[0001] 涉及电机控制领域。

[0002] 永磁同步电机因其功率密度大、转动惯量小和效率高等优点，使其在航空航天领域被广泛地使用。驱动永磁同步电机的转动需要逆变器，在一些高温高速的工况下，电流源逆变器具有谐波含量小和耐高温的优点被广泛地使用。但是，电流源逆变器交流侧有滤波电容，该滤波电容与永磁同步电机的电感是并联环节，使系统产生了谐振问题，降低了电机的运行性能。目前常用的方法是通过对滤波电容电压采样，将其作为阻尼项引入到控制环节中。该方法降低了系统的低频段增益，并且增加了电压传感器，导致系统的成本和体积也随之增加。发明内容

[0003] 为解决现有技术中存在的，现有永磁同步电机的驱动控制工作中，需要逆变器，电流源逆变器交流侧有滤波电容，该滤波电容与永磁同步电机的电感是并联环节，使系统产生了谐振问题，降低了电机的运行性能的技术问题，本发明提供的技术方案为：

[0004] 永磁同步电机的有源阻尼控制方法，所述方法包括：

[0005] 对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项的步骤；

[0006] 对所述电流环的耦合项和电压环的耦合项进行耦合补偿的步骤；

[0007] 根据所述永磁同步电机系统的开环传递函数，得到当前控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项的步骤。

[0008] 进一步，提供一个优选实施方式，通过永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程，对所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模。

[0009] 进一步，提供一个优选实施方式，对所述永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程进行拉普拉斯变换，绘制所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型。

[0010] 进一步，提供一个优选实施方式，所述永磁同步电机系统的开环传递函数根据基尔霍夫电压和电流定律得到。

[0011] 进一步，提供一个优选实施方式，所述方法还包括对电流环和电压环分别进行内模解耦控制的步骤。

[0012] 基于同一发明构思，本发明还提供了永磁同步电机的有源阻尼控制装置，所述装置包括：

[0013] 对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项的模块；

[0014] 对所述电流环的耦合项和电压环的耦合项进行耦合补偿的模块；

[0015] 根据所述永磁同步电机系统的开环传递函数，得到当前控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项的模块。

[0016] 进一步，提供一个优选实施方式，通过永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程，经过普拉斯变换，绘制所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型。

[0017] 永磁同步电机，所述永磁同步电机采用所述的方法作为中央控制单元的嵌入式计算机程序。

[0018] 基于同一发明构思，本发明还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。

[0019] 基于同一发明构思，本发明还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。

[0020] 与现有技术相比，本发明提供的技术方案的有益之处在于：

[0021] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，通过对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项。这种方式可以准确地描述系统的动态特性，为后续的控制策略设计提供了基础。

[0022] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，采用前馈解耦的方法对耦合项进行补偿。通过补偿耦合项，可以减小电流谐波含量，提高系统的运行性能。

[0023] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，将永磁同步电机的相电流的反馈项作为有源阻尼项引入到控制环节中。这种方式可以降低谐振点的增益，提高系统的稳定性和鲁棒性。

[0024] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，通过数学建模和耦合补偿的方式，可以准确地描述系统的动态特性，并且能够有效地降低电流谐波含量。

[0025] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，采用有源阻尼控制策略，可以降低谐振点的增益，提高系统的稳定性和鲁棒性。

[0026] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，减小了系统的体积和成本，提高了系统的性价比。

[0027] 本发明提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法，可以应用于基于电流源逆变器供电的永磁同步电机的控制工作中，通过有源阻尼控制策略降低谐振点的增益，提高系统的稳定性和鲁棒性。附图说明

[0028] 图1：电流源逆变器供电的永磁同步电机系统整体结构图；

[0029] 图2：电流源逆变器供电的永磁同步电机系统数学模型图；

[0030] 图3：电流源逆变器供电的永磁同步电机系统有源阻尼控制策略的控制框图；

[0031] 图4：d轴电流环的等效电路图；

[0032] 图5：d轴电流环化简后的等效电路图；

[0033] 图6：采用本发明的永磁同步电机的转速波形图；

[0034] 图7：采用本发明的永磁同步电机三相电流仿真波形图；

[0035] 图8：采用本发明的永磁同步电机A相电流谐波含量波形图。

[0036] 为使本发明提供的技术方案的有益之处体现得更清楚，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：

[0037] 实施方式一、本实施方式提供了永磁同步电机的有源阻尼控制方法，所述方法包括：

[0038] 对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项的步骤；

[0039] 对所述电流环的耦合项和电压环的耦合项进行耦合补偿的步骤；

[0040] 根据所述永磁同步电机系统的开环传递函数，得到当前控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项的步骤。

