阅读说明：本技术 电机最大转矩电流比控制方法、装置和计算机可读介质 (Motor maximum torque current ratio control method, device and computer readable medium ) 是由 薛海芬 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了电机最大转矩电流比控制方法、装置和计算机可读介质,该电机最大转矩电流比控制方法包括：获取第一电磁转矩,其中,所述第一电磁转矩用于表征永磁同步电机所需产生的电磁转矩；根据所述第一电磁转矩和预设的第一映射关系,确定目标交轴电流和目标直轴电流,其中,所述第一映射关系用于表征所述永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系；根据所述目标交轴电流和所述目标直轴电流控制所述永磁同步电机运行。本方案能够提高永磁同步电机的效率。(The invention provides a method, a device and a computer readable medium for controlling the maximum torque current ratio of a motor, wherein the method for controlling the maximum torque current ratio of the motor comprises the following steps: acquiring a first electromagnetic torque, wherein the first electromagnetic torque is used for representing the electromagnetic torque required to be generated by the permanent magnet synchronous motor; determining a target quadrature-axis current and a target direct-axis current according to the first electromagnetic torque and a preset first mapping relation, wherein the first mapping relation is used for representing a geometric relation between the quadrature-axis current and the electromagnetic torque of the permanent magnet synchronous motor and between the direct-axis current and the electromagnetic torque; and controlling the permanent magnet synchronous motor to operate according to the target quadrature axis current and the target direct axis current. The scheme can improve the efficiency of the permanent magnet synchronous motor.)

电机最大转矩电流比控制方法、装置和计算机可读介质

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，尤其涉及电机最大转矩电流比控制方法、装置和计算机可读介质。

背景技术

永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor，PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、功率因素稿等优越性能，被广泛应用于工业生产的各行各业。永磁同步电机的电磁转矩由磁链和转矩电流决定，而磁链由永磁体和弱磁/强磁电流分量决定，因此在永磁同步电机产生相同电磁转矩的前提下转矩电流可能并不相同，通过最大转矩电流比控制(Maximum Torque perAmpere Control，MTPA)方法对永磁同步电机进行控制，可以在永磁同步电机输出相同电磁转矩时输入最小的转矩电流。

目前在实现最大转矩电流比控制方法时，由于表征交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间关系的非线性方程组较为复杂，采用极值原理难以在控制器中对该非线性方程组进行求解以获得所需的交轴电流和直轴电流，所以通常将满足最大转矩电流比控制条件下交轴电流和直轴电流之间的关系线性化，进而通过交轴电流与直轴电流之间的线性关系来求解所需的交轴电流和直轴电流，以此近似实现最大转矩电流比控制方法。

针对目前对永磁同步电机的最大转矩电流比控制方法，将满足最大转矩电流比控制条件下交轴电流和直轴电流之间的关系线性化，进而通过交轴电流与直轴电流之间的线性关系来求解交轴电流和直轴电流，由于只是近似实现了永磁同步电机的最大转矩电流比控制，但实际上并没有真正实现永磁同步电机的最大转矩电流比控制，导致永磁同步电机的效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的电机最大转矩电流比控制方法、装置和计算机可读介质，能够提高永磁同步电机的效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机最大转矩电流比控制方法，包括：

获取第一电磁转矩，其中，所述第一电磁转矩用于表征永磁同步电机所需产生的电磁转矩；

根据所述第一电磁转矩和预设的第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，其中，所述第一映射关系用于表征所述永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系；

根据所述目标交轴电流和所述目标直轴电流控制所述永磁同步电机运行。

在第一种可能的实现方式中，结合上述第一方面，所述根据所述第一电磁转矩和第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，包括：

根据所述第一电磁转矩和所述永磁同步电机中永磁体的磁链，通过如下方程组计算所述目标交轴电流和所述目标直轴电流；

其中，所述i_q用于表征所述目标交轴电流，所述i_d用于表征所述目标直轴电流，所述ψ_f用于表征所述磁链，所述ΔL用于表征所述永磁同步电机的交轴电感与直轴电感之差，所述T_{e_ref}用于表征所述第一电磁转矩，所述n_p用于表征所述永磁同步电机的极对数。

在第二种可能的实现方式中，结合上述第一方面，所述根据所述第一电磁转矩和第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，包括：

获取第二电磁转矩，其中，所述第二电磁转矩用于表征对所述永磁同步电机进行控制过程中所参考的电磁转矩；

将所述第一电磁转矩与所述第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流；

根据所述第一交轴电流和预先设定的第二几何映射关系，确定第一直轴电流，其中，所述第二几何映射关系用于表征最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流之间的几何关系；

根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流，计算第三电磁转矩；

判断所述第三电磁转矩是否与所述第一电磁转矩相等；

如果所述第三电磁转矩与所述第一电磁转矩相等，则将所述第一交轴电流确定为所述目标交轴电流，并将所述第一直轴电流确定为所述目标直轴电流；

如果所述第三电磁转矩与所述第一电磁转矩不相等，则将所述第三电磁转矩作为所述第二电磁转矩，并执行所述将所述第一电磁转矩与所述第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流。

