CN107134954B - 一种永磁同步电机控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种永磁同步电机控制系统及方法，所述系统包括升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路，V/F曲线控制器根据给定转速和补偿转速获得补偿后转速；V/F曲线控制器根据补偿后转速和V/F控制曲线获得给定电压；SPWM调制器根据给定电压和补偿电压获得补偿后电压；SPWM调制器对补偿后电压进行正弦脉宽调制，获得调制信号；电压源逆变器根据调制信号进行逆变获得三相电流，将三相电流输出给永磁同步电机。所述系统及方法通过永磁同步电机转速补偿和定子电压补偿，来抑制无功功率的变化，保持系统无功功率不变，从而抑制无功电流的波动和系统震荡，使系统平稳运行。

Description

一种永磁同步电机控制系统及方法
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机控制系统及方法。
背景技术
随着电力电子技术、微电子技术、传感器技术、稀土永磁材料与电机控制理论的发展，永磁同步电机的研究和应用受到了人们的普遍重视。永磁同步电机无需电流励磁，无需设置电刷和滑环，具有结构简单、效率高、功率因数高、功率密度高、体积小、转动惯量低、易于散热及维护保养等优点。随着材料磁性能的提高，以及新型永磁材料的出现，在高精度、高可靠性、宽调速范围的运动控制系统中，大功率永磁同步电机及其应用在电力、冶金、建材、化工、矿业等各领域逐步开始应用推广。
由于永磁同步电机及其应用刚刚推广，目前投运的电机多采用开环控制方式。永磁同步电机在开环控制时，永磁同步电机无功电流的波动会引起气隙磁链震荡，从而导致开环控制系统在空载和轻载情况下运行不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁同步电机控制系统及方法，使永磁同步电机在空载和轻载情况下也能稳定运行。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种永磁同步电机控制系统，所述系统包括：
升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路；
所述升降速控制器用于输入给定频率，输出给定转速；
所述V/F曲线控制器的输入端与所述升降速控制器的输出端和所述转速补偿电路的输出端连接，用于根据输入的补偿后转速，输出给定电压；
所述SPWM调制器的输入端与所述V/F曲线控制器的输出端和所述电压补偿电路的输出端连接；
所述电压源逆变器的输入端与所述SPWM调制器的输出端连接；
所述永磁同步电机的输入端与所述电压源逆变器的输出端连接；
所述坐标变换电路的输入端与所述电压源逆变器的输出端连接，用于根据输入的三相电流，输出两相电流；
所述电压补偿电路的输入端与所述坐标变换电路的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流，输出补偿电压；所述补偿电压负反馈至所述SPWM调制器的输入端，与所述给定电压作差后得到补偿后电压；
所述转速补偿电路的输入端与所述坐标变换电路的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流，输出补偿转速；所述补偿转速负反馈至所述V/F曲线控制器的输入端，与所述给定转速作差后得到所述补偿后转速。
可选的，所述坐标变换电路的输入端连接所述电压源逆变器的的输出端，用于将三相静止坐标系下的所述三相电流转换为两相静止坐标系下的所述两相电流。
可选的，所述转速补偿电路包括转速核算器、高通滤波器和第一比例增益控制器；
所述转速核算器的输入端与所述坐标变换单元的输出端连接，用于根据所述两相电流计算补偿转速初始值；
所述高通滤波器的输入端连接所述转速核算器的输出端；
所述第一比例增益控制器的输入端连接所述高通滤波器的输出端。
可选的，所述电压补偿电路包括运算器、低通滤波器和第二比例增益控制器；
所述运算器的输入端连接所述坐标变换单元的输出端，用于根据所述两相电流计算补偿电压初始值；
所述低通滤波器的输入端连接所述运算器的输出端；
