永磁同步电机转矩控制方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本公开实施例涉及电机领域，特别是涉及一种永磁同步电机转矩控制方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

永磁同步电机因其具有效率高、功率密度大、快速的动态特性等优点，被广泛地使用在电动汽车、有轨电车、电梯、空调、泵等工业及生活机电设备中。

对于永磁同步电机，常用的控制模式有位置控制、转速控制和转矩控制。转矩控制可以作为位置控制和转速控制的内环，转矩控制的性能也直接会影响到位置控制和转速控制的性能。目前，永磁同步电机的转矩控制方式主要有两种，一种是直接转矩控制方式，另一种是旋转矢量控制(field-oriented control,简称FOC)方式。旋转矢量控制方式的特点是对电机气隙磁场和转矩进行分开控制，典型的控制设计是考虑在磁通恒定时，由所需的转矩得到相应的电流，进而通过控制电流来实现控制转矩。

但是，发明人在实现本发明的过程中，发现：转矩和相应的电流之间的这种恒定关系的可行度很容易受到各种各样的实际因素的负面影响，这样的影响很容易产生转矩控制中所不能接受的精度偏差，从而使永磁同步电机的转矩控制并不准确。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种永磁同步电机转矩控制方法、装置、存储介质及电子设备，可提高转矩控制的抗干扰性能，提高转矩控制的准确性。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种永磁同步电机转矩控制方法，包括如下步骤：

获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；

根据所述期望转矩，获得第一转矩指令电流；根据所述期望转矩和所述反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；

根据所述第一转矩指令电流和所述第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；

根据所述第三转矩指令电流和所述期望励磁电流控制所述永磁同步电机的转矩。

在一个实施例中，所述根据所述期望转矩，获得第一转矩指令电流，根据所述期望转矩和所述反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流的步骤，包括：

将所述期望转矩输入至转矩前馈控制器，以使所述转矩前馈控制器根据所述转矩前馈控制器的增益系数、所述永磁同步电机的永磁体的磁通、所述永磁同步电机的磁极对数以及期望转矩，输出所述第一转矩指令电流；其中，在所述期望转矩不变时，所述第一转矩指令电流与所述转矩前馈控制器的增益系数呈线性关系；

将所述期望转矩和所述反馈转矩的差值输入至转矩反馈控制器，以使所述转矩反馈控制器根据所述转矩反馈控制器的比例系数、所述转矩反馈控制器的积分系数以及所述期望转矩和所述反馈转矩的差值，输出所述第二转矩指令电流；其中，所述转矩反馈控制器的比例系数根据所述永磁同步电机的永磁体的磁通、所述永磁同步电机的磁极对数、力矩闭环响应时间参数和励磁电流闭环控制时间参数获得；所述转矩反馈控制器的积分系数根据所述永磁同步电机的永磁体的磁通、所述永磁同步电机的磁极对数和力矩闭环响应时间参数获得。

本公开实施例通过结合前馈控制器对应的前馈控制法的快速响应，以及以反馈控制器对应的反馈控制法的鲁棒性特点对永磁同步电机进行转矩控制，可提高转矩控制的抗干扰性能。

在一个实施例中，所述根据所述第一转矩指令电流和所述第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流的步骤，包括：将所述第一转矩指令电流和所述第二转矩指令电流之和作为所述第三转矩指令电流。

在一个实施例中，所述永磁同步电机转矩控制方法还包括如下步骤：

调整所述转矩前馈控制器的增益系数，以使所述转矩前馈控制器独立控制所述永磁同步电机的转矩、所述转矩反馈控制器独立控制所述永磁同步电机的转矩、所述转矩前馈控制器和所述转矩反馈控制器并行控制所述永磁同步电机的转矩、或者调整转矩控制闭环时间，以根据实际需要快捷地在转矩前馈控制器和转矩反馈控制器之间进行切换变化，而且可以在转矩反馈控制器增益不改变的情况下，即可将转矩控制闭环时间常数进行连续调节。