在第三种可能的实现方式中，结合上述第二种可能的实现方式，所述根据所述第一交轴电流和预先设定的几何映射关系，确定第一直轴电流，包括：

根据所述永磁同步电机中永磁体的磁链、所述永磁同步电机的交轴电感和直轴电感以及所述第一交轴电流，通过如下第一公式计算所述第一直轴电流；

所述第一公式包括：

其中，所述i_q用于表征所述第一交轴电流，所述i_d用于表征所述第一直轴电流，所述ψ_f用于表征所述磁链，所述ΔL用于表征所述交轴电感与所述直轴电感之差。

在第四种可能的实现方式中，结合上述第三种可能的实现方式，所述根据所述第一交轴电流和所述第一直轴电流，计算第三电磁转矩，包括：

根据所述永磁同步电机的极对数、所述磁链、所述交轴电感、所述直轴电感、所述第一交轴电流和所述第一直轴电流，通过如下第二公式计算所述第三电磁转矩；

所述第二公式包括：

T_{e_calc}＝n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q]

其中，所述T_{e_calc}用于表征所述第三电磁转矩，所述n_p用于表征所述永磁同步电机的极对数，所述L_q用于表征所述交轴电感，所述L_d用于表征所述直轴电感。

在第五种可能的实现方式中，结合上述第一方面以及第一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式和第四种可能的实现方式中的任意一个，所述根据所述目标交轴电流和所述目标直轴电流控制所述永磁同步电机，包括：

获取第二交轴电流和第二直轴电流，其中，所述第二交轴电流用于表征所述永磁同步电机的实际交轴电流，所述第二直轴电流用于表征所述永磁同步电机的实际直轴电流；

将所述目标交轴电流与所述第二交轴电流之差作为输入进行PI调节，获得交轴控制信号；

将所述目标直轴电流与所述第二直轴电流之差作为输入进行PI调节，获得直轴控制信号；

将所述交轴控制信号和所述直轴控制信号传输给与所述永磁同步电机相连接的逆变器，以使所述逆变器根据所述交轴控制信号和所述直轴控制信号向所述永磁同步电机输送三相电，使所述永磁同步电机的交轴电流等于所述目标交轴电流，且所述永磁同步电机的直轴电流等于所述目标直轴电流。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机最大转矩电流比控制装置，包括：

一个转矩获取模块，用于获取第一电磁转矩，其中，所述第一电磁转矩用于表征永磁同步电机所需产生的电磁转矩；

一个电流获取模块，用于根据所述转矩获取模块获取到的所述第一电磁转矩和预设的第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，其中，所述第一映射关系用于表征所述永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系；

一个电机控制模块，用于根据所述电流获取模块获取到的所述目标交轴电流和所述目标直轴电流，控制所述永磁同步电机运行。

在第一种可能的实现方式中，结合上述第二方面，所述电流获取模块，用于根据所述第一电磁转矩和所述永磁同步电机中永磁体的磁链，通过如下方程组计算所述目标交轴电流和所述目标直轴电流；

其中，所述i_q用于表征所述目标交轴电流，所述i_d用于表征所述目标直轴电流，所述ψ_f用于表征所述磁链，所述ΔL用于表征所述永磁同步电机的交轴电感与直轴电感之差，所述T_{e_ref}用于表征所述第一电磁转矩，所述n_p用于表征所述永磁同步电机的极对数。

在第二种可能的实现方式中，结合上述第一方面，所述电流获取模块包括：

一个第一获取单元，用于获取第二电磁转矩，其中，所述第二电磁转矩用于表征对所述永磁同步电机进行控制过程中所参考的电磁转矩；

一个第一PI调节单元，用于将所述第一电磁转矩与所述第一获取单元获取到的所述第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流；

一个第一计算单元，用于根据所述第一PI调节单元获取到的所述第一交轴电流和预先设定的第二几何映射关系，确定第一直轴电流，其中，所述第二几何映射关系用于表征最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流之间的几何关系；

一个第二计算单元，用于根据所述第一PI调节单元获取到的所述第一交轴电流和所述第一计算单元获取到的所述第一直轴电流，计算第三电磁转矩；

一个判断单元，用于判断所述第二计算单元计算出的所述第三电磁转矩是否与所述转矩获取模块获取到的所述第一电磁转矩相等；

一个电流映射单元，用于在所述判断单元确定所述第三电磁转矩与所述第一电磁转矩相等时，将所述第一交轴电流确定为所述目标交轴电流，并将所述第一直轴电流确定为所述目标直轴电流；

一个转矩映射单元，用于在所述判断单元确定所述第三电磁转矩与所述第一电磁转矩不相等时，将所述第三电磁转矩作为所述第二电磁转矩，并触发所述第一PI调节单元执行所述将所述第一电磁转矩与所述第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流。

在第三种可能的实现方式中，结合上述第二种可能的实现方式，所述第一计算单元，用于根据所述永磁同步电机中永磁体的磁链、所述永磁同步电机的交轴电感和直轴电感以及所述第一交轴电流，通过如下第一公式计算所述第一直轴电流；

所述第一公式包括：

其中，所述i_q用于表征所述第一交轴电流，所述i_d用于表征所述第一直轴电流，所述ψ_f用于表征所述磁链，所述ΔL用于表征所述交轴电感与所述直轴电感之差。

在第四种可能的实现方式中，结合上述第三种可能的实现方式，所述第二计算单元，用于根据所述永磁同步电机的极对数、所述磁链、所述交轴电感、所述直轴电感、所述第一交轴电流和所述第一直轴电流，通过如下第二公式计算所述第三电磁转矩；

