜率和截距；根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

[0041] 可选的，所述控制器还包括：

[0042] 弱磁电流确定单元，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；

[0043] 直轴电流确定单元，用于根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值；

[0044] 交轴电流确定单元，用于根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值。

[0045] 本申请提供的一种永磁同步电机弱磁控制方法及控制器，首先，选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，其中，该直轴电流初始值是电机实际需求的直轴电流的近似值，该交轴电流初始值是电机实际需求的交轴电流的近似值；然后，控制PMSM运行在直轴电流初始值与交轴电流初始值；最后，对PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使PMSM由直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由交轴电流初始值运行至交轴电流目标值，其中，该直轴电流目标值即为电机实际需求的直轴电流，该交轴电流目标值即为电机实际需求的交轴电流。可见，通过快速锁定一个与实际需求电流的近似值，并使PMSM工作在该近似值并在此基础上对PMSM进行电流调节，可以在很大程度上提升电流响应速度，并且同时减小转矩响应时间，缓解了电流环PI调节器可能产生的饱和问题，从而避免了PI调节器进入饱和状态而失去对电流的调节作用的情况发生，进而保证了其对PMSM的有效控制、降低了PMSM可能产生的失控风险。

附图说明

[0046] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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的附图。

[0047] 图1为现有技术提供的永磁同步电机弱磁控制策略示意图；

[0048] 图2为本申请实施例提供的永磁同步电机弱磁控制策略示意图；

[0049] 图3为本申请实施例提供的一种永磁同步电机弱磁控制方法的流程示意图；

[0050] 图4为本申请实施例提供的传统弱磁控制方法运行点示意图；

[0051] 图5为本申请实施例提供的快速弱磁控制方法运行点示意图；

[0052] 图6为本申请实施例提供的快速弱磁控制方法原理框图；

[0053] 图7为本申请实施例提供的快速弱磁控制方法实施流程图；

[0054] 图8为本申请实施例提供的扭矩响应和电流响应曲线示意图之一；

[0055] 图9为本申请实施例提供的扭矩响应和电流响应曲线示意图之二；

[0056] 图10为本申请实施例提供的一种永磁同步电机弱磁控制器的组成示意图。

具体实施方式

[0057] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0058] 关于图1所示的现有弱磁控制方法，PMSM在弱磁区工作时，若其转矩指令和转速突然变化，电流响应速度将会比较慢，由此可能产生电流调节器饱和进而引起PMSM失控的问题。为了克服电流调节慢的问题，并且为了减轻PI调节器的负担，本申请提供了另一种永磁同步电机弱磁控制方法，采用了一种快速弱磁控制策略，参见图2所示的永磁同步电机弱磁控制策略示意图。

[0059] 在图2中，Tecmd是指转矩的命令值；Idcmd、Iqcmd是指该扭矩和当前转速实际对应的直轴电流和交轴电流的命令值；Idfb、Iqfb是指PMSM端反馈的直轴和交轴电流值；Ud、Uq是指电流PI调节器产生的直轴和交轴电压命令值；IU、IV和IW是指PMSM的UVW三相电流值；Δid是指电压负反馈产生的弱磁电流，用于在线调节Idcmd值；ωe是指PMSM的电角速度；Idmtpa、Iqmtpa是指该扭矩对应MTPA曲线上的直轴和交轴电流值。

[0060] 如图2所示，本申请提供的永磁同步电机弱磁控制方法，首先，通过快速弱磁方法快速锁定一个与需求直轴电流(即Idcmd)近似的命令值；然后，通过电流环PI调节器，将PMSM的直轴(d轴)和交轴(q轴)电流调节到该近似命令值，即调节到需求电流附近，同时利用电压负反馈的PI调节器产生较小的弱磁电流对该近似命令值进行微调，最终使PMSM工作在需求的电流(即Idcmd和Iqcmd)。

[0061] 相比于现有弱磁控制方法，本申请采用的快速弱磁方法可以快速锁定与需求弱磁电流近似的命令值，即快速锁定要求的扭矩命令值和对应转速下的直轴电流id和交轴电流iq的近似命令值，可见，通过使PMSM工作在该近似命令值并在此基础上对PMSM进行电流调节，可以在很大程度上提升电流响应速度，并且同时减小转矩响应时间，缓解了电流环PI调节器可能产生的饱和问题，从而避免了PI调节器进入饱和状态而失去对电流的调节作用的情况发生，进而保证了其对PMSM的有效控制、降低了PMSM可能产生的失控风险。