在一个实施例中，所述根据所述第三转矩指令电流和所述期望励磁电流控制所述永磁同步电机的转矩的步骤，包括：

根据所述期望励磁电流以及预设的线性补偿方法，对所述第三转矩指令电流进行线性补偿，获得所述永磁同步电机的期望转矩电流；

根据所述期望励磁电流和所述期望转矩电流控制所述永磁同步电机运行，以使所述永磁同步电机的所述永磁同步电机的转矩与所述期望励磁电流解耦，且使所述永磁同步电机的转矩随所述第三转矩指令电流的变化而变化。

在一个实施例中，所述期望转矩电流根据所述期望励磁电流、所述永磁同步电机的直轴卷线电感值、所述永磁同步电机的交轴卷线电感值和所述第三转矩指令电流获得；其中，在所述期望励磁电流不变时，所述期望转矩电流与所述第三转矩指令电流呈线性关系，以使所述期望转矩电流和期望励磁电流输入至所述永磁同步电机后，所述永磁同步电机的转矩与所述期望励磁电流解耦。

在一个实施例中，所述根据所述期望励磁电流和所述期望转矩电流控制所述永磁同步电机运行，使所述永磁同步电机的所述永磁同步电机的转矩与所述期望励磁电流解耦，以使所述永磁同步电机的转矩随所述第三转矩指令电流的变化而变化的步骤，包括：

根据所述反馈励磁电流和所述期望励磁电流的偏移差值和所述反馈转矩电流和所述期望转矩电流的偏移差值，控制所述永磁同步电机运行，以使所述永磁同步电机的所述永磁同步电机的转矩与所述期望励磁电流解耦，且使所述永磁同步电机的转矩随所述第三转矩指令电流的变化而变化。

本公开实施例根据所述反馈励磁电流和所述期望励磁电流的偏移差值以及所述反馈转矩电流和所述期望转矩电流的偏移差值，控制所述永磁同步电机运行，可使得在反馈励磁电流跟随期望励磁电流变化，反馈转矩电流跟随期望转矩电流变化时，还获得随所述第三转矩指令电流的变化而变化的转矩。

本公开实施例的第二方面，提供一种永磁同步电机转矩控制装置，包括：

数据获取模块，用于获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；

第一电流获取模块，用于根据所述期望转矩，获得第一转矩指令电流，根据所述期望转矩和所述反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；

第二电流获取模块，用于根据所述第一转矩指令电流和所述第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；

转矩控制模块，用于根据所述第三转矩指令电流和所述期望励磁电流控制所述永磁同步电机的转矩。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序适于由所述处理器加载并执行如上述所述的永磁同步电机转矩控制方法。

根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的永磁同步电机转矩控制方法。

本公开实施例通过获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；根据所述期望转矩，获得第一转矩指令电流；根据所述期望转矩和所述反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；根据所述第一转矩指令电流和所述第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；根据所述第三转矩指令电流和所述期望励磁电流控制所述永磁同步电机的转矩，也即，结合以期望转矩确定的第一转矩指令电流的前馈控制法的快速响应，以及以所述期望转矩和所述反馈转矩的差值确定的第二转矩指令电流的反馈控制法的鲁棒性特点对永磁同步电机进行转矩控制，提高转矩控制的抗干扰性能，减少永磁同步机的转矩的超调和脉动，降低阶跃响应的稳态偏差。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。