所述第二公式包括：

T_{e_calc}＝n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q]

其中，所述T_{e_calc}用于表征所述第三电磁转矩，所述n_p用于表征所述永磁同步电机的极对数，所述L_q用于表征所述交轴电感，所述L_d用于表征所述直轴电感。

在第五种可能的实现方式中，结合上述第二方面以及第二方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式和第四种可能的实现方式中的任意一个，所述电机控制模块包括：

一个第二获取单元，用于获取第二交轴电流和第二直轴电流，其中，所述第二交轴电流用于表征所述永磁同步电机的实际交轴电流，所述第二直轴电流用于表征所述永磁同步电机的实际直轴电流；

一个第二PI调节单元，用于将所述目标交轴电流与所述第二获取单元获取到的所述第二交轴电流之差作为输入进行PI调节，获得交轴控制信号；

一个第三PI调节单元，用于将所述目标直轴电流与所述第二获取单元获取到的所述第二直轴电流之差作为输入进行PI调节，获得直轴控制信号；

一个信号传输单元，用于将所述第二PI调节单元获取到的所述交轴控制信号和所述第三PI调节单元获取到的所述直轴控制信号传输给与所述永磁同步电机相连接的逆变器，以使所述逆变器根据所述交轴控制信号和所述直轴控制信号向所述永磁同步电机输送三相电，使所述永磁同步电机的交轴电流等于所述目标交轴电流，且所述永磁同步电机的直轴电流等于所述目标直轴电流。

第三方面，本发明实施例还提供了另一种电机最大转矩电流比控制装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；

所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；

所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行上述第一方面及第一方面的任一可能的实现方式所提供的电机最大转矩电流比控制方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行上述第一方面及第一方面的任一可能的实现方式所提供的电机最大转矩电流比控制方法。

由上述技术方案可知，预先设定用于表征永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系的第一映射关系，在获取到永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩后，根据第一电磁转矩和第一映射关系来确定目标交轴电流和目标直轴电流，进而根据确定出的目标交轴电流和目标直轴电流来控制永磁同步电机运行。由于第一映射关系表征了交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系，而交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系更加简单，因此根据第一映射关系可以在控制器中快速方便地确定出目标交轴电流和目标直轴电流，进而根据确定出的目标交轴电流和目标直轴电流真正实现永磁同步电机的最大转矩电流比控制，通过最小的转矩电流使永磁同步电机产生第一电磁转矩，从而能够提高永磁同步电机的效率。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种电机最大转矩电流比控制方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提供的一种电磁转矩与转矩电流之间几何关系的示意图；

图3是本发明一个实施例提供的另一种电磁转矩与转矩电流之间几何关系的示意图；

图4是本发明一个实施例提供的另一种电机最大转矩电流比控制方法的流程图；

图5是本发明一个实施例提供的一种电机最大转矩电流比控制过程的示意图；

图6是本发明一个实施例提供的一种永磁同步电机运行控制方法的流程图；

图7是本发明一个实施例提供的另一种电机最大转矩电流比控制过程的示意图；

图8是本发明一个实施例提供的一种电机最大转矩电流比控制装置的示意图；

图9是本发明一个实施例提供的另一种电机最大转矩电流比控制装置的示意图；

图10是本发明一个实施例提供的又一种电机最大转矩电流比控制装置的示意图；

图11是本发明一个实施例提供的再一种电机最大转矩电流比控制装置的示意图。

附图标记列表：

101：获取第一电磁转矩

102：根据第一电磁转矩和预设的第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流

103：根据目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行

401：获取永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩

402：获取第二电磁转矩

403：将第一电磁转矩与第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流

404：根据第一交轴电流和预先设定的第二几何映射关系，确定第一直轴电流

405：根据第一交轴电流和第一直轴电流，计算第三电磁转矩

406：判断第三电磁转矩是否与第一电磁转矩相等

407：将第一交轴/直轴电流确定为目标交轴/直轴电流，并执行步骤409

408：将第三电磁转矩作为第二电磁转矩，并执行步骤403

409：根据目标交轴电流和目标直轴电流，控制永磁同步电机运行

601：获取第二交轴电流和第二直轴电流

602：将目标交轴电流与第二交轴电流之差作为输入进行PI调节，获得交轴控制信号

603：将目标直轴电流与第二直轴电流之差作为输入进行PI调节，获得直轴控制信号

604：将交轴控制信号和直轴控制信号传输给与永磁同步电机相连接的逆变器控制电机运行

81：转矩获取模块 82：电流获取模块 83：电机控制模块

821：第一获取单元 822：第一PI调节单元 823：第一计算单元

824：第二计算单元 825：判断单元 826：电流映射单元

827：转矩映射单元 831：第二获取单元 832：第PI调节单元

833：第三PI调节单元 834：信号传输单元 84：存储器

85：处理器 701：逆变器 702：永磁同步电机

703：采样传感器

具体实施方式

如前所述，为了实现对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制，需要对表征交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间关系的非线性方程组进行求解，以获得用于对永磁同步电机最大转矩电流比控制的目标交轴电流和目标直轴电流，但由于上述非线性方程组较为复杂，采用通常的极值原理难以在控制器中对该非线性方程组进行求解，为此将该非线性方程组转换为线性关系表达式，通过对线性关系表达式进行求解以获得近似的目标交轴电流和目标直轴电流，以近似实现对永磁同步电机的最大转矩电流比控制。通过对线性关系表达式进行求解所获得的交轴电流和直轴电流与目标交轴电流和目标直轴电流相近似，因此仅能够近似实现对永磁同步电机的最大转矩电流比控制，但实际上并没有真正实现最大转矩电流比控制，因此在确定电磁转矩的前提下转矩电流并非最小，导致永磁同步电机的效率较低。