[0041] 本实施方式的目的是提出了一种基于电流源逆变器供电的永磁同步电机的有源阻尼控制策略，通过对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，采用前馈解耦的方法对耦合项进行补偿；接着将永磁同步电机的相电流的反馈项作为有源阻尼项引入到控制环节中，其目的在于降低谐振点的增益，提高系统的稳定性和鲁棒性。

[0042] 具体的：

[0043] 包括以下步骤：

[0044] 步骤一：通过对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项。根据基尔霍夫电压和电流定律，列写出永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程，并进行拉普拉斯变换，得到系统的数学模型。

[0045] 步骤二：根据步骤一中的系统数学模型，对耦合项进行耦合补偿。通过对耦合项的补偿，可以减小电流谐波含量，提高系统的性能。

[0046] 步骤三：根据在没有有源阻尼和包含有源阻尼控制策略时的系统的开环传递函数，推导出该控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项。根据系统的开环传递函数，可以得到有源阻尼控制策略的等效电路模型，并确定有源阻尼的反馈项。

[0047] 具体来说，步骤一中的数学模型包括电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的方程，通过拉普拉斯变换得到系统的传递函数。步骤二中的耦合补偿是通过对耦合项进行前馈解耦的方法来实现的，可以减少电流谐波含量。步骤三中的等效电路模型是根据系统的开环传递函数推导出来的，有源阻尼的反馈项是根据电机电流反馈形式的有源阻尼控制策略得到的。

[0048] 实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法的进一步限定，通过永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程，对所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模。

[0049] 实施方式三、本实施方式是对实施方式二提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法的进一步限定，对所述永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程进行拉普拉斯变换，绘制所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型。

[0050] 在步骤一中，通过下边的式子得到电流环和电压环的耦合项，并绘制出电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型：

[0051]

[0052] 对上式进行拉普拉斯变换后可得：

[0053]

[0054] 其中，iwd和iwq代表电流源逆变器输出的在旋转坐标系下的dq轴电流；isd和isq代表永磁同步电机三相绕组在旋转坐标系下的相电流；usd和usq代表电流源逆变器交流侧滤波电容在旋转坐标系下的dq轴电压；Ld和Lq代表永磁同步电机的dq轴等效电感；Cf代表滤波电容的容值；ωe代表永磁同步电机的电角速度。绘制出的电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型如图2所示。

[0055] 在步骤三中，有源阻尼控制策略如下所示，以d轴电流环为例，如图3所示。

[0056] 图3为有源阻尼控制策略的控制框图。Gc(s)电流环的PI控制器；Gdh(s)是系统的延时补偿环节；Gv(s)是有源阻尼控制策略的反馈项；Fi和Fu分别是电流和电压的前馈补偿项。其中，Gc(s)＝kp+ki/s， Ts是系统的采样周期。

[0057] 本实施方式的主要优点是：本发明是一种基于电流源逆变器供电的永磁同步电机的有源阻尼控制策略，通过对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，采用前馈解耦的方法对耦合项进行补偿；接着将永磁同步电机的相电流的反馈项作为有源阻尼项引入到控制环节中，其目的在于降低谐振点的增益，提高了系统的稳定性和鲁棒性，并且减小了系统的体积和成本。

[0058] 实施方式四、本实施方式是对实施方式二提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法的进一步限定，所述永磁同步电机系统的开环传递函数根据基尔霍夫电压和电流定律得到。

[0059] 实施方式五、本实施方式是对实施方式二提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法的进一步限定，所述方法还包括对电流环和电压环分别进行内模解耦控制的步骤。

[0060] 实施方式六、本实施方式提供了永磁同步电机的有源阻尼控制装置，所述装置包括：

[0061] 对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项的模块；

[0062] 对所述电流环的耦合项和电压环的耦合项进行耦合补偿的模块；

[0063] 根据所述永磁同步电机系统的开环传递函数，得到当前控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项的模块。

[0064] 实施方式七、本实施方式是对实施方式六提供的永磁同步电机的有源阻尼控制方法的进一步限定，通过永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程，经过普拉斯变换，绘制所述电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型。

[0065] 实施方式八、本实施方式提供了永磁同步电机，所述永磁同步电机采用实施方式一提供的方法作为中央控制单元的嵌入式计算机程序。

[0066] 实施方式九、本实施方式提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行实施方式一提供的方法。

[0067] 实施方式十、本实施方式提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行实施方式一提供的方法。

