CN102386816A - 永磁同步电机的弱磁控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的弱磁控制方法和装置。该方法包括：通过调节等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值以减小所述永磁同步电机的反电势；d轴电流的给定值和q轴电流的给定值通过如下方法获得：将转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；然后根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。

Description

永磁同步电机的弱磁控制方法和装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术，尤其涉及永磁同步电机的弱磁控制方法和装置。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。

永磁同步电机的矢量控制技术可以使永磁同步电机获得很好的瞬态响应特性，实现对负载扰动和给定值变化的快速响应，因此获得了广泛的应用。永磁同步电机的矢量控制技术是将实际的三相定子电流等效为转子坐标系下的d轴电流的实际值i_sd和q轴电流的实际值i_sq，并根据上述方法获得d轴电流的给定值i_sd ^*和q轴电流的给定值i_sq ^*，经过解耦控制，即通过PI调节使得i_sd＝i_sd ^*、i_sq＝i_sq ^*，并采用i_sd＝i_sd ^*、i_sq＝i_sq ^*时的电压作为输出电压信号u_s。输出电压信号u_s具有两个分量，分别为u_sq和u_sd。在控制上，对u_sq和u_sd进行空间矢量脉宽调制，使用调制后得到的开关信号控制牵引逆变器工作，将直流电源逆变为三相交流电输入到永磁同步电机，驱动永磁同步电机运行，从而实现对永磁同步电机的矢量控制。

在永磁同步电机的矢量控制过程中，牵引逆变器提供给电机的电压需要大于电机的反电势才能使电机正常的运行。其中，电机的反电势与电机的磁场和转速成正比。当电机从零速启动时，电机的反电势很小，因而需要牵引逆变器提供给电机的电压也很小。随着电机速度的不断提高，电机的反电势也随着转速的提高而提高，牵引逆变器为了维持电机的正常运转所需要的电压也随之提高。当电机转速提高到一定值时，牵引逆变器提供给电机的电压会达到其最大值。这时，如果希望进一步提高电机转速，可以通过降低电机的反电势达到。降低电机的反电势可以通过减小电机磁场的方式进行，也即对电机进行弱磁控制。

现有技术可以通过增大d轴电流来降低电机的反电势，从而达到弱磁扩速的目的。其中，q轴电流的给定值i_sq ^*和d轴电流的给定值i_sd ^*是通过图1所示的方式获得的。图1为现有技术中弱磁控制方法的框图，如图1所示，d轴电流的给定值i_sd ^*由两部分组成，一部分为初始给定值i_sdl ^*，另一部分为调节值Δi_sd。其中初始给定值i_sdl ^*是根据给定电流控制信号i_s ^*和转子的理论角速度信号ω^*计算得到的，调节值Δi_sd是根据电机的实际输出电压信号u_s和牵引逆变器的直流母线电压值V_dc经过PI调节确定的。

由上述现有技术的弱磁控制方法可知：q轴电流的给定值i_sq ^*是由给定电流控制信号i_s ^*和上述获得的d轴电流的给定值i_sd ^*共同决定的。而上述获得d轴电流的给定值i_sd ^*和q轴电流的给定值i_sq ^*的方式与电机的转矩没有直接的关系，因此，现有技术中对于d轴电流和q轴电流的调节很有可能会导致电机的转矩不稳定、鲁棒性差等问题。

发明内容

本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法和装置，用以解决现有技术中的缺陷，实现了简单而方便地调节d轴电流和q轴电流，达到最优弱磁控制，实现永磁同步电机在弱磁区的稳定运行，达到永磁同步电机弱磁扩速的目的。

本发明提供了一种永磁同步电机的弱磁控制方法，通过调节等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值以减小所述永磁同步电机的反电势，所述等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值采用如下方法获得：

将转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；

根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；

根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；

根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；

根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，所述根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值包括：

将给定转矩作为MTPA的输入信号，MTPA的输出信号即为d轴电流的初始给定值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，所述根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值包括：

将输出电压信号与牵引逆变器的最大给定电压值进行比较，得到电压差值；

将电压差值和实际角速度信号作为PI调节器的输入信号，得到d轴电流的调节值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，所述根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值包括：

根据如下所述的转矩公式获得q轴电流的给定值：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为所述永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为所述永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的弱磁控制装置，包括：d轴电流控制模块和q轴电流控制模块，所述d轴电流控制模块包括：