图1为本公开一个实施例中示出的永磁同步电机与三相逆变桥电路的连接原理图；

图2为本公开一个实施例中示出的永磁同步电机转矩控制方法的流程图；

图3为本公开一个实施例中示出的获得第一转矩指令电流和第二转矩指令电流的方法的流程图；

图4为本公开一个实施例示出的控制永磁同步电机的转矩的原理图；

图5为本公开一个实施例示出的对第三转矩指令电流进行线性补偿的原理图；

图6为本公开一个实施例示出的在对励磁电流和转矩电流进行闭环控制时，永磁同步电机的转矩的原理图；

图7为本公开一个实施例示出的期望转矩和永磁同步电机实际输出的转矩的原理图；

图8为图7简化后的期望转矩和永磁同步电机实际输出转矩的原理图；

图9为本公开一个实施例示出的永磁同步电机转矩控制系统的示意框图；

图10为本公开一个实施例示出的永磁同步电机转矩控制装置的示意框图；

图11为本公开一个实施例示出的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本公开实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开实施例中的实施例，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它实施例，都属于本公开实施例保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，各个附图中的相同数字表示相同或相似的要素。在本公开的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。在此所使用的词语“如果”/“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本公开实施例的永磁同步电机转矩控制方法的应用环境包括永磁同步电机转矩控制设备。永磁同步电机转矩控制设备可以通过纯软件的方式实现本公开永磁同步电机转矩方法，也可以采用软硬件结合的方式实现本公开的永磁同步电机转矩方法。以软件实现为例，永磁同步电机转矩设备是通过其所在文件处理的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，永磁同步电机转矩设备可以采用数字信号处理、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列中的至少一种硬件形式来实现，在一个实施例中永磁同步电机转矩控制设备也可以为永磁同步电机本身。

为便于理解本公开的设计方案，下面对永磁同步电机的相关内容进行简单介绍。

永磁同步电机是以永磁体提供励磁的电动机，其主要由定子、转子和端盖等部件构成。定子由叠片叠压而成，以减少电动机运行时产生的铁耗，定子内安装有三相交流绕组。转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成，转子上安装有永磁体。

根据交直轴电感的不同，可将永磁同步电机分为凸极式与隐极性电机两种，其中，隐极性永磁同步电机的直轴卷线电感值和交轴卷线电感值相等，凸极式永磁同步电机的直轴卷线电感值和交轴卷线电感值不相等。本公开实施例的永磁同步电机为凸极式永磁同步电机。

请参阅图1，其为一个实施例中永磁同步电机与三相逆变桥电路的连接原理图。由图1所示，一般地，永磁同步电机120的三相交流绕组与三相逆变桥电路110连接，由三相逆变桥电路110作为驱动器驱动永磁同步机工作,其中，三相逆变桥电路包括三个桥臂；二极管D1、二极管D2、三极管Q1和三极管Q2构成第一个桥臂，用于控制输出U相电压；二极管D3、二极管D4、三极管Q3和三极管Q4构成第二个桥臂，用于控制输出V相电压；二极管D5、二极管D6、三极管Q5和三极管Q6构成第三个桥臂，用于控制输出W相电压；其中，三相逆变桥电路通过控制三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5和三极管Q6的通断，调节输入至永磁同步电机的三相电压，进而控制永磁同步电机的三相电流，从而实现对永磁同步电机的所述永磁同步电机的转矩的控制。

对于永磁同步电机，通常采用旋转矢量控制方式进行转矩控制，旋转矢量控制方式的特点是对电机气隙磁场和转矩进行分开控制，典型的控制设计是考虑在磁通恒定时，由所需的转矩得到相应的电流，进而通过控制电流来实现控制转矩。

但是，发明人在实现本发明的过程中，发现：转矩和相应的电流之间的这种恒定关系的可行度很容易受到各种各样的实际因素的负面影响，这样的影响很容易产生转矩控制中所不能接受的精度偏差，从而使永磁同步电机的转矩控制并不准确。

为此，本公开实施例提出了永磁同步电机转矩控制方法、装置、存储介质以及电子设备。

实施例1

下面将结合附图2至图9，对本公开实施例提供的永磁同步电机转矩控制方法进行详细介绍。

请参阅图2，本公开实施例提供的永磁同步电机转矩控制方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流。

期望转矩为需要永磁同步电机输出的转矩，其可以为一个参考转矩曲线。期望励磁电流为需要永磁同步电机输出的励磁电流。

反馈转矩为对永磁同步电机进行检测获得的实时转矩，在不考虑噪声的情况下，检测获得的反馈转矩即为永磁同步电机的实际永磁同步电机的转矩。

由于直接测量转矩比较困难，且转矩与励磁电流和转矩电流满足如下关系：

T＝kN

因此，反馈转矩也可以通过反馈励磁电流和反馈转矩电流推导获得，具体的，反馈转矩为：

T

其中，T

其中，反馈励磁电流为对永磁同步电机进行检测获得的实时励磁电流，反馈转矩电流为对永磁同步电机进行检测获得的实时励磁电流，在不考虑噪声的情况下，检测获得的反馈励磁电流即为永磁同步电机的实际励磁电流；反馈转矩电流即为永磁同步电机的实际转矩电流。