[0068] 实施方式十一、结合图1‑8说明本实施方式，本实施方式通过具体实施例对上述提到的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：

[0069] 一种基于电流源逆变器供电的永磁同步电机(如图1所示)的有源阻尼控制策略，所述方法包括以下步骤：

[0070] 步骤一、通过对电流源逆变器供电的永磁同步电机系统进行数学建模，得到电流环的耦合项和电压环的耦合项；

[0071] 步骤二、根据步骤一中的系统数学模型，对耦合项进行了耦合补偿；

[0072] 步骤三、根据在没有有源阻尼和包含有源阻尼控制策略时的系统的开环传递函数，推导出了该控制策略的等效电路模型和有源阻尼的反馈项；

[0073] 在步骤一中，根据基尔霍夫电压和电流定律，列写出永磁同步电机和交流侧滤波电容的方程：

[0074]

[0075]

[0076] 式中Ls和Rs分别代表永磁同步电机的等效定子电感和电阻；Cf代表交流侧滤波电容；usa、usb、usc代表三相交流滤波电容的电压；iwa、iwb、iwc分别代表电流源逆变器输出的三相电流；isa、isb、isc分别代表永磁同步电机的三相电流；ea、eb、ec代表永磁同步电机三相瞬时反电动势。

[0077] 联立公式(1)和(2)，并进行拉普拉斯变换后，可以得到下式：

[0078]

[0079] 其中，iwd和iwq代表电流源逆变器输出的在旋转坐标系下的dq轴电流；isd和isq代表永磁同步电机三相绕组在旋转坐标系下的相电流；usd和usq代表电流源逆变器交流侧滤波电容在旋转坐标系下的dq轴电压；Ld和Lq代表永磁同步电机的dq轴等效电感；Cf代表滤波电容的容值；ωe代表永磁同步电机的电角速度。绘制出的电流源逆变器供电的永磁同步电机系统的数学模型如图2所示。

[0080] 其中存在四个耦合项ωeCfusq、ωeCfusd、ωeCfLqisq、ωeCfLdisd。所以需要对电流环和电压环分别进行内模解耦控制，减小电流谐波含量。

[0081] 以电流环的d轴为例，其控制框图如图3所示Gc(s)电流环的PI控制器；Gdh(s)是系统的延时补偿环节；Gv(s)是有源阻尼控制策略的反馈项；Fi和Fu分别是电流和电压的前馈补偿项。其中，Gc(s)＝kp+ki/s， Ts是系统的采样周期。三个节点ABC至输出端isd的闭环传递函数分别为：

[0082]

[0083] 为了消除耦合项的干扰，可以从公式(5)推导出Fi和Fu

[0084]

[0085] 将公式(5)中的延时环节等效为单位增益，则Fi和Fu分别为：

[0086]

[0087] 如图2所示，永磁同步电机和交流侧滤波电容的数学模型Gm(s)可以表示为公式(7)：

[0088]

[0089] 则系统在没有添加有源阻尼控制策略时，系统的开环传递函数Gop(s)如公式(8)所示：

[0090]

[0091] 在加入有源阻尼控制策略后，系统的开环传递函数Gopad(s)如公式(9)所示：

[0092]

[0093] 由于采用的是电机电流反馈形式的有源阻尼控制策略，该策略在无源阻尼情况下可以等效为与电机模型并联的形式，d轴等效电路图如图4所示，Zp为等效阻抗。

[0094] 根据d轴的等效电路图可以求得，isd和iwd之间的传递函数，如公式(10)所示：

[0095]

[0096] 在无源阻尼的工况下，不加入有源阻尼控制策略的开环传递函数Gop_n(s)如公式11所示：

[0097]

[0098] 对比公式(9)和(11)可得：

[0099]

[0100] 由于 可以被视为单位增益，所以可以得到公式(13)：

[0101]

[0102] 如公式(13)所示，为了避免有源阻尼项出现微分环节，分母的阶数应该与分子的阶数相同，所以ZP可以等效为电感与电阻串联的形式。在加入有源阻尼控制策略后，系统的等效电路模型如图5所示。

[0103] 最后参照图6‑图8，从仿真波形可以看出，本发明能够使电机达到给定转速并且稳定运行，电流谐波含量仅为4.94％。

[0104] 以上通过几个具体实施方式对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出本发明提供的技术方案的优点和有益之处，不过以上所述的几个具体实施方式并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神和原则范围内的，对本发明的合理修改和改进、实施方式的组合和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。

[0105] 在本说明书的描述中，仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明之权利范围；另外，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

[0106] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。