CN107332485B - 一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器 - Google Patents

一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器，在dq轴电流调节器输出的合成电压小于逆变器允许输出的最大电压时，根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制一区，对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为OA线段；在dq轴电流调节器输出的合成电压大于等于逆变器允许输出的最大电压时，根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区，对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为AB和BC线段；进而使得弱磁区的电流取值范围限制在OABCO区域内，既提供了不同区域内的最大电流限制，保证了系统稳定性，又实现了弱磁区满足一定转矩需求条件下的最小合成电流，相比现有技术提高了电机效率。

Description

一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器。
背景技术
永磁同步电机(PMSM，permanent magnet synchronous motor)调速系统一般由直流电源、逆变器、控制器及电机组成。逆变器的输出电压受到直流电源电压和逆变器调制策略的限制会有一个最大值。当电机速度较低时，逆变器的输出电压可以使电机正常运行，此时电机工作于恒转矩区。而电机速度较高时，逆变器输出电压会低于电机旋转产生的反电势，因此不能满足电机的安全运行要求；此时需要引入弱磁控制，以减小电机的反电势，从而使得电机安全运行于高转速区。
现有技术一般通过在弱磁区采用单电流闭环的控制方法来实现弱磁控制，其控制框图如图1所示；通过转速外环(转速给定值ω*与转速实际值ω的差值经过PI调节)产生d轴电流给定值i* d，没有q轴电流调节器。d轴电流调节器(d轴电流给定值i* d与实际d轴电流id的差值经过PI调节)的输出为d轴电压给定值u* d，根据d轴电压给定值u* d和逆变器的最大输出电压u* max的平方差进行开方，可得到q轴电压的给定值u* q。dq轴电压给定值用来生成逆变器的PWM信号。
但是图1所示的控制方法中，由于没有最大电流限制，系统稳定性差；并且在一定的转矩条件下不能保证dq轴合成电流最小，因此电机效率低。
发明内容
本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法及控制器，以解决现有技术中系统稳定性差及电机效率低的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种永磁同步电机的弱磁控制方法，应用于永磁同步电机的控制器，所述控制器的输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；所述永磁同步电机的弱磁控制方法包括：
判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于所述逆变器允许输出的最大电压；
若所述dq轴电流调节器输出的合成电压小于所述逆变器允许输出的最大电压，则根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制一区；所述控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段，O点为dq坐标系原点，A点为最大转矩电流比MTPA曲线与电流极限圆的交点；
若所述dq轴电流调节器输出的合成电压大于等于所述逆变器允许输出的最大电压，则根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区；所述控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，所述控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段，B点为最大转矩电压比MTPV曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点。
优选的，所述根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制一区，包括：
将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值；
将所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到第一d轴电流参考值，作为d轴电流给定值；
分别根据所述q轴电流给定值与所述d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述dq轴电流调节器输出的合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制一区。
优选的，所述根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区，包括：
将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值；
将所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到第一d轴电流参考值；
将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后，得到第二d轴电流参考值；
将所述第一d轴电流参考值与所述第二d轴电流参考值叠加，得到d轴电流给定值；
分别根据所述q轴电流给定值与所述d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述dq轴电流调节器输出的合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制二区或者所述控制三区。
优选的，所述转速闭环的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第一预设限幅为：
若满足
Figure DA00013505789145096
则设置上限值为
Figure DA00013505789145116
否则，设置上限值为
Figure BDA0001350578910000031
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为所述永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
优选的，所述电压极限环的调节信号为：所述逆变器允许输出的最大电压减去所述dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感。
一种永磁同步电机的控制器，输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；所述永磁同步电机的控制器包括：
电压极限环，用于判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于所述逆变器允许输出的最大电压；
dq轴电流调节器，用于若所述合成电压小于所述逆变器允许输出的最大电压，则根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制一区；所述控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段，O点为dq坐标系原点，A点为最大转矩电流比MTPA曲线与电流极限圆的交点；若所述合成电压大于等于所述逆变器允许输出的最大电压，则根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区；所述控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，所述控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段，B点为最大转矩电压比MTPV曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点。