[0062] 在介绍本申请实施例之前，首先定义几个概念：

[0063] 将上述需求弱磁电流即Idcmd和Iqcmd，分别定义为直轴电流目标值和交轴电流目标值，将与Idcmd和Iqcmd的近似命令值定义为直轴电流初始值和交轴电流初始值。具体地，直轴电流目标值Idcmd是给定转矩命令值Tecmd与当前转速对应的直轴电流命令值；交轴电流目标值Iqcmd是转矩命令值Tecmd与当前转速对应的交轴电流命令值；直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值Idcmd相近的值；交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值Iqcmd相近的值。

[0064] 参见图3，为本申请实施例提供的一种永磁同步电机弱磁控制方法的流程示意图，该方法包括S301-S303：

[0065] S301：选取直轴电流初始值与交轴电流初始值。

[0066] 参见图4所示的传统弱磁控制方法运行点示意图，通常情况下，给定恒定的转矩命令值后，PMSM首先运行在MTPA曲线与恒转矩曲线的交点上，随着PMSM转速的增加，电压极限椭圆向内收缩，进入弱磁区域，此时，PMSM将运行在恒转矩曲线和电压极限椭圆的交点上。当然，直接根据电压极限椭圆方程和恒转矩曲线方程就可以直接计算精确的直轴电流id和交轴电流iq的命令值，但是，这种直接计算实际上是要求解一个一元四次方程，根的数目很多，求解相当复杂，会产生很大的计算量，比如求多次方根等，这将急剧加大PMSM控制器的负载率，并且难以实现。

[0067] 为了简化计算量，本实施例提出的一种快速弱磁控制策略，当PMSM进入弱磁区域后，先计算实际需求的直轴电流id命令值的近似值(即所述直轴电流初始值)，再通过电压负反馈弱磁方法对该近似命令值进行微调，如图2所示。参见图5所示的快速弱磁控制方法运行点示意图，MTPA曲线和恒转矩曲线的交点为A点，电机直轴电压值Uq为0V的直线与恒扭矩曲线的交点为B点，以A、B这两个点为基础，做一条直线，用这条直线近似代替恒扭矩曲线，再以这条直线与电压极限椭圆的交点作为所述近似命令值，之后通过电压负反馈控制，将所述近似命令值移到运行点(即恒转矩曲线和电压极限椭圆的交点上)，通过这种方法，将求解一个一元四次方程简化为求解一个一元二次方程，易于实现。

[0068] 为便于描述，下面将图5所示坐标系定义为目标坐标系，即，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系，其中，上述恒转矩曲线、MTPA曲线、电压极限椭圆均在所述目标坐标系上。

[0069] 基于上述控制策略，在本申请的一种实施方式中，S301具体可以包括步骤a1-步骤d1，下面结合图6和图7进行具体介绍：

[0070] 步骤a1：确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为上述转矩命令值Tecmd。

[0071] 在本步骤中，所述第一交点即为图5所示的A点，可以通过查询MTPA表得到的A点(Idmtpa，Iqmtpa)的值。

[0072] 步骤b1：在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值。

[0073] 在本申请的一种实施方式中，步骤B中的“选取位于所述恒转矩曲线之上的第二交点”，具体可以包括：确定交轴电压值Uq为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

[0074] 所述第二交点即为图5所示的B点(IdUq0，IqUq0)，其中，IdUq0、IqUq0是指电机当前转速下B点对应的直轴电流值和交轴电流值。

[0075] 需要说明的是，本实施例对于B点的定义，不仅仅局限于利用Uq为0V直线寻找B点的方法，由其他方法确定的在B点周围的点也在本申请的保护范围内。

[0076] 在本实施例中，具体可以按照以下方式计算B点坐标值(IdUq0，IqUq0)：

[0077] 设Uq的值为0V，由下述公式(1)计算IdUq0的值：

[0078]

[0079] 式中，ωe是指PMSM的电角速度；ψf是指PMSM永磁体的磁链值；Ld是指PMSM的定子直轴电感。

[0080] 再根据Tecmd和IdUq0计算IqUq0，具体是根据转矩公式(2)计算IqUq0的值：

[0081]

[0082] 式中，Tecmd是指扭矩的命令值；Ld是指PMSM的定子直轴电感；Lq是指PMSM的定子交轴电感；p是指PMSM的极对数,ψf是指PMSM永磁体的磁链值。

[0083] 步骤c1：确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线。

[0084] 当计算得到第一交点即A点坐标值(Idmtpa，Iqmtpa)、以及第二交点即B点坐标值(IdUq0，IqUq0)之后，分别计算扭矩Tecmd和转速下A点和B点之间连线的斜率k和截距e，具体地：

[0085] 设A点和B点形成的目标直线满足下式(3)：

[0086] Iq＝kId+e   (3)

[0087] 根据A点和B点的坐标值，采用下式来计算k和e的值：

[0088]

[0089]

[0090] 将计算得到的k和e带入公式(3)，即得到通过A点与B点的目标直线。

[0091] 步骤d1：确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点，并确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值。