本发明实施例中，预先确定用于表征永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系的第一映射关系，在获取永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩后，根据获取到的第一电磁转矩和第一映射关系来确定符合最大转矩电流比控制的目标交轴电流和目标直轴电流，进而通过所确定出的目标交轴电流和目标直轴电流来控制永磁同步电机运行。由于第一映射关系表征了交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系，而该几何关系更加直观简介，因此根据第一电磁转矩和第一映射关系能够快速方便地确定出目标交轴电流和目标直轴电流，真正实现永磁同步电机的最大转矩电流比控制，通过最小的转矩电流使永磁同步电机产生第一电磁转矩，从而能够提高永磁同步电机的效率。

下面结合附图对本发明实施例提供的电机最大转矩电流比控制方法和装置进行详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种电机最大转矩电流比控制方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤101：获取第一电磁转矩，其中，第一电磁转矩用于表征永磁同步电机所需产生的电磁转矩；

步骤102：根据第一电磁转矩和预设的第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，其中，第一映射关系用于表征永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系；

步骤103：根据目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行。

在本发明实施例中，预先设定用于表征永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系的第一映射关系，在获取到永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩后，根据第一电磁转矩和第一映射关系来确定目标交轴电流和目标直轴电流，进而根据确定出的目标交轴电流和目标直轴电流来控制永磁同步电机运行。由于第一映射关系表征了交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系，而交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间几何关系更加简单，因此根据第一映射关系可以在控制器中快速方便地确定出目标交轴电流和目标直轴电流，进而根据确定出的目标交轴电流和目标直轴电流真正实现永磁同步电机的最大转矩电流比控制，通过最小的转矩电流使永磁同步电机产生第一电磁转矩，从而能够提高永磁同步电机的效率。

在本发明实施例中，在交轴-直轴坐标系下，永磁同步电机的转矩方程可以表示为如下公式(1)，永磁同步电机的定子电流矢量的模值I_s可由交轴和直轴方向上的电流表示为如下公式(2)，其中，T_e用于表征电磁转矩，n_p用于表征永磁同步电机的极对数，ψ_q用于表征交轴磁链，ψ_q用于表征直轴磁链，ψ_q用于表征永磁同步电机中永磁体的磁链，L_q用于表征交轴电感，L_d用于表征直轴电感，i_q用于表征交轴电流，i_d用于表征直轴电流。

T_e＝n_p(ψ_di_q-ψ_qi_d)＝n_p[(ψ_f-L_di_d)i_q+L_qi_qi_d] (1)

永磁同步电机的转矩方程可以进一步化解为如下公式(3)，则交轴电流可以表示为如下公式(4)。

T_e＝n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q] (3)

在i_d和i_q分别为横轴和纵轴的坐标系下时，当电磁转矩恒定大于0时，由上述公式(4)可知恒定电磁转矩的曲线为图2中双曲线的上半支(实线双曲线的上半支和虚线双曲线的上半支分别表示两个大小不同的恒定电磁转矩的曲线，且实线双曲线的上半支所对应的电磁转矩大于虚线双曲线的上半支所对应的电磁转矩)。i_d＝-B为恒定电磁转矩的曲线的渐近线。有上述公式(2)可知，定子电流可表示为一个以原点为圆心，电流矢量的模值为半径的圆，如图2中两个圆所示(实线圆所表示定子电流与实线双曲线的上半支所表示的恒定电磁转矩相对应，虚线圆所表示定子电流与虚线双曲线的上半支所表示的恒定电磁转矩相对应)。

在恒转矩曲线(恒定电磁转矩的曲线)上的任意一点(i_d0，i_q0)处，曲线的法向量可以表示为(i_d0，i_q0+B)，由解析几何的知识可知，只要方向为法向量方向的直线经过原点，则这个直线与恒转矩曲线的交点就是定子电流曲线与恒转矩曲线的切点，此时在同样电磁转矩情况下，定子电流曲线的半径最小，恒转矩曲线上该切点到原点的距离最短，同样电磁转矩下I_s的幅值最小，这就是最大转矩电流比(MTPA)情况下对应的点。可见恒转矩曲线上满足最大转矩电流比的点(i_d0，i_q0)，同时也在经过原点且方向为法向量方向的直线上，这个直线可表达为如下公式(5)。