优选的，所述dq轴电流调节器用于根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制一区时，具体用于：
分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制一区；
其中，所述q轴电流给定值是将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后得到的；所述d轴电流给定值为将所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到的第一d轴电流参考值。
优选的，所述dq轴电流调节器用于根据所述永磁同步电机的转速控制所述永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区时，具体用于：
分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制二区或者所述控制三区；
其中，所述q轴电流给定值是将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后得到的；所述d轴电流给定值为将第一d轴电流参考值与第二d轴电流参考值进行叠加的和；所述第一d轴电流参考值为所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘得到的积，所述第二d轴电流参考值是将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后得到的值。
优选的，所述转速闭环的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第一预设限幅为：
若满足
Figure DA00013505789145214
则设置上限值为
Figure DA00013505789145228
否则，设置上限值为
Figure BDA0001350578910000051
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为所述永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
优选的，所述电压极限环的调节信号为：所述逆变器允许输出的最大电压减去所述dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感。
本发明提供的所述永磁同步电机的弱磁控制方法，通过判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于逆变器允许输出的最大电压；在dq轴电流调节器输出的合成电压小于逆变器允许输出的最大电压时，根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制一区，对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为OA线段；在dq轴电流调节器输出的合成电压大于等于逆变器允许输出的最大电压时，根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区，对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为AB和BC线段；进而使得弱磁区的电流取值范围限制在OABCO区域内，既提供了不同区域内的最大电流限制，保证了系统稳定性，又实现了弱磁区满足一定转矩需求条件下的最小合成电流，相比现有技术提高了电机效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的单电流闭环的控制方法的控制框图；
图2是本发明实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的dq电流坐标系的参数关系示意图；
图4是本发明另一实施例提供的永磁同步电机的弱磁控制方法的流程图；
图5是本发明另一实施例提供的i永磁同步电机的弱磁控制方法的控制框图；
图6是本发明另一实施例提供的第一预设限幅的逻辑示意图；
图7是本发明另一实施例提供的永磁同步电机的控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种永磁同步电机的弱磁控制方法，以解决现有技术中系统稳定性差及电机效率低的问题。
该永磁同步电机的弱磁控制方法，应用于永磁同步电机的控制器，控制器的输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；具体的，该永磁同步电机的弱磁控制方法，如图2所示，包括：
S101、判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于逆变器允许输出的最大电压；
若dq轴电流调节器输出的合成电压小于逆变器允许输出的最大电压，则执行步骤S102；若dq轴电流调节器输出的合成电压大于等于逆变器允许输出的最大电压，则执行步骤S103；
S102、根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制一区；
参见图3，控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段；
O点为dq坐标系原点，A点为MTPA(maximum torque per ampere，最大转矩电流比)曲线与电流极限圆的交点、即最大转矩输出点；
S103、根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区；
参见图3，控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段；
B点为MTPV(maximum torque per voltage，最大转矩电压比)曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点、坐标为(-ψf/Ld,0)，Ld为永磁同步电机绕组d轴电感，ψf为等效磁链。
具体的原理为：
永磁同步电机的转矩方程和电压电流限制条件在dq电流坐标系中的关系如图3所示。为充分发挥电机在高速弱磁区的转矩输出能力，应使dq轴电流取值位于OABCO区域内。
图3中电压极限表现为随转速升高而缩小的椭圆，电流极限为圆，t* e为转矩指令；OA段为MTPA曲线，BC段为MTPV曲线。电机运行区间位于电压极限椭圆与电流极限圆在第二象限的交集内。
根据转矩方程和电流极限可求得MTPA曲线，根据转矩方程和电压极限可求得MTPV曲线。分别对MTPA曲线和MTPV曲线进行线性化后得到各自的简化表达式，即为线性化后的MTPA关系id_MTPA和MTPV关系id_MTPV。
id_MTPA＝kMTPAi* q (1)
id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld (2)
其中Lq为永磁同步电机绕组q轴电感，i* q为控制器当前的q轴电流给定值，kMTPA和kMTPV分别为MTPA曲线和MTPV曲线的系数，也即斜率。
当逆变器输出电压小于其允许输出的最大电压usmax时，此时逆变器允许输出的最大电压减去dq轴电流调节器输出的合成电压小于的差Δu＞0，电机运行于图3中的OA段恒转矩区。
当dq轴电流调节器输出的合成电压大于或等于逆变器允许输出的最大电压，此时Δu≤0，电机运行于ABC段。