[0092] 在本申请的一种实施方式中，步骤d1中的”确定所述目标交点对应的直轴电流初始值”具体可以包括：计算所述目标直线的斜率和截距；根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

[0093] 在本实施方式中，首先计算电压极限椭圆和目标直线(即A点和B点的连线)的交点对应的直轴电流初始值IdcmdBef，具体地：

[0094] 首先，可以写出PMSM的电压极限椭圆方程：

[0095]

[0096] 式中，Ulim是指直流母线侧所能输出的电压极限；ωe是指PMSM的电角速度；Ld是指PMSM的定子直轴电感；ψf是指PMSM永磁体的磁链值。

[0097] 设 b＝Ld，c＝ψf，d＝Lq，则电压极限椭圆方程可写为：

[0098] a2＝(bId+c)2+(dIq)2   (7)

[0099] 联立式(3)和式(7)，可以得到如下方程式：

[0100]

[0101] 为了简化计算，设f＝b2+d2k2，g＝2(bc+d2ke)，h＝(c2-a2+d2e2)，由上式(8)可知，该方程有两个解，通过分析，电压极限椭圆和目标直线的交点，需要取两个解中绝对值较小的值，该值为直轴电流初始值IdcmdBef：

[0102]

[0103] 之后，将直轴电流初始值IdcmdBef带入公式(10)，即可计算得到交轴电流初始值IqcmdBef。

[0104]

[0105] S302：控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值。

[0106] 当PMSM进入弱磁区域后，先快速锁定直轴电流目标值和和交轴电流目标值的近似值(即所述直轴电流初始值IdcmdBef和所述交轴电流初始值IqcmdBef)，通过电流环PI调节器，将PMSM的直轴(d轴)和交轴(q轴)电流调节到该近似值，即调节到需求电流附近。当然，除了可以采用电流环PI调节器进行控制，还可以采用其它控制方式。

[0107] S303：对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值。

[0108] 步骤S303之前还需要计算直轴电流目标值Idcmd、交轴电流目标值Iqcmd，在本申请的一种实施方式中，具体可以包括：对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值Idcmd；根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值Iqcmd。

[0109] 在本实施方式中，可以根据计算到的IdcmdBef值，加入在线计算的电压负反馈产生的弱磁电流值Δid作为给定的直轴电流命令值(即，IdcmdBef与Δid相加，其中，Δid可以是正的也可以是负的，仅用于对IdcmdBef进行微调)，但由于电机最优的运行区域都是要小于或等于Idmtpa的区域，因此给定的直轴电流命令值不能超过Idmtpa，因此需要将该值与Idmtpa比较，两者中取较小的值作为直轴电流命令值Idcmd,，进而得到最终的直轴电流命令值Idcmd。

[0110] 再根据扭矩方程计算Iqcmd值，如下式：

[0111]

[0112] 之后，如图2所示，通过步骤S303，采用电流环PI调节器调节PMSM的直轴电流和交轴电流，使PMSM由直轴电流初始值IdcmdBef运行至直轴电流目标值Idcmd、且由交轴电流初始值IqcmdBef运行至交轴电流目标值Iqcmd。

[0113] 综上，本申请提供的一种永磁同步电机弱磁控制方法，首先，选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，其中，该直轴电流初始值是电机实际需求的直轴电流的近似值，该交轴电流初始值是电机实际需求的交轴电流的近似值；然后，控制PMSM运行在直轴电流初始值与交轴电流初始值；最后，对PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使PMSM由直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由交轴电流初始值运行至交轴电流目标值，其中，该直轴电流目标值即为电机实际需求的直轴电流，该交轴电流目标值即为电机实际需求的交轴电流。可见，通过快速锁定一个与实际需求电流的近似值，并使PMSM工作在该近似值并在此基础上对PMSM进行电流调节，可以在很大程度上提升电流响应速度，并且同时减小转矩响应时间，缓解了电流环PI调节器可能产生的饱和问题，从而避免了PI调节器进入饱和状态而失去对电流的调节作用的情况发生，进而保证了其对PMSM的有效控制、降低了PMSM可能产生的失控风险。

[0114] 根据图2所示的采用快速弱磁控制方法的电机控制策略框图，建立仿真模型，利用该仿真模型进行如下两个实验。

[0115] 1、如图8所示，测试在转速5000RPM，在时间t为0.05s时，扭矩命令值为0至100Nm阶跃变化下的扭矩响应和电流响应曲线。

[0116] 从图8可以看出，PMSM的直轴电流和交轴电流，首先快速变化到实际要求的直轴电流命令值Idcmd和交轴电流命令值Iqcmd的附近，并通过电压负反馈收敛到精确的交轴电流命令值Idcmd和交轴电流命令值Iqcmd。并且，直轴电流反馈值Idfb和交轴电流反馈值Iqfb可以很好的跟随命令值，输出扭矩也可以迅速达到扭矩命令值Tecmd。