所述第二比例增益控制器的输入端连接所述低通滤波器的输出端。
本发明还公开了一种永磁同步电机控制方法，所述方法应用于所述永磁同步电机控制系统，所述永磁同步电机控制系统包括升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路；所述方法包括：
所述V/F曲线控制器获取补偿后转速，所述补偿后转速为给定转速和补偿转速之差；
所述V/F曲线控制器获取V/F控制曲线，根据所述补偿后转速和所述V/F控制曲线获得给定电压；
所述SPWM调制器获取补偿后电压，所述补偿后电压为给定电压和补偿电压之差；
所述SPWM调制器对所述补偿后电压进行正弦脉宽调制，获得调制信号；
所述电压源逆变器获取所述调制信号，根据所述调制信号进行逆变获得三相电流，将所述三相电流输出给所述永磁同步电机。
可选的，在所述V/F曲线控制器获取补偿后转速，所述补偿后转速为给定转速和补偿转速之差的步骤之前，还包括：
所述升降速控制器获取给定频率和升降速设定时间；
所述升降速控制器根据所述给定频率和所述升降速设定时间，获得所述给定转速；
所述坐标变换电路获取所述三相电流，根据所述三相电流获得两相电流；
所述转速补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿转速。
可选的，所述坐标变换电路获取所述三相电流，将三相静止坐标系下的所述三相电流转换为两相静止坐标系下的所述两相电流。
可选的，所述转速补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿转速，具体包括：
所述转速补偿电路包括转速核算器、高通滤波器和第一比例增益控制器；
所述转速核算器获取所述两相电流，根据所述两相电流计算补偿转速初始值；
所述高通滤波器获取所述补偿转速初始值，对所述补偿转速初始值进行高通滤波，获得滤波后的补偿转速初始值；
所述第一比例增益控制器获取所述滤波后的补偿转速初始值，对所述滤波后的补偿转速初始值进行比例放大，获得所述补偿转速。
可选的，在所述SPWM调制器获取补偿后电压，所述补偿后电压为给定电压和补偿电压之差的步骤之前，还包括：
所述坐标变换电路获取所述三相电流，根据所述三相电流获得两相电流；
所述电压补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿电压。
可选的，所述电压补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿电压，具体包括：
所述电压补偿电路包括运算器、低通滤波器和第二比例增益控制器；
所述运算器获取所述两相电流，根据所述两相电流计算补偿电压初始值；
所述低通滤波器获取所述补偿电压初始值，对所述补偿电压初始值进行低通滤波，获得滤波后的补偿电压初始值；
所述第二比例增益控制器获取所述滤波后的补偿电压初始值，对所述滤波后的补偿电压初始值进行比例放大，获得所述补偿电压。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种永磁同步电机控制系统及方法，所述系统包括升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路，所述V/F曲线控制器获取给定转速和补偿转速，根据所述给定转速和所述补偿转速获得补偿后转速；所述V/F曲线控制器获取V/F控制曲线和所述补偿后转速，根据所述补偿后转速和所述V/F控制曲线获得给定电压；所述SPWM调制器获取所述给定电压和补偿电压，根据所述给定电压和所述补偿电压获得补偿后电压；所述SPWM调制器对所述补偿后电压进行正弦脉宽调制，获得调制信号；所述电压源逆变器获取所述调制信号，根据所述调制信号进行逆变获得三相电流，将所述三相电流输出给所述永磁同步电机。所述系统及方法从控制无功功率平衡抑制系统振动的角度出发，当电机功率交换不平衡时，通过永磁同步电机转速补偿和定子电压补偿，来抑制无功功率的变化，保持系统无功功率不变，从而抑制无功电流的波动和系统震荡，使系统平稳运行。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例永磁同步电机控制系统的系统框图；
图2为本发明实施例电压补偿电路的原理框图；