本实施例提供的该永磁同步电机的弱磁控制方法，通过上述过程，使得弱磁区的合成电流取值范围限制在OABCO区域内，既提供了不同区域内的最大电流限制，保证了系统稳定性；同时，在弱磁区，先通过AB线段以能够输出的最大电流得到尽量大的转矩，以尽量满足转矩需求；然后通过BC线段按照最大转矩电压比的关系，在一定的电压下，以最小的电流，获得最大的转矩；因此还实现了弱磁区满足一定转矩需求条件下的最小合成电流，相比现有技术提高了电机效率。
值得说明的是，现有技术中还存在一种内嵌式永磁同步电机线性弱磁控制系统，参见图3，其将弱磁控制分为：线性弱磁控制一区(O点到A点的线段)、线性弱磁控制二区(A点到H点的线段)和线性弱磁控制三区(H点到C点的线段)。当转速控制范围为零到A点的转速时，其工作在弱磁控制一区；当转速控制范围为A点的转速到H点的转速时，其工作在弱磁控制二区；当转速控制范围为H点的转速到内嵌式永磁同步电机的最高转速时，其工作在弱磁控制三区。其中，O点为dq坐标系的坐标原点，A点为最大转矩输出点，H点为由电压极限椭圆中心所作垂直于直轴电流的直线与电流极限圆交点，C点为电压极限椭圆中心点。该系统在弱磁区当d轴电流达到下限-ψf/Ld(C点横坐标)时，即电机转速达到H点后，合成电流延HC段取值，限制了电机高速时的最大转矩输出。
而本实施例提供的该永磁同步电机的弱磁控制方法，当d轴电流达到-ψf/Ld(C点横坐标)时，即电机转速达到H点后，合成电流可以继续延HB段取值，再延BC段取值，充分挖掘了电机在高速弱磁区的转矩输出能力。
本发明另一实施例还提供了一种具体的永磁同步电机的弱磁控制方法，在上述实施例及图2和图3的基础之上，步骤S102参见图4，具体包括：
S201、将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值；
S202、将q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到第一d轴电流参考值，作为d轴电流给定值；
S203、分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成dq轴电流调节器输出的合成电压及逆变器的控制信号，并通过控制信号使永磁同步电机工作在控制一区。
优选的，转速闭环的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
优选的，第一预设限幅为：
若满足
Figure BDA0001350578910000091
则设置上限值为
Figure BDA0001350578910000092
否则，设置上限值为
Figure BDA0001350578910000093
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
优选的，步骤S103参见图4，具体包括：
S301、将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值；
S302、将q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到第一d轴电流参考值；
S303、将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后，得到第二d轴电流参考值；
S304、将第一d轴电流参考值与第二d轴电流参考值叠加，得到d轴电流给定值；
S305、分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成dq轴电流调节器输出的合成电压及逆变器的控制信号，并通过控制信号使永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区。
优选的，电压极限环的调节信号为：逆变器允许输出的最大电压减去dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
优选的，第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为永磁同步电机的绕组d轴电感。
具体的原理为：
参见图5，为永磁同步电机的控制框图，在图3所示的弱磁区ABC段，d轴电流给定值i* d是在MTPA关系得到的第一d轴电流参考值i* d1的基础上叠加电压极限环输出的第二d轴电流参考值i* d2。
为保证dq轴电流取值位于OABCO区域内，需要对电压极限环的调节信号(逆变器允许输出的最大电压umax减去dq轴电流调节器输出的合成电压
Figure BDA0001350578910000101
的差值Δu经过控制器4的相应调节后得到的信号)经过第二预设限幅，该限幅的上限设置为0，下限idmin的设置取式(2)减式(1)，即idmin＝(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld。
另外，在弱磁区ABC段，q轴电流给定值i* q来自转速闭环；转速闭环中，转速给定值ω*减去转速实际值ω的差值经过控制器1的相应调节后得到调节信号，该调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值i* q；对q轴电流给定值i* q所采取的第一预设限幅的逻辑如图6所示。其上限值iqmax的取值取决于是否满足
Figure BDA0001350578910000102
其值为当前最大电流极限与d轴电流的平方差再开方。在AB段最大电流极限为电流极限圆半径ismax；当电机转速大于B点转速时，为使电流取值延BC段而不是BG段，需将最大电流极限改为is，图6中的i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV为根据(2)式得到的MTPV曲线上的d轴电流。
本实施例中，dq轴电流调节器在得到q轴电流给定值i* q之后，减去当前q轴电流反馈值iq的差值之后再经过控制器2的相应调节，叠加解耦分量ωψf+ωLdid得到q轴电压给定值u* q；并在得到d轴电流给定值i* d之后，减去当前d轴电流反馈值id的差值之后再经过控制器3的相应调节，叠加解耦分量ωLqiq得到d轴电压给定值u* d；q轴电压给定值u* q及d轴电压给定值u* d用于生成合成电压
Figure BDA0001350578910000111
及逆变器的控制信号。最终，在OA段恒转矩区，实现根据线性化后的MTPA关系确定dq轴电流给定值，此时电压极限环输出的第二d轴电流参考值i* d2限制在0，电压极限环不起作用；并在进入弱磁区ABC段，需要根据电压极限、电流极限、MTPA和MTPV曲线综合限制dq轴电流给定值；其中，在弱磁区的AB段合成电流取值为逆变器最大允许电流，BC段的合成电流取值由MTPV曲线限制。
由上述原理可以得到，本实施例在低速恒转矩区根据线性化后的MTPA策略实现最大转矩电流比控制；并通过电压极限环id的上限在恒转矩区和弱磁区进行平滑切换；而在弱磁区通过设定灵活的dq轴电流给定值上下限，将弱磁区的合成电流取值范围限制在OABCO区域内，实现了永磁同步电机全速度范围内的最大转矩输出和最小电流。另外，避免了现有技术中采用查表法实现电机全速度范围的控制所带来的标定耗时和占用较多的CPU资源的问题，简单高效。
本发明另一实施例还提供了一种永磁同步电机的控制器，输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；该永磁同步电机的控制器，参见图7，包括：
电压极限环101，用于判断dq轴电流调节器102输出的合成电压是否小于逆变器允许输出的最大电压；
dq轴电流调节器102，用于若合成电压小于逆变器允许输出的最大电压，则根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制一区；控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段，O点为dq坐标系原点，A点为最大转矩电流比MTPA曲线与电流极限圆的交点；若合成电压大于等于逆变器允许输出的最大电压，则根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区；控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段，B点为最大转矩电压比MTPV曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点。