由于励磁电流和转矩电流与三相电流满足如下关系：

上述公式中，i

因此，可以对永磁同步电机的三相电流进行测量，获得三相反馈电流，再通过上述公式，对三相反馈电流进行变换，得到反馈励磁电流和反馈转矩电流。

在测量永磁同步电机的三相电流时，根据电流的对称性，可以通过任意测量两相电流，获得最后一相的电流，如实际检测的是u相和v相电流i

步骤S102：根据期望转矩，获得第一转矩指令电流；根据期望转矩和反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流。

在一个实施例中，请参阅图3，步骤S102中根据期望转矩，获得第一转矩指令电流，根据期望转矩和反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流的步骤，包括：

步骤S1021：将期望转矩输入至转矩前馈控制器，以使转矩前馈控制器根据转矩前馈控制器的增益系数、永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数以及期望转矩，输出第一转矩指令电流；其中，在期望转矩不变时，第一转矩指令电流与转矩前馈控制器的增益系数呈线性关系。

第一转矩指令电流为转矩前馈控制器利用电机转矩控制数学模型，直接根据期望转矩获得的所需施加的电流；其中，转矩前馈控制器具有响应快的特点，但是，当电机转矩数学模型参数不精确，或有外部的干扰时，转矩前馈控制器不能自动调节，鲁棒性较差。

具体的，第一转矩指令电流为：

其中，i1′

步骤S1022：将期望转矩和反馈转矩的差值输入至转矩反馈控制器，以使转矩反馈控制器根据转矩反馈控制器的比例系数、转矩反馈控制器的积分系数以及期望转矩和反馈转矩的差值，输出第二转矩指令电流；其中，转矩反馈控制器的比例系数根据永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数、力矩闭环响应时间参数和励磁电流闭环控制时间参数获得；转矩反馈控制器的积分系数根据永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数和力矩闭环响应时间参数获得。

第二转矩指令电流为转矩反馈控制器根据期望转矩和反馈转矩的差值，输出所需施加的电流，目的使永磁同步电机的转矩跟随参考转矩变化。

具体的，第二转矩指令电流为：

其中，i2′

需要说明的是，在执行本公开的永磁同步电机转矩控制方法时，需要对前馈控制器和转矩反馈控制器需要根据电机转矩控制数学模型进行设计。为更好的理解本公开的设计方案，下面具体介绍一下本公开一个实施例采用的电机转矩控制数学模型。

由图1所示，对于永磁同步电机，其具有三个坐标系包括：三相坐标系uvw，二相坐标系αβ，以及与转子相对静止的两相交直轴坐标系dq。

在两相交直轴坐标系dq中的直流分量表示为：励磁电流i

T∝ψ

具体的，对于凸极式永磁同步电机，永磁同步电机的转矩T与转矩电流i

T＝kN

其中，L

由上式可知，输出阻抗转矩T

发明人在实现本公开的过程中发现：通过方程式1和2的比较可知

ψ

进而可以将方程式2变形成方程式4的形式

T＝kN

由方程式4可知，凸极式永磁同步电机永磁同步电机的转矩T由电磁转矩T

T

T

发明人在实现本公开的过程中进一步发现，根据方程式4至方程式6可以得到如图3所示上部分所示的永磁同步电机永磁同步电机的转矩的原理图。

由如图4所示，211为阻抗转矩计算单元，用于根据方程式6计算阻抗转矩；213为电磁转矩计算单元，用于根据方程式5计算电磁转矩；212为转矩求和单元，用于将阻抗转矩和电磁转矩求和，获得永磁同步电机的转矩。对如图4所示上部分所示的转矩输出框图进行等价变形，可以得到如图4所示下部分所示的永磁同步电机永磁同步电机的转矩的变形原理图，其中，214为转矩计算单元，用于根据励磁电流i