图3为本发明实施例永磁同步电机控制方法的方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种永磁同步电机控制系统及方法，以无功平衡为控制目标，来对电压和转速进行补偿，既可实现系统的稳定，又可以使电流得到最大效率的利用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例永磁同步电机控制系统的系统框图。
如图1所示的一种永磁同步电机控制系统，所述系统包括：升降速控制器101、V/F曲线控制器102、SPWM调制器103、电压源逆变器104、永磁同步电机105、坐标变换电路106、电压补偿电路107以及转速补偿电路108。
所述升降速控制器101用于输入给定频率f，输出给定转速V。
所述V/F曲线控制器102的输入端与所述升降速控制器101的输出端和所述转速补偿电路108的输出端连接，用于根据输入的补偿后转速V*，输出给定电压U。
所述SPWM调制器103的输入端与所述V/F曲线控制器102的输出端和所述电压补偿电路107的输出端连接。
所述电压源逆变器104的输入端与所述SPWM调制器103的输出端连接。
所述永磁同步电机105的输入端与所述电压源逆变器104的输出端连接。
所述坐标变换电路106的输入端与所述电压源逆变器104的输出端连接，用于根据输入的三相电流iA、iB、iC，输出两相电流iα和iβ。
所述坐标变换电路106的输入端与所述永磁同步电机105的输入端连接。
所述SPWM调制器103、所述电压源逆变器104、所述坐标变换电路106和所述电压补偿电路107构成电压环。
所述V/F曲线控制模块102、所述SPWM调制模块103、所述电压源逆变模块104、所述坐标变换模块106和所述转速补偿模块108构成速度环。
所述电压环和所述速度环构成本发明所述的永磁同步电机双闭环控制系统，通过电压补偿和转速补偿，使永磁同步电机转子的空间与定子磁链的空间夹角控制在一定范围，来调节电机无功电流的大小，以维持电机无功电流平衡。
具体地，所述坐标变换电路106的输入端连接所述电压源逆变器104的输出端，用于将三相静止坐标系下的所述三相电流iA、iB、iC转换为两相静止坐标系下的所述两相电流iα和iβ。
图2为本发明实施例电压补偿电路的原理框图。为了在同样的电流幅值下得到大的输出转矩，需要对定子电压幅值进行补偿。V/F控制方式为恒转矩控制方式，V/F理论应为一恒定值，但由于变频器带永磁同步电机启动时，变频器输出频率低，对应输出到电机的电压也低，此时电机内阻消耗的压降对电机的影响非常大，不能忽略，此时电机磁通非恒定状态，呈现弱磁现象，为了维持电机恒转矩输出，必须对输出给电机的电压进行补偿，以维持电机内部磁通恒定，电机输出转矩恒定，减少因电机内阻消耗而导致电机弱磁通运行，以减少电机定子电流中无功电流分量占比，进而在输出一定转矩时，使电机定子电流最小。
在基于定子电压矢量定向的d-q旋转坐标系下，永磁同步电机的无功功率如下式(1)所示：
其中，Qdq电机的无功功率，Uq表示定子电压q轴分量，Ud表示定子电压d轴分量，iq表示定子电流q轴分量，id表示定子电流d轴分量，p表示电机极对数，Lq表示交轴(q轴)电感，Ld表示直轴(d轴)电感，ω表示永磁同步电机角频率，ψr表示转子磁链。
在α-β坐标系下，永磁同步电机的无功功率如下式(2)所示：
其中，Qαβ表示电机无功功率，iα表示定子电流α轴分量，iβ表示定子电流β轴分量，L表示电机定子电感，I表示电机定子电流，且
根据无功功率平衡理论，当系统平稳运行时，系统的无功功率应保持不变，即公式(1)中的无功功率值Qdq应该等于公式(2)中的无功功率值Qαβ。而电机低频时，电机定子电流d分量id非常小，因此在本实施例中，为简化计算并获得最大输出转矩，取id＝0。且对于表贴式永磁同步电机，交轴和直轴电感相等，即Ld＝Lq。由此获得本发明所述电压补偿模块的控制条件：
其中，Uβ表示定子电压β轴分量。
根据公式(3)获得本申请图2所示的本发明实施例电压补偿电路的原理框图。如图2所示，所述电压补偿电路107具体包括运算器1071、低通滤波器1072和第二比例增益控制器1073。
所述运算器1071的输入端连接所述坐标变换单元1062的输出端，用于根据所述两相电流iα和iβ计算补偿电压初始值