转矩获得单元，用于将永磁同步电机转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；

初始给定值获得单元，用于根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；

调节值获得单元，用于根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；

给定值获得单元，用于根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；

所述q轴电流控制模块包括：

给定值获得单元，用于根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，所述d轴电流的初始给定值获得单元为MTPA；

将所述给定转矩作为MTPA的输入信号，MTPA的输出信号即为d轴电流的初始给定值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，所述d轴电流的调节值获得单元包括：

比较子单元，用于将输出电压信号与牵引逆变器的最大给定电压值进行比较，得到电压差值；

获得子单元，用于将电压差值和实际角速度信号作为PI调节器的输入信号，得到d轴电流的调节值。

如上所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，所述q轴电流控制模块的给定值获得单元根据如下所述的转矩公式获得q轴电流的给定值：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为所述永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为所述永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

本发明提供的永磁同步电机的弱磁控制方法和装置，通过给定转矩，并利用MTPA获得d轴电流的初始给定值，利用电压差值和实际角速度信号获得d轴电流的调节值，从而得到d轴电流的给定值，并根据该d轴电流的给定值和转矩公式计算q轴电流的给定值，实现了在增大d轴电流、降低d轴电流时转矩的平衡，从而达到了永磁同步电机在恒功率区的最优弱磁控制和最大功率控制，弱磁控制效果良好，运行稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为现有技术中永磁同步电机的弱磁控制方法框图；

图2为本发明实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制方法流程图；

图3为本发明实施例提供的永磁同步电机的矢量控制框图；

图4为图3中的弱磁控制部分；

图5为本发明实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制方法流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤201：检测永磁同步电机的两相定子电流i_a、i_b，并计算出i_c，以及永磁同步电机的转子位置θ；

其中，三相定子电流也即牵引逆变器的三相输出电流，该电流可以由电流传感器检测得到，由于三相电流和为零，所以一般检测其中的两相，另一相经过计算即可获得。其中，i_a表示A相电流瞬时值，i_b表示B相电流瞬时值，i_c表示C相电流瞬时值。

常用于检测转子位置θ的设备有：增量式光电编码器、绝对式光电编码器、旋转变压器等，本实施例中以旋转变压器为例进行说明。

步骤202：对永磁同步电机的三相定子电流i_a、i_b和i_c进行坐标变换，得到d轴电流的实际值i_sd和q轴电流的实际值i_sq。

其中需要说明的是，转子坐标系下的电流控制信号i_s可以分解为两个分量，分别为d轴电流的实际值i_sd以及q轴电流的实际值i_sq。

需要说明的是，首先需要将永磁同步电机的三相定子电流i_a、i_b和i_c从静止坐标系下的三相变换到静止坐标系下的两相，再从静止坐标系下的两相变换到两相同步旋转(d、q)坐标系下的两相，从而得到转子坐标系下的电流控制信号i_s的两个分量：d轴电流的实际值i_sd和q轴电流的实际值i_sq。

还需要补充说明的是，在两相同步旋转(d、q)坐标系中，转子磁极产生的磁场与定子磁场相对应时为d轴，逆时针旋转90度为q轴。

其中，可以根据如下公式获得转子坐标系下的电流控制信号i_s的两个分量i_sd和i_sq：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sd}}\\ i_{\mathrm{sq}}\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}\cos & \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ \sin \mathrm{\θ}& \sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right)$

步骤203：根据检测到的转子位置θ计算永磁同步电机的实际角速度信号ω_r；

其中，可以通过如下公式获得实际角速度信号ω_r：

${\mathrm{\ω}}_r=\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}$

步骤204：将永磁同步电机的实际角速度信号ω_r与给定角速度信号ω_r ^*进行比较，对比较信号进行PI调节，获得永磁同步电机转子所需的给定转矩T_e ^*；

这里需要说明的是，给定角速度信号ω_r ^*是永磁同步电机欲达到的角速度，是一个预先给定的标准信号，当反馈的实际角速度信号ω_r与给定角速度信号ω_r ^*不相符时，永磁同步电机需要对永磁同步电机的给定转矩进行调整，以使得实际角速度信号ω_r更加接近甚至是达到给定角速度信号ω_r ^*。考虑到实际的情况，通常实际角速度信号ω_r很难达到给定角速度信号ω_r ^*，所以整个控制过程是一个不断循环、调整的过程，以使得实际角速度信号ω_r无限接近于给定角速度信号ω_r ^*。