发明人在实现本公开的过程中进一步发现，可以通过增加线性补偿的方式，消除励磁电流i

将方程式7进行变换即可得到补偿方程式8

将方程式8代入方程式4后即可得到方程式9的转矩计算式

T＝kN

由方程式9可以看出，在永磁同步电机内，其永磁同步电机的转矩T实际只由i′

在实际转矩控制过程中,一般采用直轴电流控制器和交轴电流控制器对励磁电流和转矩电流进行PI闭环控制。若励磁电流闭环时间常数和转矩电流闭环设定的时间常数为T

结合在实际控制器设计时，可采用如下线性化补偿方程12和方程式13代替方程式8来完成解耦励磁电流，从而消除励磁电流对永磁同步电机的转矩的影响。

上述公式中，为了与方程式8进行区分，以方便理解本公开的设计方案，用i

将方程式10～方程式13代入方程式4得到方程式14，由此式可见，可以通过电流i′

当k＝1.5时，可以得到:

也即，方程式15即为本公开一个实施例的电机转矩控制数学模型。其中，该电机转矩控制数学模型中的转矩可以与期望励磁电流解耦，也即，该电机转矩控制数学模型中的转矩根据永磁同步电机的磁极对数、永磁同步电机永磁体的磁通、转矩指令电流以及转矩闭环电流时间常数获得；永磁同步电机的转矩与转矩指令电流呈线性关系，使永磁同步电机的转矩随着转矩指令电流的变化呈线性变化，进而方便转矩控制器的设计。

为此，可以根据上述的电机转矩控制数学模型来设计转矩前馈控制器和转矩反馈控制器。

具体的，根据方程式15，可以得到：

在方程式16的基础上，增加增益系数K

因此，使得转矩前馈控制器根据输入的期望转矩，以及转矩前馈控制器内部存储的转矩前馈控制器的增益系数、永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数，直接输出第一转矩指令电流。

采用PI控制的转矩反馈控制器，根据内部模型法获得转矩反馈控制器的比例系数和积分系数；再使转矩反馈控制器再根据输入的期望转矩和反馈转矩的差值，以及转矩反馈控制器内部存储的转矩反馈控制器的比例系数、转矩反馈控制器的积分系数以及期望转矩和反馈转矩的差值，输出第二转矩指令电流。

步骤S103：根据第一转矩指令电流和第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流。

可选的，根据第一转矩指令电流和第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流的步骤，包括：将第一转矩指令电流和第二转矩指令电流之和作为第三转矩指令电流，以结合第一转矩指令电流和第二转矩指令电流来控制永磁同步电机的转矩，具体的，第三转矩指令电流为：

i′

i′

步骤S104：根据第三转矩指令电流和期望励磁电流控制永磁同步电机的转矩。

本公开实施例通过获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；根据期望转矩，获得第一转矩指令电流；根据期望转矩和反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；根据第一转矩指令电流和第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；根据第三转矩指令电流和期望励磁电流控制永磁同步电机的转矩，也即，结合以期望转矩确定的第一转矩指令电流的前馈控制法的快速响应，以及以期望转矩和反馈转矩的差值确定的第二转矩指令电流的反馈控制法的鲁棒性特点对永磁同步电机进行转矩控制，提高转矩控制的抗干扰性能，减少永磁同步机的转矩的超调和脉动，降低阶跃响应的稳态偏差。

在一个实施例中，步骤S104根据第三转矩指令电流和期望励磁电流控制永磁同步电机的转矩的步骤，包括：

步骤S1041：根据期望励磁电流以及预设的线性补偿方法，对第三转矩指令电流进行线性补偿，获得永磁同步电机的期望转矩电流。

在一个实施例中，期望转矩电流根据期望励磁电流、永磁同步电机的直轴卷线电感值、永磁同步电机的交轴卷线电感值和转矩指令电流获得；其中，在期望励磁电流不变时，期望转矩电流与转矩指令电流呈线性关系。具体的，永磁同步电机的期望转矩电流为：