所述低通滤波器1072的输入端连接所述运算器1071的输出端。
所述第二比例增益控制器1073的输入端连接所述低通滤波器1072的输出端。
具体地，所述运算器1071包括第一平方运算器、第二平方运算器、求和器、第一乘法器、第二乘法器、第三比例增益控制器和减法器。
所述第一平方运算器和所述第二平方运算器的输入端分别与所述坐标变换电路106的两个输出端连接，用于对所述两相电流iα和iβ进行平方运算，获得
所述第一平方运算器和所述第二平方运算器的输出端分别与所述求和器的两个输入端连接，用于对进行求和，输出
所述第一乘法器的第一输入端输入电机机械角速度设定值第二输入端连接所述求和器的输出端，用于对所述和所述进行求积运算，获得
所述第三比例增益控制器的输入端与所述第一乘法器的输出端连接，用于对求积结果所述进行L倍的比例放大，获得
所述第二乘法器的第一输入端输入定子电压β轴设定值第二输入端连接所述第一平方运算器的输入端，用于对所述iα和所述进行求积运算，获得
所述减法器的第一输入端与所述第三比例增益控制器的输出端连接，用于获取所述第三比例增益控制器的输出结果所述减法器的第二输入端与所述第二乘法器的输出端连接，用于获取所述第二乘法器的输出结果所述减法器用于计算所述和所述的差值，即所述差值经所述低通滤波器1072和所述第二比例增益控制器1073后，转化为补偿电压ΔU。
所述转速补偿电路108的输入端与所述坐标变换电路106的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流iα和iβ，输出补偿转速ΔV。所述补偿转速ΔV负反馈至所述V/F曲线控制器102的输入端，与所述给定转速V作差后得到所述补偿后转速V*。
根据无功平衡原理，当无功电流减小时，增大输出电压，使无功电流增加；当无功电流增大时，减小输出电压，使无功电流减小。本发明所述的坐标变换电路106和电压补偿电路107通过检测电流计算出无功功率，再通过比例增益控制无功功率恒定，采用低通滤波器检测稳定状态，来完成定子电压补偿。通过这种基于电流反馈的电压补偿控制方式，可以使永磁同步电机V/F控制系统始终运行于稳定状态。
如图1所示，本实施例所述的电压补偿电路107的输入端与所述坐标变换电路106的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流iα和iβ，输出补偿电压ΔU。所述补偿电压ΔU负反馈至所述SPWM调制器103的输入端，与所述给定电压U作差后得到补偿后电压U*。
本发明所述永磁同步电机控制系统通过所述电压补偿电路107对输出给电机的电压进行补偿，以维持电机内部磁通恒定，电机输出转矩恒定，减少因电机内阻消耗而导致电机弱磁通运行，从而减少了电机定子电流中无功电流分量占比，进而保证在输出一定转矩时，使电机定子电流最小。因此，本发明所述的永磁同步电机控制系统，在保持系统稳定性的同时，还以最小电流获得了最大的输出转矩。
同步电机稳定启动或运行的条件是电机转子与电机定子磁场的空间夹角必须小于90°，为安全起见一般控制在75度以内。电机转子与电机定子磁场夹角在安全范围内时，当电机由于启动力矩小或电机负载变重，电机转子与电机定子磁场夹角会变大，以增大电机带载能力，该过程电机转子会出现摆动不稳。一旦夹角大于90°，随着夹角继续增大，电机带载能力反而会越来越小，以致电机失步，不可恢复。通过转速的补偿调节，可以有效控制电机转子与电机定子磁场的空间夹角，使其可控制在有效范围内，提高电机运行稳定性。因此本发明通过所述转速补偿电路108对转速进行补偿，可以解决V/F开环控制的转子震荡和重载失步等稳定性问题。
如图1所示，本发明所述转速补偿电路108包括转速核算器1081、高通滤波器1082和第一比例增益控制器1083。
所述转速核算器1081的输入端与所述坐标变换单元106的输出端连接，用于根据所述两相电流iα和iβ计算补偿转速初始值ΔV”。
所述高通滤波器1082的输入端连接所述转速核算器1081的输出端。
所述第一比例增益控制器1083的输入端连接所述高通滤波器1082的输出端。