将这个满足最大转矩电流比的点(i_d0，i_q0)代入到上述的直线公式中，可以得到所有满足最大转矩电流比的点有如下公式(6)的关系。

上述公式(6)是一个双曲线的方程式，而在永磁同步电机正常运行过程中，直轴电流和交轴电流均大于0，因此只关注图3中i_d轴正向的上半支即可。

可见满足最大转矩电流比的点同时满足上述公式(4)和公式(6)，所以对于一个给定的电磁转矩T_e，通过接如下式(7)所示的方程组，便可以得到对应的交轴电流和直轴电流的解，当选用矢量控制方式时，可以用此解作为电流内环的给定，最终发出相应的电流实现最大转矩电流比控制。

根据上述推导过程可知，上述式(7)表征了永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系，即上述式(7)即为第一映射关系，在获得永磁同步电机的第一电磁转矩后，将第一电磁转矩、永磁同步电机中永磁体的磁链、交轴电感和直轴电感代入上述式(7)便可以求解交轴电流和直轴电流，利用求解所获得的交轴电流和直轴电流可以对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制。

根据对上述式(7)进行求解方式的不同，下面提供两种基于上述式(7)对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制的方式：

方式一：直接对上述式(7)进行求解，获得目标交轴电流和目标直轴电流以对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制；

方式二：基于PI调节器对上述式(7)进行求解，获得目标交轴电流和目标直轴电流以对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制。

下面对上述两种基于式(7)对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制的方式进行分别说明。

针对方式一，该电机最大转矩电流比控制方法可以包括如下步骤：

A1：获取永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩；

A2：根据第一电磁转矩和永磁同步电机中永磁体的磁链等参数，通过如下方程组计算目标交轴电流和目标直轴电流；

其中，i_q用于表征目标交轴电流，i_d用于表征目标直轴电流，ψ_f用于表征永磁同步电机中永磁体的磁链，ΔL用于表征永磁同步电机的交轴电感与直轴电感之差，T_{e_ref}用于表征第一电磁转矩，n_p用于表征永磁同步电机的极对数；

A3：根据目标交轴电流和目标直轴电流，控制永磁同步电机运行。

在本发明实施例中，针对一个待控制的永磁同步电机，将上述方程组以及该永磁同步电机中永磁体的磁链、该永磁同步电机的交轴电感、直轴电感和极对数等参数存储到电机控制芯片中，在控制该永磁同步电机运行过程中，将该永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩传输给电机控制芯片，之后电机控制芯片便可以根据接收到的第一电磁转矩和预先存储的各项参数来求解目标交轴电流和目标直轴电流，进而基于求解出的目标交轴电流和目标直轴电流对该永磁同步电机进行最大转矩电流比控制。

在本发明实施例中，虽然上述方程组仍为交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的非线性关系，但相较于现有需要基于极值原理求解的非线性方程组更加简单，因此可以在控制器中对上述方程组进行求解，以获得满足最大转矩电流比的目标交轴电流和目标直轴电流，真正实现对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制，提升永磁同步电机的效率。

针对方式二，如图4所示，该电机最大转矩电流比控制方法可以包括如下步骤：

步骤401：获取永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩；

步骤402：获取第二电磁转矩，其中，第二电磁转矩用于表征对永磁同步电机进行控制过程中所参考的电磁转矩；

步骤403：将第一电磁转矩与第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流；

步骤404：根据第一交轴电流和预先设定的第二几何映射关系，确定第一直轴电流，其中，第二几何映射关系用于表征最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流之间的几何关系；

步骤405：根据第一交轴电流和第一直轴电流，计算第三电磁转矩；

步骤406：判断第三电磁转矩是否与第一电磁转矩相等，如果是Y，执行步骤407，如果否N，执行步骤408；

步骤407：将第一交轴电流确定为目标交轴电流，并将第一直轴电流确定为目标直轴电流，并执行步骤409；

步骤408：将第三电磁转矩作为第二电磁转矩，并执行步骤403；

步骤409：根据目标交轴电流和目标直轴电流，控制永磁同步电机运行。

在本发明实施例中，预先设定用于表征最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流之间的第二几何关系，在获取到第一电磁转矩和计算所获得的第二电磁转矩后，第一电磁转矩与第二电磁转矩之差经过PI调节获得第一交轴电流，之后根据所获得第一交轴电流和第二几何关系确定第一直轴电流，之后根据第一交轴电流和第一直轴电流计算第三电磁转矩。如果第三电磁转矩与第一电磁转矩相等，说明第一交轴电流和第一直轴电流即是对应于最大转矩电流比控制的点，进而将第一交轴电流和第一直轴电流分别确定为目标交轴电流和目标直轴电流对永磁同步电机进行控制。如果第三电磁转矩与第一电磁转矩不相同，说明第一交轴电流和第一直轴电流不是对应于最大转矩电流比控制的点，之后将第三电磁转矩作为第二电磁转矩继续进行PI调节以改变第一交轴电流，直至获得与第一电磁转矩相等的第三电磁转矩。

在本发明实施例中，基于永磁同步电机所需产生的第一电磁转矩进行PI调节，生成不同的第一交轴电流和第一直轴电流验证是否满足最大转矩电流比控制，逐步获得满足最大转矩电流比控制的第一交轴电流和第一直轴电流，进而将满足最大转矩电流比控制的第一交轴电流和第一直轴电流分别作为目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行。通过PI调节器进行PI调节获得不同的第一交轴电流和第一直轴电流，可以快速求解获得目标交轴电流和目标直轴电流，相对于直接求解非线性方程组的方式可以大幅提升求解目标交轴电流和目标直轴电流的速度，从而便于工程实现。