上述公式中，i

步骤S1042：根据期望励磁电流和期望转矩电流控制永磁同步电机运行，使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦，且使永磁同步电机的转矩随第三转矩指令电流的变化而变化。

永磁同步电机的转矩根据永磁同步电机的磁极对数、永磁同步电机的永磁体的磁通和转矩指令电流获得；其中，转矩与转矩指令电流呈线性关系，以使转矩随转矩指令电流的变化而呈线性变化。具体的，转矩为：

T＝kN

上述公式中，T为永磁同步电机的转矩；k为变换系数，其为常数；N

在一个实施例中，步骤S1043中根据期望励磁电流和期望转矩电流控制永磁同步电机运行，使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦的步骤，包括：根据反馈励磁电流和期望励磁电流的偏移差值和反馈转矩电流和期望转矩电流的偏移差值，控制永磁同步电机运行，以使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦，且使永磁同步电机的转矩随第三转矩指令电流的变化而变化。

具体的，将反馈励磁电流和期望励磁电流的偏移差值输入至直轴电流控制器进行PI调节，以输出励磁电压输出指令，将反馈转矩电流和期望转矩电流的偏移差值输入至交轴电流控制器进行PI调节，以转矩电压输出指令，进而根据励磁电压输出指令和转矩电压输出指令控制永磁同步电机运行，以使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦。

其中，直轴电流控制器的比例系数和直轴电流控制器的积分系数、交轴电流控制器的比例系数和交轴电流控制器的积分系数根据电机转矩控制模型和内部模型控制法来进行设定，具体如下：

上述公式中，K

此时，从期望转矩到永磁同步电机的输出转矩可以采用如图7所示的控制框图进行表示，再将

由方程式18可知，通过调整转矩前馈控制器的增益系数，以使转矩前馈控制器独立控制永磁同步电机的转矩、转矩反馈控制器独立控制永磁同步电机的转矩、转矩前馈控制器和转矩反馈控制器并行控制永磁同步电机的转矩、或者调整转矩控制闭环时间，从而可以根据实际需要调节响应时间，提高控制性能和适应范围。具体的：

(1)系数k

(2)当系数

(3)当系数

下面举个具体的例子说明下本公开的设计方案：

如图9所示，其为一个实施例中永磁同步电机的转矩控制系统，转矩控制系统包括功率调制单元411、永磁同步电机412、转子位置和速度推定单元413、电流传感及坐标变换单元414、低通滤波器415、转矩推定单元416、转矩前馈控制器417、转矩反馈控制器418、转矩指令电流融合单元419、线性补偿单元420、电流控制器单元421和二相-三相电流变换单元422。

功率调制单元411为永磁同步电机412提供动力，并且功率调制单元411是通过控制器信号控制功率开关管的快速通断来调制出正弦电压信号施加到永磁同步电机上，从而可以使永磁同步电机412输出连续变化的小脉动且响应快的转矩。其中，功率调制单元411可以包括三相逆变桥电路，永磁同步电机412的三相交流绕组与三相逆变桥电路连接，由三相逆变桥电路作为驱动器驱动永磁同步机工作。

转子位置和速度推定单元413是以编码器或霍尔元器件的脉冲信号作为输入，利用微控制器的快速处理来实时推定电机转子的绝对位置(也即磁场的方向角)和转速。此转角信息用于矢量控制中的坐标变换，转速信息也作为非干涉解耦模块的输入。

电流采集与坐标变换单元414是采用电流传感器检测电流信号，然后经过信号调理电路对其进行适当地放大之后,被数模转换芯片采样到处理器中以作为电流闭环控制信号。在测量永磁同步电机的三相电流时，根据电流的对称性，可以通过任意测量两相电流，获得最后一相的电流；而采集到的三相静止UVW坐标系内表示的电流信号被转换到随转子同步旋转的dq坐标系内表示的二相直流分量即反馈励磁电流i