本发明所述的转速补偿电路108在对转速进行补偿时，所选用的所述高通滤波器1082的固有角频率与控制单元给定的固有角频率ω1相比足够低，可忽略不计。因此所述高通滤波器1082在稳态下可以保证电机角频率ω与控制单元给定的固有角频率ω1相等，即ω＝ω1。所述第一比例增益控制器1083的控制系数K由电机角频率ω确定。
采用本发明所述的永磁同步电机控制系统计算出来的阻尼系数如下式4所示：
其中，ζ表示阻尼系数，p表示电机极对数，J表示折算到电机轴端的转动惯量，L表示定子电感，δ0表示d轴与α轴的夹角，K表示反馈增益。
转速补偿环节的目的是保持系统稳定，有功电流突然增加时，表明负载转矩增大，可通过增大电压(转速不变)或降低转速(电压不变)来进行调节。本发明所述的转速补偿电路108通过所述高通滤波器1082检测出电流的快速变化量，在比例环节进行补偿，提高了所述系统的稳定。
图3为本发明实施例永磁同步电机控制方法的方法流程图。
参见图3，一种永磁同步电机控制方法，所述方法应用于所述永磁同步电机控制系统，所述系统包括升降速控制器101、V/F曲线控制器102、SPWM调制器103、电压源逆变器104、永磁同步电机105、坐标变换电路106、电压补偿电路107以及转速补偿电路108。所述方法包括：
步骤301：所述V/F曲线控制器获取补偿后转速，所述补偿后转速为给定转速和补偿转速之差。
步骤302：所述V/F曲线控制器获取V/F控制曲线，根据所述补偿后转速和所述V/F控制曲线获得给定电压。
V/F控制是变频器的一种控制方法，易于实现、价格低廉，它是通过改输出电源的频率的同时控制变频器输出的电压，使电机的磁通φm保持一定，原理如下式(5)所示：
E＝4.44fNkφm(5)
其中，E表示定子三相绕组中每相感应反电动势的有效值，f表示定子频率，φm表示气隙的每极磁通量，N表示定子每相绕组的匝数，k表示定子绕组的基波绕组系数。
在可调速范围内，始终保持V/F为常数，以保证电机磁通φm恒定。
而电机转速与频率的关系如下式(6)表示：
n＝60f/p (6)
其中，n表示电机的转速(转/分)，f表示电源频率，p表示电机旋转磁场的极对数。
由式(6)可知，由本发明所述的补偿后转速可换算得到相应的频率，根据所述频率和所述V/F控制曲线即可获得所述给定电压。
步骤303：所述SPWM调制器获取补偿后电压，所述补偿后电压为给定电压和补偿电压之差。
步骤304：所述SPWM调制器对所述补偿后电压进行正弦脉宽调制，获得调制信号。
步骤305：所述电压源逆变器获取所述调制信号，根据所述调制信号进行逆变获得三相电流，将所述三相电流输出给所述永磁同步电机。
具体的，在所述步骤301之前，还包括：
步骤3011：所述升降速控制器101获取给定频率f和升降速设定时间t。
步骤3012：所述升降速控制器101根据所述给定频率f和所述升降速设定时间t，获得所述给定转速V。
步骤3013：所述坐标变换电路106获取所述三相电流iA、iB、iC，将三相静止坐标系下的所述三相电流iA、iB、iC转换为两相静止坐标系下的所述两相电流iα和iβ。
步骤3014：所述转速补偿电路108获取所述两相电流iα和iβ，根据所述两相电流iα和iβ获得补偿转速ΔV。
具体地，所述转速补偿电路108包括转速核算器1081、高通滤波器1082和第一比例增益控制器1083。
所述步骤3014具体包括：
所述转速核算器1081获取所述两相电流iα和iβ，根据所述两相电流iα和iβ计算补偿转速初始值ΔV”。
所述高通滤波器1082获取所述补偿转速初始值ΔV”，对所述补偿转速初始值ΔV”进行高通滤波，获得滤波后的补偿转速初始值ΔV'。
所述第一比例增益控制器1083获取所述滤波后的补偿转速初始值ΔV'，对所述滤波后的补偿转速初始值进行比例放大，获得所述补偿转速ΔV。
可选的，在所述步骤302之前，还包括：
步骤3021：所述坐标变换电路106获取所述三相电流iA、iB、iC，根据所述三相电流iA、iB、iC获得两相电流iα和iβ。
所述步骤3021具体包括：
所述坐标变换电路106获取所述三相电流iA、iB、iC，将三相静止坐标系下的所述三相电流iA、iB、iC转换为两相静止坐标系下的所述两相电流iα和iβ。
步骤3022：所述电压补偿电路107获取所述两相电流iα和iβ，根据所述两相电流iα和iβ获得补偿电压ΔU。
具体地，所述电压补偿电路107具体包括运算器1071、低通滤波器1072和第二比例增益控制器1073。