可选地，在图4所示电机最大转矩电流比控制方法的基础上，步骤404根据第一交轴电流和第二几何映射关系确定第一直轴电流时，可以将永磁同步电机中永磁体的磁链、永磁同步电机的交轴电感、直轴电感等参数以及第一交轴电流代入如下第一公式，计算出第一直轴电流；

第一公式包括：

其中，i_q用于表征第一交轴电流，i_d用于表征第一直轴电流，ψ_f用于表征磁链，ΔL用于表征交轴电感与直轴电感之差。

在本发明实施例中，通过PI调节获得第一交轴电流后，将第一交轴电流代入上述第一公式(即为前述式(7)中的第二个公式)，以根据最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流所满足的几何关系来计算与第一比较轴电流相对应的第一直轴电流，之后再验证所获得的第一交轴电流和第一直轴电流是否能够使永磁同步电机产生与第一电磁转矩相等的电磁转矩，如果第一交轴电流和第一直轴电流能够使永磁同步电机产生与第一电磁转矩相等的电磁转矩，则第一交轴电流和第一直轴电流为第一电磁转矩下最大转矩电流比控制对应的点。

在本发明实施例中，通过上述第一公式可以快速确定位于经过原点且方向为法向量方向的直线上且交轴坐标为第一交轴电流的点，该点的直轴坐标即为第一直轴电流，从而可以速快的获得可能满足最大转矩电流比控制的第一交轴电流和第一直轴电流，进而可以快速确定出满足最大转矩电流比控制的目标交轴电流和目标直轴电流，实现对永磁同步电机进行实时、准确地控制。

可选地，在基于上述实施例通过第一公式计算第一直轴电流的基础上，步骤405根据第一交轴电流和第一直轴电流计算第三电磁转矩时，可以将永磁同步电机的极对数、永磁体的磁链、交轴电感、直轴电感、第一交轴电流和第二交轴电流代入如下第二公式，计算出第三电磁转矩；

T_{e_calc}＝n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q]

其中，T_{e_calc}用于表征第三电磁转矩，n_p用于表征永磁同步电机的极对数，L_q用于表征交轴电感，L_d用于表征直轴电感。

在本发明实施例中，所获得的第一交轴电流和第一直轴电流所对应的点位于经过原点且方向为法向量方向的直线上，即第一交轴电流和第一直轴电流已经满足了实现最大转矩电流比控制的其他一个条件，之后将第一交轴电流和第一直轴电流代入上述第二公式计算出第三电磁转矩，如果所计算出的第三电磁转矩等于第一电磁转矩，则第一交轴电流和第一直轴电流满足了实现最大转矩电流比控制的全部条件，进而可以将第一交轴电流和第一直轴电流分别确定为目标交轴电流和目标直轴电流，以实现对永磁同步电机进行最大转矩电流比控制。

在本发明实施例中，在获取到第一交轴电流和第一直轴电流后，通过上述第二公式可以准确计算出第一交轴电流和第一直轴电流可以使永磁同步电机产生的电磁转矩，进而确定第一交轴电流和第一直轴电流是否可以使永磁同步电机产生所需的电磁转矩，由于仅需将第一交轴电流和第一直轴电流导入计算结果，可以快速确定第一交轴电流和第一直轴电流是否满足最大转矩电流比控制，进一步保证求解目标交轴电流和目标直轴电流的速率，实现更加精确、高效的对永磁同步电机进行控制。

综上对于采用方式二进行电机最大转矩电流比控制的方法，控制过程如图5所示，第一电磁转矩T_{e_ref}与计算所得的第三电磁转矩T_{e_calc}之差经过PI调节后得到第一交轴电流i_qref，通过公式(6)计算可以快速计算出对应的第一直轴电流i_dref，再用得到的第一交轴电流i_qref和第一直轴电流i_dref代入电磁转矩公式中计算出第三电磁转矩T_{e_calc}，并用计算出的第三电磁转矩T_{e_calc}与第一电磁转矩T_{e_ref}作比较，当第三电磁转矩T_{e_calc}与第一电磁转矩T_{e_ref}存在偏差时，PI调节器可以自动调整输出的第一交轴电流i_qref的大小，直至将第三电磁转矩T_{e_calc}与第一电磁转矩T_{e_ref}之间的偏差调整为零，最终实现求解方程组(式(7))的目的。

可选地，在上述各个实施例所提供电机最大转矩电流比控制方法的基础上，在根据目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行时，可以根据目标交轴电流和目标直轴电流与永磁同步电机的实际交轴电流和实际直轴电流的差值，来控制永磁同步电机运行。如图6所示，根据目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行的方法包括如下步骤：

步骤601：获取第二交轴电流和第二直轴电流，其中，第二交轴电流用于表征永磁同步电机的实际交轴电流，第二直轴电流用于表征永磁同步电机的实际直轴电流；

步骤602：将目标交轴电流与第二交轴电流之差作为输入进行PI调节，获得交轴控制信号；

步骤603：将目标直轴电流与第二直轴电流之差作为输入进行PI调节，获得直轴控制信号；

步骤604：将交轴控制信号和直轴控制信号传输给与永磁同步电机相连接的逆变器，以使逆变器根据交轴控制信号和直轴控制信号向永磁同步电机输送三相电，使永磁同步电机的交轴电流等于目标交轴电流，且永磁同步电机的直轴电流等于目标直轴电流。

