CN106301128B - 一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统，属于电机技术领域。本发明的恒直轴电流控制方法及系统，通过坐标原点O和极限电流圆与交轴电流的交点A构成恒转矩输出区域的恒直轴电流控制，通过内嵌式永磁同步电机控制区域电压极限椭圆中心C所作垂直于直轴电流的直线与电流极限圆交点与电压极限椭圆中心点B构成恒功率输出区域的恒直轴电流控制；根据内嵌式永磁同步电机的目标转速，检测内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速，利用直轴电流恒定不变、交轴电流和电机转速成反比关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。本发明具有响应速度快、可靠性高，可获得无限速控制的特点，在新能源汽车等领域具有良好的应用前景。

Description

一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电机恒转矩区域和恒功率区域的运行控制系统，更具体地说，涉及一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统。
背景技术
内嵌式永磁同步电机可以利用磁阻转矩分量来改善调速性能，具有转矩密度大，效率高、调速范围宽等特点，可以作为驱动电机在新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。现有控制方法有最大输出功率控制方法和最大转矩电压比控制方法，它们均属于非线性控制方法。最大输出功率控制方法以最大功率输出为目标，虽然可获得其解耦的直轴、交轴电流，但是该式非常复杂，实际应用中很难利用。最大转矩电压比控制方法，存在直轴电流和交轴电流相互交联，实际很难获得应用，因此大大限制了内嵌式永磁同步电机在恒转矩区域和恒功率区域的调速性能。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有内嵌式永磁同步电机非线性控制方法直轴和交轴电流难以有效解耦、电流容易失控的不足，提供一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统，采用本发明的技术方案，通过内嵌式永磁同步电机的恒直轴电流控制，在一定区域内，直轴控制电流可以保持不变，交轴控制电流与电机转速成反比关系，具有响应速度快、可靠性高，可获得无限速控制的特点，在新能源汽车等领域具有良好的应用前景。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法，其方法如下：
(a)建立直轴电流id和交轴电流iq坐标系id-iq，在id-iq坐标系中，坐标原点为O点，电流极限圆与iq坐标轴的交点为A点，由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点为B点，电压极限椭圆的中心点为C点；以OA线段所构成的区域为恒转矩输出控制区域，以BC线段所构成的区域为恒功率输出控制区域；
(b)A点的坐标为：OA线段的直线方程为：
式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(c)B点的坐标为：C点的坐标为：BC线段的直线方程为：式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(d)根据内嵌式永磁同步电机的目标转速，通过检测内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速，在上述OA线段所构成的恒转矩输出控制区域和BC线段所构成的恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。
更进一步地，所述的OA线段和BC线段所构成的区域通过AB段的电流极限圆轨迹过渡。
本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统，包括直轴电流恒定控制器、逆变器、电流检测模块、电压检测模块和速度检测模块，
所述的直轴电流恒定控制器具有恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域，所述的恒转矩输出控制区域为OA线段所构成的区域，所述的恒功率输出控制区域为BC线段所构成的区域，其中，O点为id-iq坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与iq坐标轴的交点，坐标为：B点为由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点，坐标为：C点为电压极限椭圆的中心点，坐标为：OA线段的直线方程为：BC线段的直线方程为：上述式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
所述的电流检测模块、电压检测模块和速度检测模块分别检测内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速，并将内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速信息反馈给直轴电流恒定控制器，所述的直轴电流恒定控制器根据内嵌式永磁同步电机的目标转速达到稳态工作点，直轴电流恒定控制器在恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比的关系来控制逆变器，所述的逆变器将直轴电流恒定控制器输出的驱动信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机工作。
更进一步地，所述的直轴电流恒定控制器的恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域通过AB段的电流极限圆轨迹过渡。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统，通过内嵌式永磁同步电机恒转矩区域和恒功率区域部分区域的直轴电流恒定，能够实现工作点直轴电流和交轴电流的线性控制，并且交轴电流与电机转速成反比关系，具有系统简单、控制快速、可靠性高，能够实现无限速控制的特点，在电动汽车等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统的系统框图；
图2为本发明中的恒直轴电流控制原理图。
示意图中的标号说明：
1、内嵌式永磁同步电机；2、电流检测模块；3、电压检测模块；4、速度检测模块；5、直轴电流恒定控制器；6、逆变器；O点：坐标系id-iq的坐标原点；A点：电流极限圆与iq坐标轴的交点；B点：由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点；C点：电压极限椭圆的中心点。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
图1为本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统的系统框图，如图1所示，本发明的恒直轴电流控制系统包括直轴电流恒定控制器5、逆变器6、电流检测模块2、电压检测模块3和速度检测模块4，电流检测模块2、电压检测模块3和速度检测模块4分别检测内嵌式永磁同步电机1的相电流、相电压和转速，并将内嵌式永磁同步电机1的相电流、相电压和转速信息反馈给直轴电流恒定控制器5，直轴电流恒定控制器5根据内嵌式永磁同步电机1的目标转速达到稳态工作点，直轴电流恒定控制器5在恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来控制逆变器6，逆变器6将直轴电流恒定控制器5输出的驱动信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机1工作。