所述步骤3022具体包括：
步骤(1)：所述运算器1071获取所述两相电流iα和iβ，根据所述两相电流iα和iβ计算补偿电压初始值
具体地，所述运算器1071包括第一平方运算器、第二平方运算器、求和器、第一乘法器、第二乘法器、第三比例增益控制器和减法器。
所述步骤(1)具体包括：
所述第一平方运算器获取所述两相电流中的一相iα，对所述电流iα进行平方运算，获得
所述第二平方运算器获取所述两相电流中的一相iβ，对所述电流iβ进行平方运算，获得
所述求和器对所述第一平方运算器的输出和所述第二平方运算器的输出进行求和，输出
所述第一乘法器获取电机机械角速度设定值和所述求和器的输出结果对所述和所述进行求积运算，获得
所述第三比例增益控制器获取所述第一乘法器的求积结果对所述求积结果进行L倍的比例放大，获得
所述第二乘法器获取定子电压β轴设定值所述两相电流中的一相iα，对所述iα和所述进行求积运算，获得
所述减法器获取所述第三比例增益控制器的输出结果和所述第二乘法器的输出结果计算所述和所述的差值，获得所述补偿电压初始值即
步骤(2)：所述低通滤波器1072获取所述补偿电压初始值对所述补偿电压初始值进行低通滤波，获得滤波后的补偿电压初始值
步骤(3)：所述第二比例增益控制器1073获取所述滤波后的补偿电压初始值对所述滤波后的补偿电压初始值进行比例放大，获得所述补偿电压ΔU。
所述补偿转速ΔV负反馈至所述V/F曲线控制器102的输入端，与所述给定转速V作差后得到所述补偿后转速V*。
本发明所述的永磁同步电机控制系统及方法是在三相静止ABC坐标系和两相静止α-β坐标系下实现的，不需要park变换，也不需要分离分离出d轴电流id和q轴电流iq，对电流id和iq的控制是一种效果上的间接控制。所述系统及方法也不需要计算转子的位置，而是通过将无功功率保持恒定来抑制d轴电流id，间接实现纯iq控制，保持系统无功功率不变，从而抑制无功电流的波动和系统震荡，使系统平稳运行。因此本发明所述的永磁同步电机控制系统及方法避免了矢量控制所需的转子位置、转角观测器，更易于实现。
永磁同步电机不同于异步电机，在V/F开环控制时，速度动态特性差，转矩利用率低。脉振转矩产生机械应力，易引起电气或机械共振，使绕组端部、转子线圈接头处、机轴和联轴器等部位承受正负交变的扭矩，此扭矩若长时间反复作用，将降低这些部位的机械强度。在低速运行时，受定子电阻压降和变频器逆变器开关管延时的影响，系统会出现不稳定现象，响应震荡强烈，震荡频率高。开环V/F无法准确跟踪输入量的变化，负载激烈变化时容易使永磁同步电机失步，严重时会出现永磁体失磁，使电机永久损坏。本发明所述的永磁同步电机控制系统及方法通过将无功功率保持恒定来间接抑制d轴电流id，实现iq控制，协同电压补偿、转速补偿的双闭环V/F控制方式，保持永磁同步电机系统无功功率不变，从而抑制系统无功电流的波动和系统震荡，使永磁同步电机平稳运行。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路；
所述升降速控制器用于输入给定频率，输出给定转速；
所述V/F曲线控制器的输入端与所述升降速控制器的输出端和所述转速补偿电路的输出端连接，用于根据输入的补偿后转速，输出给定电压；
所述SPWM调制器的输入端与所述V/F曲线控制器的输出端和所述电压补偿电路的输出端连接；
所述电压源逆变器的输入端与所述SPWM调制器的输出端连接；
所述永磁同步电机的输入端与所述电压源逆变器的输出端连接；
所述坐标变换电路的输入端与所述电压源逆变器的输出端连接，用于根据输入的三相电流，输出两相电流；所述坐标变换电路的输入端连接所述电压源逆变器的输出端，用于将三相静止坐标系下的所述三相电流转换为两相静止坐标系下的所述两相电流；
所述电压补偿电路的输入端与所述坐标变换电路的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流，输出补偿电压；所述补偿电压负反馈至所述SPWM调制器的输入端，与所述给定电压作差后得到补偿后电压；
所述转速补偿电路的输入端与所述坐标变换电路的输出端连接，用于根据输入的所述两相电流，输出补偿转速；所述补偿转速负反馈至所述V/F曲线控制器的输入端，与所述给定转速作差后得到所述补偿后转速；