在本发明实施例中，在确定出满足最大转矩电流比控制的目标交轴电流和目标直轴电流后，获取用于表征永磁同步电机实际交轴电流的第二交轴电流和用于表征永磁同步电机实际直轴电流的第二直轴电流，将目标交轴电流与第二交轴电流之差作为输入进行PI调节获得交轴控制信号，将目标直轴电流与第二直轴电流之差作为输入进行PI调节获得直轴控制信号，进而将交轴控制信号和直轴控制信号发送给与永磁同步电机相连接的逆变器，逆变器根据交轴控制信号和直轴控制信号对永磁同步电机进行控制，使得永磁同步电机的交轴电流稳定在目标交轴电流，并使永磁同步电机的直轴电流稳定在目标直轴电流，从而实现永磁同步电机的最大转矩电流比控制。

在本发明实施例中，以采用方式二进行电机最大转矩电流比控制为例，根据目标交轴电流和目标直轴电流控制永磁同步电机运行的过程如图7所示，第一电磁转矩T_ref与第二电磁转矩T_calc之差经PI调节后获得交轴电流i_qcal，将交轴电流i_qcal代入公式(6)计算可以快速计算出对应的直轴电流i_dcal，将交轴电流i_qcal作为交轴电流环控制的参考交轴电流i_qref，利用参考交轴电流i_qref和永磁同步电机702的实际交轴电流i_q进行电流环控制，经PI调节获得交轴控制信号传输给逆变器701，将直轴电流i_dcal作为直轴电流环控制的参考直轴电流i_dref，利用参考直轴电流i_dref和永磁同步电机702的实际直轴电流i_d进行电流环控制，经PI调节获得直轴控制信号传输给逆变器701，逆变器701根据交轴控制信号和直轴控制信号控制永磁同步电机702，使永磁同步电机702的实际交轴电流和实际直轴电流趋近目标交轴电流和目标直轴电流。另外，将交轴电流i_qcal和直轴电流i_dcal代入公式n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q]计算第二电磁转矩T_calc，如果第二电磁转矩T_calc和第一电磁转矩T_ref不同，则自动调整交轴电流i_qcal并重复上述过程，直至使永磁同步电机702的实际交轴电流和实际直轴电流分别等于目标交轴电流和目标直轴电流，实现永磁同步电机702的最大转矩电流比控制。

在逆变器701控制永磁同步电机702运行过程中，通过采样传感器703采集永磁同步电机702的三相电流i_abc和转子角度θ/ω，进而根据三相电流i_abc和转子角度θ/ω计算出第二交轴电流i_q和第二直轴电流i_d。

需要说明的是，在上述各个实施例所提供的电机最大转矩电流比控制方法中，由于求解目标交轴电流和目标直轴电流更加容易，不需要占用大量计算资源和存储空间，因此能够在实现最大转矩电流比控制方法的前提下减少对计算资源和存储空间的需求，从而能够降低实现电机最大转矩电流比控制方法的成本。

另外需要说明的是，由于永磁同步电机既可以作为发电机使用，也可以作为电动机使用，在永磁同步电机作为电动机或发电机使用时均可以通过本发明实施例所提供的方法实现最大转矩电流比控制。上述各个实施例以永磁同步电机作为发电机使用为例，对实现最大转矩电流比控制进行了详细说明，由于永磁同步电机作为电动机和发电机使用时电流相位相反，因此在永磁同步电机作为电动机使用时，仅需将上述实施例中各个公式中的i_q替换为-i_q，并将i_d替换为-i_d即可，在此不再对永磁同步电机作为电动机时实现最大电流比控制的方法进行赘述。

如图8所示，本发明实施例提供了一种电机最大转矩电流比控制装置，包括：

一个转矩获取模块81，用于获取第一电磁转矩，其中，第一电磁转矩用于表征永磁同步电机所需产生的电磁转矩；

一个电流获取模块82，用于根据转矩获取模块81获取到的第一电磁转矩和预设的第一映射关系，确定目标交轴电流和目标直轴电流，其中，第一映射关系用于表征永磁同步电机中交轴电流和直轴电流与电磁转矩之间的几何关系；

一个电机控制模块83，用于根据电流获取模块82获取到的目标交轴电流和目标直轴电流，控制永磁同步电机运行。

在本发明实施例中，转矩获取模块81压检测模块402可用于执行上述方法实施例中的步骤101，电流获取模块82可用于执行上述方法实施例中的步骤102，电机控制模块83可用于执行上述方法实施例中的步骤103。

可选地，在图8所示电机最大转矩电流比控制装置的基础上，

电流获取模块82，用于根据第一电磁转矩和永磁同步电机中永磁体的磁链，通过如下方程组计算目标交轴电流和目标直轴电流；

其中，i_q用于表征目标交轴电流，i_d用于表征目标直轴电流，ψ_f用于表征磁链，ΔL用于表征永磁同步电机的交轴电感与直轴电感之差，T_{e_ref}用于表征第一电磁转矩，n_p用于表征永磁同步电机的极对数。