步骤205：根据给定转矩T_e ^*获得d轴电流的初始给定值i_sdl ^*；

其中，可以将给定转矩T_e ^*作为最大转矩电流比模块(Maximum Torque PerAmpere，以下简称为：MTPA)的输入信号，MTPA根据给定转矩T_e ^*得到永磁同步电机d轴电流的初始给定值i_sdl ^*。这个可以通过查表等方式获得给定转矩T_e ^*对应的d轴电流的初始给定值i_sdl ^*。

对于MTPA需要进行说明的是：在对永磁同步电机进行矢量控制的过程中，为了达到最优控制，一般要求最小的电流要达到最大的转矩输出。这就是MTPA的作用，它使永磁同步电机输出同样的转矩而电流最小。

步骤206：根据永磁同步电机的输出电压信号u_s(包括其在d轴的分量u_sd和其在q轴的分量u_sq)、牵引逆变器的直流母线电压值V_dc以及实际角速度信号ω_r获得d轴电流的调节值Δi_sd；

其中，具体的获得方法可以为：

1)根据输出电压信号u_s在d轴的分量u_sd和在q轴的分量u_sq获得永磁同步电机的实际输出电压信号u_s，具体的公式为：

$u_s=\sqrt{{u_{\mathrm{sd}}}^2+{u_{\mathrm{sq}}}^2}$

2)根据牵引逆变器的直流母线电压值V_dc获得永磁同步电机的最大给定电压值V，具体的公式为：

$V=\frac{V_{\mathrm{dc}}}{\sqrt{3}}\·k$

其中，式中的k是一个比例系数，与具体的传动系统相关，是一个可调节量。

3)将永磁同步电机的最大给定电压值V与实际输出电压信号u_s进行比较，得到电压差值；

4)根据上述过程中得到的电压差值和在步骤203中计算得到的永磁同步电机的实际角速度信号ω_r，获得d轴电流的调节值Δi_sd；

其中，将电压差值和实际角速度信号ω_r作为PI调节器的输入，PI调节器的输出即为d轴电流的调节值Δi_sd。由于具体的调节过程可以通过现有技术实现，故此不作赘述。

步骤207：将步骤205中获得的d轴电流的初始给定值i_sdl ^*和步骤206中获得的d轴电流的调节值Δi_sd相加，得到d轴电流的给定值i_sd ^*；

步骤208：根据步骤207中获得的d轴电流的给定值i_sd ^*以及转矩公式得到q轴电流的给定值i_sq ^*；

具体的获得方法可以根据下式进行计算：

$T_e=\frac{3}{2}{P}_n[i_{\mathrm{sq}}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q)i_{\mathrm{sq}}{i}_{\mathrm{sd}}]$

其中，T_e为永磁同步电机的输出转矩、P_n为永磁同步电机的极对数、i_sq为q轴电流的实际值、ψ_f为永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd为d轴电流的实际值。

需要说明的是，上式中的输出转矩T_e可以用给定转矩T_e ^*代替，q轴电流的实际值i_sq可以使用q轴电流的给定值i_sq ^*代替，d轴电流的实际值i_sd可以使用d轴电流的给定值i_sd ^*代替，因此上式可以演变为：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

之所以可以做这样的代替，理由是：给定转矩T_e ^*为设置的期望信号，而输出转矩T_e为输出的实际信号，输出转矩T_e是给定转矩T_e ^*的响应，理想状态下，输出转矩T_e与给定转矩T_e ^*是相等的，因此在实际的计算过程中，可以使用给定转矩T_e ^*代替输出转矩T_e进行计算。同理，理想状态下，q轴电流的给定值i_sq ^*与q轴电流的实际值i_sq是相等的，d轴电流的给定值i_sd ^*与d轴电流的实际值i_sd是相等的。

其中，需要说明的是，上述步骤中获得的d轴电流的给定值i_sd ^*、q轴电流的给定值i_sq ^*可以用于进行d、q轴的解耦控制，以获得永磁同步电机的输出电压信号u_s(包括其在d轴的分量u_sd和其在q轴的分量u_sq)。其中，解耦控制主要应用到的参数包括：d轴电流的给定值i_sd ^*、q轴电流的给定值i_sq ^*、步骤202中获得的实际电流信号i_s的d轴电流的实际值i_sd和q轴电流的实际值i_sq，以及转子位置θ。解耦控制的实质是通过PI调节使得i_sd＝i_sd ^*、i_sq＝i_sq ^*，并使用i_sd＝i_sd ^*、i_sq＝i_sq ^*时的电压信号作为q轴电压u_sq和d轴电压u_sd。