所述转速补偿电路包括转速核算器、高通滤波器和第一比例增益控制器；
所述转速核算器的输入端与所述坐标变换单元的输出端连接，用于根据所述两相电流计算补偿转速初始值；
所述高通滤波器的输入端连接所述转速核算器的输出端；
所述第一比例增益控制器的输入端连接所述高通滤波器的输出端。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压补偿电路包括运算器、低通滤波器和第二比例增益控制器；
所述运算器的输入端连接所述坐标变换单元的输出端，用于根据所述两相电流计算补偿电压初始值；
所述低通滤波器的输入端连接所述运算器的输出端；
所述第二比例增益控制器的输入端连接所述低通滤波器的输出端。
3.一种永磁同步电机控制方法，所述方法应用于所述永磁同步电机控制系统，所述永磁同步电机控制系统包括升降速控制器、V/F曲线控制器、SPWM调制器、电压源逆变器、永磁同步电机、坐标变换电路、电压补偿电路以及转速补偿电路；其特征在于，所述方法包括：
所述V/F曲线控制器获取补偿后转速，所述补偿后转速为给定转速和补偿转速之差；在所述V/F曲线控制器获取补偿后转速，所述补偿后转速为给定转速和补偿转速之差的步骤之前，还包括：
所述升降速控制器获取给定频率和升降速设定时间；
所述升降速控制器根据所述给定频率和所述升降速设定时间，获得所述给定转速；
所述坐标变换电路获取三相电流，根据所述三相电流获得两相电流；
所述转速补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿转速；
所述转速补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿转速，具体包括：
所述转速补偿电路包括转速核算器、高通滤波器和第一比例增益控制器；
所述转速核算器获取所述两相电流，根据所述两相电流计算补偿转速初始值；
所述高通滤波器获取所述补偿转速初始值，对所述补偿转速初始值进行高通滤波，获得滤波后的补偿转速初始值；
所述第一比例增益控制器获取所述滤波后的补偿转速初始值，对所述滤波后的补偿转速初始值进行比例放大，获得所述补偿转速；
所述V/F曲线控制器获取V/F控制曲线，根据所述补偿后转速和所述V/F控制曲线获得给定电压；
所述SPWM调制器获取补偿后电压，所述补偿后电压为给定电压和补偿电压之差；
所述SPWM调制器对所述补偿后电压进行正弦脉宽调制，获得调制信号；
所述电压源逆变器获取所述调制信号，根据所述调制信号进行逆变获得三相电流，将所述三相电流输出给所述永磁同步电机。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述坐标变换电路获取所述三相电流，根据所述三相电流获得两相电流，具体包括：
所述坐标变换电路获取所述三相电流，将三相静止坐标系下的所述三相电流转换为两相静止坐标系下的所述两相电流。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述SPWM调制器获取补偿后电压，所述补偿后电压为给定电压和补偿电压之差的步骤之前，还包括：
所述电压补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电压补偿电路获取所述两相电流，根据所述两相电流获得所述补偿电压，具体包括：
所述电压补偿电路包括运算器、低通滤波器和第二比例增益控制器；
所述运算器获取所述两相电流，根据所述两相电流计算补偿电压初始值；
所述低通滤波器获取所述补偿电压初始值，对所述补偿电压初始值进行低通滤波，获得滤波后的补偿电压初始值；
所述第二比例增益控制器获取所述滤波后的补偿电压初始值，对所述滤波后的补偿电压初始值进行比例放大，获得所述补偿电压。
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永磁同步电机高效V/F控制方法研究;朱明东;《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技Ⅱ辑》;20140515(第05期);正文第22页第1段-第26页最后1段 *

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