可选地，在图8所示电机最大转矩电流比控制装置的基础上，如图9所示，电流获取模块82包括：

一个第一获取单元821，用于获取第二电磁转矩，其中，第二电磁转矩用于表征对永磁同步电机进行控制过程中所参考的电磁转矩；

一个第一PI调节单元822，用于将第一电磁转矩与第一获取单元821获取到的第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流；

一个第一计算单元823，用于根据第一PI调节单元822获取到的第一交轴电流和预先设定的第二几何映射关系，确定第一直轴电流，其中，第二几何映射关系用于表征最大转矩电流比条件下交轴电流和直轴电流之间的几何关系；

一个第二计算单元824，用于根据第一PI调节单元822获取到的第一交轴电流和第一计算单元823获取到的第一直轴电流，计算第三电磁转矩；

一个判断单元825，用于判断第二计算单元824计算出的第三电磁转矩是否与转矩获取模块81获取到的第一电磁转矩相等；

一个电流映射单元826，用于在判断单元825确定第三电磁转矩与第一电磁转矩相等时，将第一交轴电流确定为目标交轴电流，并将第一直轴电流确定为目标直轴电流；

一个转矩映射单元827，用于在判断单元825确定第三电磁转矩与第一电磁转矩不相等时，将第三电磁转矩作为第二电磁转矩，并触发第一PI调节单元822执行将第一电磁转矩与第二电磁转矩之差作为输入进行PI调节，获得第一交轴电流。

在本发明实施例中，第一获取单元821可用于执行上述方法实施例中的步骤402，第一PI调节单元822可用于执行上述方法实施例中的步骤403，第一计算单元823可用于执行上述方法实施例中的步骤404，第二计算单元824可用于执行上述方法实施例中的步骤405，判断单元825可用于执行上述方法实施例中的步骤406，电流映射单元826可用于执行上述方法实施例中的步骤408，转矩映射单元827可用于执行上述方法实施例中的步骤408。

可选地，在图8所示电机最大转矩电流比控制装置的基础上，

第一计算单元823，用于根据永磁同步电机中永磁体的磁链、永磁同步电机的交轴电感和直轴电感以及第一交轴电流，通过如下第一公式计算第一直轴电流；

第一公式包括：

其中，i_q用于表征第一交轴电流，i_d用于表征第一直轴电流，ψ_f用于表征磁链，ΔL用于表征交轴电感与直轴电感之差。

可选地，在图8所示电机最大转矩电流比控制装置的基础上，

第二计算单元824，用于根据永磁同步电机的极对数、磁链、交轴电感、直轴电感、第一交轴电流和第一直轴电流，通过如下第二公式计算第三电磁转矩；

第二公式包括：

T_{e_calc}＝n_p[ψ_fi_q+(L_q-L_d)i_di_q]

其中，T_{e_calc}用于表征第三电磁转矩，n_p用于表征永磁同步电机的极对数，L_q用于表征交轴电感，L_d用于表征直轴电感。

可选地，在上述任意实施例所提供电机最大转矩电流比控制装置的基础上，如图10所示，电机控制模块83包括：

一个第二获取单元831，用于获取第二交轴电流和第二直轴电流，其中，第二交轴电流用于表征永磁同步电机的实际交轴电流，第二直轴电流用于表征永磁同步电机的实际直轴电流；

一个第二PI调节单元832，用于将目标交轴电流与第二获取单元831获取到的第二交轴电流之差作为输入进行PI调节，获得交轴控制信号；

一个第三PI调节单元833，用于将目标直轴电流与第二获取单元831获取到的第二直轴电流之差作为输入进行PI调节，获得直轴控制信号；

一个信号传输单元834，用于将第二PI调节单元832获取到的交轴控制信号和第三PI调节单元833获取到的直轴控制信号传输给与永磁同步电机相连接的逆变器，以使逆变器根据交轴控制信号和直轴控制信号向永磁同步电机输送三相电，使永磁同步电机的交轴电流等于目标交轴电流，且永磁同步电机的直轴电流等于目标直轴电流。

在本发明实施例中，第二获取单元831可用于执行上述方法实施例中的步骤601，第二PI调节单元832可用于执行上述方法实施例中的步骤602，第三PI调节单元833可用于执行上述方法实施例中的步骤603，信号传输单元834可用于执行上述方法实施例中的步骤604。

需要说明的是，上述各个实施例所提供的电机最大转矩电流比控制装置与前述电机最大转矩电流比控制方法基于同一构思，该电机最大转矩电流比控制装置中各模块之间的交互可参见前述电机最大转矩电流比控制方法实施例中的描述，在此不再赘述。

如图11所示，本发明一个实施例提供了一种电机最大转矩电流比控制装置，包括：至少一个存储器84和至少一个处理器85；

所述至少一个存储器84，用于存储机器可读程序；

所述至少一个处理器85，用于调用所述机器可读程序，执行上述各个实施例所提供的电机最大转矩电流比控制方法。

本发明还提供了一种计算机可读介质，存储用于使一计算机执行如本文所述的电机最大转矩电流比控制方法的指令。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。