CN106452244A - 内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统，属于电机技术领域。本发明的最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统，通过i_d‑i_q坐标系中的坐标轴原点O和电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点A构成最大转矩输出线性化弱磁控制区域，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，在上述最大转矩输出线性化弱磁控制区域内，利用直轴电流i_d和交轴电流i_q的线性关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。本发明能够实现工作点直轴电流和交轴电流的解耦控制，同时实现最大转矩输出，具有响应速度快、可靠性高，直轴交轴电流线性度好等特点，在新能源汽车等领域具有良好的应用前景。

Description

内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法及 系统

技术领域

本发明涉及一种电机恒转矩区域的运行控制方法及系统，更具体地说，涉及一种内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统。

背景技术

内嵌式永磁同步电机具有转矩密度大、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。在恒转矩区域，内嵌式永磁同步电机采用直轴电流等于零控制方法时，通常达不到最大转矩输出值；而当采用最大转矩电流比控制方法时，由属于非线性控制，其工作点直轴电流和交轴电流相互耦合，往往导致电流调节器饱和，电流失控，因此大大限制了内嵌式永磁同步电机在应用中的调速性能。

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内嵌式永磁同步电机的最大转矩输出控制方法存在的上述不足，提供一种内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统，采用本发明的技术方案，通过内嵌式永磁同步电机的线性化控制，能够实现工作点直轴电流和交轴电流的解耦控制，同时实现最大转矩输出，具有响应速度快、可靠性高，直轴交轴电流线性度好，可获得最大转矩输出等特点，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最大转矩输出线性化弱磁控制方法，其方法如下：

(a)建立直轴电流i_d和交轴电流i_q坐标系i_d-i_q，在i_d-i_q坐标系中，以坐标原点O点到电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点A点所构成的线段OA为最大转矩输出线性化弱磁控制区域；其中，A点的坐标为：

OA线段的斜率为：

则OA线段的直线方程为：

i_q＝k_OAi_d；

在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感；

(b)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线段所构成的最大转矩输出线性化弱磁控制区域内，利用直轴电流i_d和交轴电流i_q的线性关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。

本发明的一种内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制系统，包括最大转矩输出线性化弱磁控制器、逆变器、电流检测模块、电压检测模块和转速检测模块，其中，

所述的最大转矩输出线性化弱磁控制器的控制范围为O点到A点所构成的线段区域，O点为i_d-i_q坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点，A点的坐标为：

OA线段的斜率为：

则OA线段的直线方程为：

i_q＝k_OAi_d；

在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感；

所述的电流检测模块、电压检测模块和转速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最大转矩输出线性化弱磁控制器，所述的最大转矩输出线性化弱磁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，最大转矩输出线性化弱磁控制器根据输出的电流控制信号控制逆变器，所述的逆变器将最大转矩输出线性化弱磁控制器输出的电流控制信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机工作。

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最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统，有效解决了传统控制方法直轴电流和交轴电流难以有效解耦、电流易失控等问题，通过内嵌式永磁同步电机弱磁控制区域坐标轴原点和最大转矩输出点构成恒转矩输出区域的线性化弱磁控制，能够实现工作点直轴电流和交轴电流的线性控制，避免了工作点直轴电流和交轴电流的耦合，具有系统简单、控制快速、可靠性高，在恒转矩区域能实现最大转矩输出，工作点直轴和交轴电流线性度好，在电动汽车等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制系统的系统框图；

图2为本发明中的最大转矩输出线性化弱磁控制的原理图。

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、转速检测模块；5、最大转矩输出线性化弱磁控制器；6、逆变器；O点：坐标原点；A点：电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点。

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为本发明的内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制系统的系统框图，如图1所示，该最大转矩输出线性化弱磁控制系统包括内嵌式永磁同步电机1、电流检测模块2、电压检测模块3、转速检测模块4、最大转矩输出线性化弱磁控制器5和逆变器6，电流检测模块2、电压检测模块3和转速检测模块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最大转矩输出线性化弱磁控制器5，最大转矩输出线性化弱磁控制器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，最大转矩输出线性化弱磁控制器5根据输出的电流控制信号控制逆变器6，逆变器6将最大转矩输出线性化弱磁控制器5输出的电流控制信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机1工作。

图2为本发明中的最大转矩输出线性化弱磁控制的原理图，图中，横坐标i_d表示直轴电流；纵坐标i_q表示交轴电流；O点为坐标系i_d-i_q的坐标原点；A点为电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点；OA线段为最大转矩输出线性化弱磁控制区域。

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最大转矩输出线性化弱磁控制方法，具体方法如下：

(a)建立控制区域：建立直轴电流i_d和交轴电流i_q坐标系i_d-i_q，在i_d-i_q坐标系中，以坐标原点O点到电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点A点所构成的线段OA为最大转矩输出线性化弱磁控制区域；其中，A点的坐标为：