转矩推定单元416根据低通滤波器415滤波处理后的反馈励磁电流i

转矩反馈控制器417根据期望转矩T

转矩反馈控制器418根据转矩偏差值T

转矩指令电流融合单元419根据第一转矩指令电流i1′

线性补偿单元420根据输入的期望励磁电流i

电流控制器单元421由直轴电流控制器、交轴电流控制器和非干涉解耦模块组成。通过非干涉解耦模块将直轴电流和交轴电流解耦耦合；此处直轴电流控制器、交轴电流控制器都采用PI控制器。直轴电流控制器根据反馈励磁电流i

二相-三相电流变换单元422将励磁电流控制信号和转矩电流控制信号转换为三相控制电压信号。

功率调制单元411根据三相控制电压信号调整输入至永磁同步电机412的三相电压。

永磁同步电机423根据调整后的三相电压调整三相电流，控制转矩输出，以使永磁同步电机通过补偿后的转矩电流，将永磁同步电机的输出转矩与目标励磁电流解耦，获得随第三转矩调整电流的变化而变化的转矩，也即，获得跟随期望转矩的转矩，具体的，从期望转矩到永磁同步电机的输出转矩的关系表示为：

实施例2

下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开实施例1中方法的内容。对于本公开装置实施例中未披露的细节，请参照本公开实施例1中方法的内容。

请参阅图9，本公开实施例公开的一种永磁同步电机转矩控制模块200，包括：

数据获取模块201，用于获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；

第一电流获取模块202，用于根据期望转矩，获得第一转矩指令电流，根据期望转矩和反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；

第二电流获取模块203，用于根据第一转矩指令电流和第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；

转矩控制模块204，用于根据第三转矩指令电流和期望励磁电流控制永磁同步电机的转矩。

本公开实施例通过获取永磁同步电机的期望转矩、反馈转矩和期望励磁电流；根据期望转矩，获得第一转矩指令电流；根据期望转矩和反馈转矩的差值，获得第二转矩指令电流；根据第一转矩指令电流和第二转矩指令电流，获得第三转矩指令电流；根据第三转矩指令电流和期望励磁电流控制永磁同步电机的转矩，也即，结合以期望转矩确定的第一转矩指令电流的前馈控制法的快速响应，以及以期望转矩和反馈转矩的差值确定的第二转矩指令电流的反馈控制法的鲁棒性特点对永磁同步电机进行转矩控制，提高转矩控制的抗干扰性能，减少永磁同步机的转矩的超调和脉动，降低阶跃响应的稳态偏差。

在一个实施例中，第一电流获取模块202包括：

第一转矩指令电流获取模块2021，用于将期望转矩输入至转矩前馈控制器，以使转矩前馈控制器根据转矩前馈控制器的增益系数、永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数以及期望转矩，输出第一转矩指令电流；其中，在期望转矩不变时，第一转矩指令电流与转矩前馈控制器的增益系数呈线性关系。

第一转矩指令电流为转矩前馈控制器利用电机转矩控制数学模型，直接根据期望转矩获得的所需施加的电流；其中，转矩前馈控制器具有响应快的特点，但是，当电机转矩数学模型参数不精确，或有外部的干扰时，转矩前馈控制器不能自动调节，鲁棒性较差。

具体的，第一转矩指令电流为：

其中，i1′

第二转矩指令电流模块，用于将期望转矩和反馈转矩的差值输入至转矩反馈控制器，以使转矩反馈控制器根据转矩反馈控制器的比例系数、转矩反馈控制器的积分系数以及期望转矩和反馈转矩的差值，输出第二转矩指令电流；其中，转矩反馈控制器的比例系数根据永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数、力矩闭环响应时间参数和励磁电流闭环控制时间参数获得；转矩反馈控制器的积分系数根据永磁同步电机的永磁体的磁通、永磁同步电机的磁极对数和力矩闭环响应时间参数获得。

在一个实施例中，转矩控制模块204包括：

期望转矩电流获取模块，用于根据期望励磁电流以及预设的线性补偿方法，对第三转矩指令电流进行线性补偿，获得永磁同步电机的期望转矩电流。

在一个实施例中，期望转矩电流根据期望励磁电流、永磁同步电机的直轴卷线电感值、永磁同步电机的交轴卷线电感值和转矩指令电流获得；其中，在期望励磁电流不变时，期望转矩电流与转矩指令电流呈线性关系。具体的，永磁同步电机的期望转矩电流为：