图2为本发明中的恒直轴电流控制原理图，图中，横坐标id表示直轴电流；纵坐标iq表示交轴电流；O点为坐标系id-iq的坐标原点；A点为电流极限圆与iq坐标轴的交点；B点为由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点；C点为电压极限椭圆的中心点；OA线段为恒转矩输出控制区域；BC线段为恒功率输出控制区域。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
如图1和图2所示，本实施例的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法，其方法如下：
(a)建立控制区域：建立直轴电流id和交轴电流iq坐标系id-iq，在id-iq坐标系中，坐标原点为O点，电流极限圆与iq坐标轴的交点为A点，由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点为B点，电压极限椭圆的中心点为C点；以OA线段所构成的区域为恒转矩输出控制区域，以BC线段所构成的区域为恒功率输出控制区域；OA线段和BC线段所构成的区域可通过AB段的电流极限圆轨迹过渡；
(b)确定OA线段方程：A点的坐标为：OA线段的直线方程为：式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(c)确定BC线段方程：B点的坐标为：C点的坐标为：BC线段的直线方程为：式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(d)电机工作控制：根据内嵌式永磁同步电机的目标转速，通过检测内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速，在上述OA线段所构成的恒转矩输出控制区域和BC线段所构成的恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。
如图1所示，本实施例的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统，包括直轴电流恒定控制器5、逆变器6、电流检测模块2、电压检测模块3和速度检测模块4，直轴电流恒定控制器5具有恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域，参见图2所示，恒转矩输出控制区域为OA线段所构成的区域，恒功率输出控制区域为BC线段所构成的区域，恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域可以通过AB段的电流极限圆轨迹过渡，其中，O点为id-iq坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与iq坐标轴的交点，坐标为：B点为由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点，坐标为： C点为电压极限椭圆的中心点，坐标为：OA线段的直线方程为：BC线段的直线方程为：上述式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；电流检测模块2、电压检测模块3和速度检测模块4分别检测内嵌式永磁同步电机1的相电流、相电压和转速，并将内嵌式永磁同步电机1的相电流、相电压和转速信息反馈给直轴电流恒定控制器5，直轴电流恒定控制器5根据内嵌式永磁同步电机1的目标转速达到稳态工作点，直轴电流恒定控制器5在恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来控制逆变器6，逆变器6将直轴电流恒定控制器5输出的驱动信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机1工作。
本发明的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法及系统，通过坐标原点O和极限电流圆与交轴电流的交点A构成恒转矩输出区域的恒直轴电流控制，通过内嵌式永磁同步电机控制区域电压极限椭圆中心C所作垂直于直轴电流的直线与电流极限圆交点与电压极限椭圆中心点B构成恒功率输出区域的恒直轴电流控制，该两个区域工作点直轴电流恒定不变，交轴电流和电机转速成反比，避免了工作点直轴电流和交轴电流的耦合，系统简单、响应速度快，能够实现无限速控制，在新能源汽车等领域具有良好的应用前景。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法，其特征在于：
(a)建立直轴电流id和交轴电流iq坐标系id-iq，在id-iq坐标系中，坐标原点为O点，电流极限圆与iq坐标轴的交点为A点，由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点为B点，电压极限椭圆的中心点为C点；以OA线段所构成的区域为恒转矩输出控制区域，以BC线段所构成的区域为恒功率输出控制区域；
(b)A点的坐标为：OA线段的直线方程为：
式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(c)B点的坐标为：C点的坐标为：BC线段的直线方程为：式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
(d)根据内嵌式永磁同步电机的目标转速，通过检测内嵌式永磁同步电机的相电流、相电压和转速，在上述OA线段所构成的恒转矩输出控制区域和BC线段所构成的恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制方法，其特征在于：所述的OA线段和BC线段所构成的区域通过AB段的电流极限圆轨迹过渡。
3.一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统，其特征在于：包括直轴电流恒定控制器(5)、逆变器(6)、电流检测模块(2)、电压检测模块(3)和速度检测模块(4)，
所述的直轴电流恒定控制器(5)具有恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域，所述的恒转矩输出控制区域为OA线段所构成的区域，所述的恒功率输出控制区域为BC线段所构成的区域，其中，O点为id-iq坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与iq坐标轴的交点，坐标为：B点为由电压极限椭圆中心所作垂直于id坐标轴的直线与电流极限圆的交点，坐标为：C点为电压极限椭圆的中心点，坐标为：OA线段的直线方程为：BC线段的直线方程为：上述式中，ilim为电流极限值，ulim为电压极限值，ωr为电机角速度，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，Ψf为永磁磁链；
所述的电流检测模块(2)、电压检测模块(3)和速度检测模块(4)分别检测内嵌式永磁同步电机(1)的相电流、相电压和转速，并将内嵌式永磁同步电机(1)的相电流、相电压和转速信息反馈给直轴电流恒定控制器(5)，所述的直轴电流恒定控制器(5)根据内嵌式永磁同步电机(1)的目标转速达到稳态工作点，直轴电流恒定控制器(5)在恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域内，利用直轴电流id恒定不变、交轴电流iq和电机转速ωr成反比关系来控制逆变器(6)，所述的逆变器(6)将直轴电流恒定控制器(5)输出的驱动信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机(1)工作。
4.根据权利要求3所述的一种内嵌式永磁同步电机恒直轴电流控制系统，其特征在于：所述的直轴电流恒定控制器(5)的恒转矩输出控制区域和恒功率输出控制区域通过AB段的电流极限圆轨迹过渡。
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