获得的永磁同步电机的输出电压信号u_s(包括其在d轴的分量u_sd和其在q轴的分量u_sq)一方面用于调节d轴电流的给定值i_sd ^*和q轴电流的给定值i_sq ^*，另一方面用于作为空间矢量脉冲宽调制(Space Vector Pulse WidthModulation，以下简称为：SVPWM)的输入，SVPWM输出的信号可以输入到牵引逆变器中，以使得牵引逆变器根据其获得的信号调节输出给永磁同步电机的三相电流，从而驱动永磁同步电机运行，实现对永磁同步电机的矢量控制。

图3为本发明实施例提供的永磁同步电机的矢量控制框图，图4为图3中的弱磁控制部分，如图3和图4所示，永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor，图中简称为：PMSM)的转子运行过程中的实际角速度信号ω_r作为反馈角速度信号与转子的给定角速度信号ω_r ^*进行比较，两者之间的差值即为永磁同步电机转子角速度的PI调节依据。给定角速度信号ω_r ^*对应得到的永磁同步电机转子的给定转矩T_e ^*作为永磁同步电机的MTPA的输入信号之一获得d轴电流的初始给定值i_sdl ^*，与d轴电流的调节值Δi_sd共同组成d轴电流的给定值i_sd ^*，d轴电流的给定值i_sd ^*与q轴电流的给定值i_sq ^*符合一给定的转矩公式，根据给定转矩T_e ^*与d轴电流的给定值i_sd ^*获得q轴电流的给定值i_sq ^*。

其中，反馈的实际角速度信号ω_r是根据转子位置θ得到的，永磁同步电机的转子位置θ是通过与永磁同步电机相连接的旋转变压器(Resolverto Digital Converter，图中简称为：RDC)及其解码芯片得到的。

d轴电流的给定值i_sd ^*、q轴电流的给定值i_sq ^*、转子位置θ、d轴电流的实际值i_sd以及q轴电流的实际值i_sq共同完成d、q轴之间的解耦控制。解耦控制的输出结果为输出电压信号u_s在d轴的分量u_sd和q轴的分量u_sq。

一方面，输出电压信号u_s在d轴的分量u_sd和输出电压信号u_s在q轴的分量u_sq经过SVPWM、牵引逆变器后得到永磁同步电机的端电流(包括A相电流瞬时值i_a、B相电流瞬时值i_b和C相电流瞬时值i_c)，该永磁同步电机的端电流输入到永磁同步电机定子上的绕组以形成电机的磁场。其中，永磁同步电机的端电流可以由电流传感器得到，该永磁同步电机的端电流经过3s/2s变换(即静止坐标系下的3相到2相的变换)和2s/2r变换(即2相静止坐标系到2相旋转坐标系的转换)，得到d轴电流的实际值i_sd和q轴电流的实际值i_sq。

另一方面，输出电压信号u_s与永磁同步电机的直流母线电压值V_dc确定的最大给定电压值V之间的差值可以作为PI调节的依据，用以获得d轴电流的调节值Δi_sd。这个PI调节正的输出为0，负的最大输出要根据速度进行限制，避免得到的d轴电流的实际值i_sd太大，影响整个控制系统的效率和性能。

如上所述，d轴电流和q轴电流的调节采用PI调节，其中d轴电流的实际值i_sd与q轴电流的实际值i_sq作为实际电流信号i_s的两个分量。因此，当d轴电流的实际值i_sd确定后，将最大输出允许电流信号也即实际电流信号i_s的平方减去弱磁电流的实际值i_sd的平方之后，再开平方，结果即为q轴电流的最大允许值，这样就实现了电流极限圆的作用，做到了在电流极限圆内稳定运行。

如上所述，正是因为q轴电流的给定值是通过转矩公式得到的，就避免了永磁同步电机在弱磁区的转矩波动，实现系统稳定运行。

本发明提供的永磁同步电机的弱磁控制方法，通过给定转矩，并利用MTPA获得d轴电流的初始给定值，利用电压差值和实际角速度信号获得d轴电流的调节值，从而得到d轴电流的给定值，并根据该d轴电流的给定值和转矩公式计算q轴电流的给定值，实现了在增大d轴电流、降低d轴电流时转矩的平衡，从而达到了永磁同步电机在恒功率区的最优弱磁控制和最大功率控制，弱磁控制效果良好，运行稳定。