[0117] 2、如图9所示，测试在转速8000RPM，在时间t为0.05s时，扭矩命令值为0至60Nm阶跃变化下的扭矩响应和电流响应曲线。

[0118] 从图9可以看出，PMSM的直轴电流和交轴电流，首先快速变化到实际要求的直轴电流命令值Idcmd和交轴电流命令值Iqcmd的附近，并通过电压负反馈收敛到精确的交轴电流命令值Idcmd和交轴电流命令值Iqcmd。并且，直轴电流反馈值Idfb和交轴电流反馈值Iqfb可以很好的跟随命令值，输出扭矩也可以迅速达到扭矩命令值Tecmd。

[0119] 参见图10，为本申请实施例提供的一种永磁同步电机弱磁控制器的组成示意图，该控制器包括：

[0120] 电流初值选取单元1001，用于选取直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0121] 电机电流控制单元1002，用于控制永磁同步电机PMSM运行在所述直轴电流初始值与所述交轴电流初始值；

[0122] 电机电流调节单元1003，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使所述PMSM由所述直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由所述交轴电流初始值运行至交轴电流目标值；

[0123] 其中，所述直轴电流目标值是给定转矩命令值与当前转速对应的直轴电流命令值；所述交轴电流目标值是转矩命令值与当前转速对应的交轴电流命令值；所述直轴电流初始值是与所述直轴电流目标值相近的值；所述交轴电流初始值是与所述交轴电流目标值相近的值。

[0124] 在本申请的一种实施方式中，所述电流初值选取单元1001可以包括：

[0125] 第一交点确定子单元，用于确定恒转矩曲线与最大转矩电流比MTPA曲线的第一交点，其中，所述恒转矩曲线对应的转矩值为所述转矩命令值；

[0126] 第二交点选取子单元，用于在电压极限椭圆内选取位于所述恒转矩曲线之上或附近的第二交点，其中，当所述第二交点位于所述恒转矩曲线附近时，所述第二交点与所述恒转矩曲线的垂直距离小于预设阈值；

[0127] 目标直线确定子单元，用于确定通过所述第一交点与所述第二交点的目标直线；

[0128] 目标交点确定子单元，用于确定所述目标直线与所述电压极限椭圆的目标交点；

[0129] 电流初值确定子单元，用于确定所述目标交点对应的直轴电流初始值与交轴电流初始值；

[0130] 其中，所述恒转矩曲线、所述MTPA曲线、所述电压极限椭圆均在目标坐标系上，所述目标坐标系是由PMSM的直轴电流与交轴电流作为横纵坐标的坐标系。

[0131] 在本申请的一种实施方式中，所述第二交点选取子单元，具体可以用于确定交轴电压值为0的直线与所述恒转矩曲线的第二交点。

[0132] 在本申请的一种实施方式中，所述电流初值确定子单元，具体可以用于计算所述目标直线的斜率和截距；根据所述斜率、所述截距以及所述电压极限椭圆的参数，计算所述目标交点对应的直轴电流初始值。

[0133] 在本申请的一种实施方式中，所述控制器还可以包括：

[0134] 弱磁电流确定单元，用于对所述PMSM的直轴电流和交轴电流进行动态调节，确定电压负反馈产生的弱磁控制电流；

[0135] 直轴电流确定单元，用于根据所述弱磁控制电流与所述直轴电流初始值，确定所述直轴电流目标值；

[0136] 交轴电流确定单元，用于根据所述直轴电流目标值与所述转矩命令值，确定所述交轴电流目标值。

[0137] 本申请提供的一种永磁同步电机弱磁控制器，首先，选取直轴电流初始值与交轴电流初始值，其中，该直轴电流初始值是电机实际需求的直轴电流的近似值，该交轴电流初始值是电机实际需求的交轴电流的近似值；然后，控制PMSM运行在直轴电流初始值与交轴电流初始值；最后，对PMSM的直轴电流和交轴电流进行调节，使PMSM由直轴电流初始值运行至直轴电流目标值、且由交轴电流初始值运行至交轴电流目标值，其中，该直轴电流目标值即为电机实际需求的直轴电流，该交轴电流目标值即为电机实际需求的交轴电流。可见，通过快速锁定一个与实际需求电流的近似值，并使PMSM工作在该近似值并在此基础上对PMSM进行电流调节，可以在很大程度上提升电流响应速度，并且同时减小转矩响应时间，缓解了电流环PI调节器可能产生的饱和问题，从而避免了PI调节器进入饱和状态而失去对电流的调节作用的情况发生，进而保证了其对PMSM的有效控制、降低了PMSM可能产生的失控风险。

[0138] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0139] 需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的控制器而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0140] 还需要说明的是，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。

[0141] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。