上述公式中，i

控制模块，用于根据期望励磁电流和期望转矩电流控制永磁同步电机运行，使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦，且使永磁同步电机的转矩随第三转矩指令电流的变化而变化。

永磁同步电机的转矩根据永磁同步电机的磁极对数、永磁同步电机的永磁体的磁通和转矩指令电流获得；其中，转矩与转矩指令电流呈线性关系，以使转矩随转矩指令电流的变化而呈线性变化。具体的，转矩为：

T＝kN

上述公式中，T为永磁同步电机的转矩；k为变换系数，其为常数；N

在一个实施例中，控制模块包括用于：根据反馈励磁电流和期望励磁电流的偏移差值和反馈转矩电流和期望转矩电流的偏移差值，控制永磁同步电机运行，以使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦，且使永磁同步电机的转矩随第三转矩指令电流的变化而变化。

具体的，将反馈励磁电流和期望励磁电流的偏移差值输入至直轴电流控制器进行PI调节，以输出励磁电压输出指令，将反馈转矩电流和期望转矩电流的偏移差值输入至交轴电流控制器进行PI调节，以转矩电压输出指令，进而根据励磁电压输出指令和转矩电压输出指令控制永磁同步电机运行，以使永磁同步电机的永磁同步电机的转矩与期望励磁电流解耦。

其中，直轴电流控制器的比例系数和直轴电流控制器的积分系数、交轴电流控制器的比例系数和交轴电流控制器的积分系数根据电机转矩控制模型和内部模型控制法来进行设定，具体如下：

上述公式中，K

此时，从期望转矩到永磁同步电机的输出转矩可以表示为：

通过调整转矩前馈控制器的增益系数，以使转矩前馈控制器独立控制永磁同步电机的转矩、转矩反馈控制器独立控制永磁同步电机的转矩、转矩前馈控制器和转矩反馈控制器并行控制永磁同步电机的转矩、或者调整转矩控制闭环时间，从而可以根据实际需要调节响应时间，提高控制性能和适应范围。具体的：

(1)系数k

(2)当系数

(3)当系数

实施例3

下述为本公开设备实施例，可以用于执行本公开实施例1中方法的内容。对于本公开设备实施例中未披露的细节，请参照本公开实施例1中方法的内容。

请参阅图11，本公开还提供一种电子设备300，电子设备300可以具体为计算机、手机、平板电脑、交互平板等，在本公开的示例性实施例中，电子设备300为永磁同步电机转矩控制设备，电子设备300可以包括：至少一个处理器301、至少一个存储器302，至少一个显示器303，至少一个网络接口304，用户接口305以及至少一个通信总线306。

其中，用户接口305主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据。可选的，用户接口306还可以包括标准的有线接口、无线接口。

其中，网络接口304可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。

其中，通信总线306用于实现这些组件之间的连接通信。

其中，处理器301可以包括一个或者多个处理核心。处理器310利用各种接口和线路连接整个电子设备300内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器320内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器302内的数据，执行电子设备300的各种功能和处理数据。可选的，处理器301可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301可集成中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示层所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器301中，单独通过一块芯片进行实现。

其中，存储器302可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器302包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器302可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器302可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器302可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器301的存储装置。如图11所示，作为一种计算机存储介质的存储器320中可以包括操作系统、网络通信模块、用户。

处理器301可以用于调用存储器302中存储的永磁同步电机转矩控制方法的应用程序，并具体执行上述所示实施例1的方法步骤，具体执行过程可以参见实施例1所示的具体说明，在此不进行赘述。

实施例4

本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，指令适于由处理器加载并执行上述所示实施例1的方法步骤，具体执行过程可以参见实施例所示的具体说明，在此不进行赘述。存储介质所在设备可以是个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等电子设备。

对于设备实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的组件可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中选定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中选定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中选定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本公开的实施例而已，并不用于限制本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原理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权利要求范围之内。