OA线段的斜率为：

则OA线段的直线方程为：

i_q＝k_OAi_d；

在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感；

(b)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线段所构成的最大转矩输出线性化弱磁控制区域内，利用直轴电流i_d和交轴电流i_q的线性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最大转矩输出线性化弱磁控制系统，包括最大转矩输出线性化弱磁控制器5、逆变器6、电流检测模块2、电压检测模块3和转速检测模块4，其中，最大转矩输出线性化弱磁控制器5的控制范围为O点到A点所构成的线段区域，O点为i_d-i_q坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点，A点的坐标为：OA线段的斜率为：则OA线段的直线方程为：i_q＝k_OAi_d；在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感。电流检测模块2、电压检测模块3和转速检测模块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最大转矩输出线性化弱磁控制器5，最大转矩输出线性化弱磁控制器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，最大转矩输出线性化弱磁控制器5根据输出的电流控制信号控制逆变器6，逆变器6将最大转矩输出线性化弱磁控制器5输出的电流控制信号进行功率放大，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最大转矩输出线性化弱磁控制方法及系统，通过内嵌式永磁同步电机弱磁控制区域坐标轴原点O点和最大转矩输出点A点构成恒转矩输出区域的线性化弱磁控制，能够实现工作点直轴电流和交轴电流的线性控制，避免了工作点直轴电流和交轴电流的耦合，具有系统简单、响应速度快、可靠性高，工作点直轴和交轴电流线性度好，在恒转矩区域能实现最大转矩输出，有效解决了传统控制方法直轴电流和交轴电流难以有效解耦、电流易失控等问题，在电动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 (2)

1.内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制方法，其特征在于：

(a)建立直轴电流i_d和交轴电流i_q坐标系i_d-i_q，在i_d-i_q坐标系中，以坐标原点O点到电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点A点所构成的线段OA为最大转矩输出线性化弱磁控制区域；其中，A点的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d=\frac{-{\mathrm{\ψ}}_f+d}{4(L_d-L_q)}\\ i_q=\sqrt{\frac{8{(L_d-L_q)}^2{i}_{\lim }^2-2{\mathrm{\ψ}}_f^2+2{\mathrm{\ψ}}_{f}d}{16{(L_d-L_q)}^2}}\end{array}\right.,$

OA线段的斜率为：

$k_{OA}=\frac{\sqrt{8{(L_d-L_q)}^2{i}_{\lim }^2-2{\mathrm{\ψ}}_f^2+2{\mathrm{\ψ}}_{f}d}}{{\mathrm{\ψ}}_f-d},$

则OA线段的直线方程为：

i_q＝k_OAi_d；

在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感；

(b)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线段所构成的最大转矩输出线性化弱磁控制区域内，利用直轴电流i_d和交轴电流i_q的线性关系来驱动内嵌式永磁同步电机工作。

2.内嵌式永磁同步电机最大转矩输出线性化弱磁控制系统，其特征在于：包括最大转矩输出线性化弱磁控制器(5)、逆变器(6)、电流检测模块(2)、电压检测模块(3)和转速检测模块(4)，其中，

所述的最大转矩输出线性化弱磁控制器(5)的控制范围为O点到A点所构成的线段区域，O点为i_d-i_q坐标系的坐标原点，A点为电流极限圆与最大输出转矩曲线的交点，A点的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d=\frac{-{\mathrm{\ψ}}_f+d}{4(L_d-L_q)}\\ i_q=\sqrt{\frac{8{(L_d-L_q)}^2{i}_{\lim }^2-2{\mathrm{\ψ}}_f^2+2{\mathrm{\ψ}}_{f}d}{16{(L_d-L_q)}^2}}\end{array}\right.,$

OA线段的斜率为：

$k_{OA}=\frac{\sqrt{8{(L_d-L_q)}^2{i}_{\lim }^2-2{\mathrm{\ψ}}_f^2+2{\mathrm{\ψ}}_{f}d}}{{\mathrm{\ψ}}_f-d},$

则OA线段的直线方程为：

i_q＝k_OAi_d；

在上式中，i_lim为电流极限值，Ψ_f为永磁磁链，L_d为直轴电感，L_q为交轴电感；

所述的电流检测模块(2)、电压检测模块(3)和转速检测模块(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最大转矩输出线性化弱磁控制器(5)，所述的最大转矩输出线性化弱磁控制器(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，最大转矩输出线性化弱磁控制器(5)根据输出的电流控制信号控制逆变器(6)，所述的逆变器(6)将最大转矩输出线性化弱磁控制器(5)输出的电流控制信号进行功率放大，驱动内嵌式永磁同步电机(1)工作。