图5为本发明实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制装置的结构示意图，该装置的具体工作方法可以参见本发明提供的弱磁控制方法实施例。如图5所示，该装置包括：d轴电流控制模块501和q轴电流控制模块502；其中，d轴电流控制模块501包括：转矩获得单元、初始给定值获得单元、调节值获得单元和给定值获得单元；q轴电流控制模块502包括给定值获得单元。

具体的，d轴电流控制模块501中：

转矩获得单元用于将永磁同步电机转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩。

初始给定值获得单元用于根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；其中，该初始给定值获得单元可以为MTPA，将给定转矩作为MTPA的输入信号，MTPA的输出信号即为d轴电流的初始给定值。

调节值获得单元用于根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；该调节值获得单元包括：比较子单元和获得子单元。比较子单元用于将输出电压信号与牵引逆变器的最大给定电压值进行比较，得到电压差值；获得子单元用于将电压差值和实际角速度信号作为PI调节器的输入信号，得到d轴电流的调节值。

给定值获得单元，用于根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值。其中，该q轴电流的给定值获得单元根据如下所述的转矩公式获得q轴电流的给定值：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

q轴电流控制模块502中：q轴电流给定值获得单元用于根据给定转矩和d轴电流的给定值获得。

本发明提供的永磁同步电机的弱磁控制装置，通过给定转矩，并利用MTPA获得d轴电流的初始给定值，利用电压差值和实际角速度信号获得d轴电流的调节值，从而得到d轴电流的给定值，并根据该d轴电流的给定值和转矩公式计算q轴电流的给定值，实现了在增大q轴电流、降低d轴电流时转矩的平衡，从而达到了永磁同步电机在恒功率区的最优弱磁控制和最大功率控制，弱磁控制效果良好，运行稳定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机的弱磁控制方法，通过调节等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值以减小所述永磁同步电机的反电势，其特征在于：

所述等效于转子坐标系下的d轴电流的给定值和q轴电流的给定值采用如下方法获得：

将转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；

根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；

根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；

根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；

根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于：

所述根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值包括：

将给定转矩作为MTPA的输入信号，MTPA的输出信号即为d轴电流的初始给定值。

3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于：

所述根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值包括：

将输出电压信号与牵引逆变器的最大给定电压值进行比较，得到电压差值；

将电压差值和实际角速度信号作为PI调节器的输入信号，得到d轴电流的调节值。

4.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于：

所述根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值包括：

根据如下所述的转矩公式获得q轴电流的给定值：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为所述永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为所述永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

5.一种永磁同步电机的弱磁控制装置，包括：d轴电流控制模块和q轴电流控制模块，其特征在于：

所述d轴电流控制模块包括：

转矩获得单元，用于将永磁同步电机转子的实际角速度信号与预先给定角速度信号进行比较，对比较信号进行PI调节后，获得转子的给定转矩；

初始给定值获得单元，用于根据给定转矩获得d轴电流的初始给定值；

调节值获得单元，用于根据实际角速度信号、输出电压信号和牵引逆变器的最大给定电压值获得d轴电流的调节值；

给定值获得单元，用于根据d轴电流的初始给定值和d轴电流的调节值获得d轴电流的给定值；

所述q轴电流控制模块包括：

给定值获得单元，用于根据给定转矩和d轴电流的给定值获得q轴电流的给定值。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，其特征在于，所述初始给定值获得单元为MTPA；

将所述给定转矩作为MTPA的输入信号，MTPA的输出信号即为d轴电流的初始给定值。

7.根据权利要求5或6所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，其特征在于，所述调节值获得单元包括：

比较子单元，用于将输出电压信号与牵引逆变器的最大给定电压值进行比较，得到电压差值；

获得子单元，用于将电压差值和实际角速度信号作为PI调节器的输入信号，得到d轴电流的调节值。

8.根据权利要求5或6所述的永磁同步电机的弱磁控制装置，其特征在于，所述q轴电流控制模块的给定值获得单元根据如下所述的转矩公式获得q轴电流的给定值：

${T_e}^{*}=\frac{3}{2}{P}_n[{i_{\mathrm{sq}}}^{*}{\mathrm{\ψ}}_f+(L_d-L_q){i_{\mathrm{sq}}}^{*}{i_{\mathrm{sd}}}^{*}]$

其中，T_e ^*为给定转矩、P_n为所述永磁同步电机的极对数、i_sq ^*为q轴电流的给定值、ψ_f为所述永磁同步电机的永磁体磁链、L_d为d轴电感、L_q为q轴电感、i_sd ^*为d轴电流的给定值。

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