优选的，dq轴电流调节器102用于根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制一区时，具体用于：
分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成合成电压及逆变器的控制信号，并通过控制信号使永磁同步电机工作在控制一区；
其中，q轴电流给定值是将转速闭环103的调节信号经过第一预设限幅后得到的；d轴电流给定值为将q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到的第一d轴电流参考值。
优选的，转速闭环103的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
优选的，第一预设限幅为：
若满足
Figure BDA0001350578910000121
则设置上限值为
Figure BDA0001350578910000122
否则，设置上限值为
Figure BDA0001350578910000123
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
优选的，dq轴电流调节器102用于根据永磁同步电机的转速控制永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区时，具体用于：
分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成合成电压及逆变器的控制信号，并通过控制信号使永磁同步电机工作在控制二区或者控制三区；
其中，q轴电流给定值是将转速闭环103的调节信号经过第一预设限幅后得到的；d轴电流给定值为将第一d轴电流参考值与第二d轴电流参考值进行叠加的和；该第一d轴电流参考值为q轴电流给定值与MTPA系数相乘得到的积，该第二d轴电流参考值是将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后得到的值。
优选的，电压极限环101的调节信号为：逆变器允许输出的最大电压减去dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
优选的，第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为永磁同步电机的绕组d轴电感。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机的弱磁控制方法，其特征在于，应用于永磁同步电机的控制器，所述控制器的输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；所述永磁同步电机的弱磁控制方法包括：
判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于所述逆变器允许输出的最大电压；
若所述dq轴电流调节器输出的合成电压小于所述逆变器允许输出的最大电压，将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后，得到q轴电流给定值；
将所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到第一d轴电流参考值，作为d轴电流给定值；
分别根据所述q轴电流给定值与所述d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述dq轴电流调节器输出的合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在控制一区；所述控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段，O点为dq坐标系原点，A点为最大转矩电流比MTPA曲线与电流极限圆的交点；
若所述dq轴电流调节器输出的合成电压大于等于所述逆变器允许输出的最大电压，则将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后，得到第二d轴电流参考值；
将所述第一d轴电流参考值与所述第二d轴电流参考值叠加，得到d轴电流给定值；
分别根据所述q轴电流给定值与所述d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述dq轴电流调节器输出的合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制二区或者所述控制三区；所述控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，所述控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段，B点为最大转矩电压比MTPV曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点。
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，所述转速闭环的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第一预设限幅为：
若满足
Figure FDA0002393651510000021
则设置上限值为
Figure FDA0002393651510000022
否则，设置上限值为
Figure FDA0002393651510000023
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为所述永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
3.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，所述电压极限环的调节信号为：所述逆变器允许输出的最大电压减去所述dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感。
4.一种永磁同步电机的控制器，其特征在于，输出端与永磁同步电机的逆变器的控制端相连；所述永磁同步电机的控制器包括：
电压极限环，用于判断dq轴电流调节器输出的合成电压是否小于所述逆变器允许输出的最大电压；
dq轴电流调节器，用于若所述合成电压小于所述逆变器允许输出的最大电压，分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制一区；
其中，所述q轴电流给定值是将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后得到的；所述d轴电流给定值为将所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘，得到的第一d轴电流参考值；所述控制一区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为O点到A点之间的线段，O点为dq坐标系原点，A点为最大转矩电流比MTPA曲线与电流极限圆的交点；若所述合成电压大于等于所述逆变器允许输出的最大电压，则分别根据q轴电流给定值与d轴电流给定值，得到q轴电压给定值及d轴电压给定值，以生成所述合成电压及所述逆变器的控制信号，并通过所述控制信号使所述永磁同步电机工作在所述控制二区或者所述控制三区；
其中，所述q轴电流给定值是将转速闭环的调节信号经过第一预设限幅后得到的；所述d轴电流给定值为将第一d轴电流参考值与第二d轴电流参考值进行叠加的和；所述第一d轴电流参考值为所述q轴电流给定值与MTPA系数相乘得到的积，所述第二d轴电流参考值是将电压极限环的调节信号经过第二预设限幅后得到的值；所述控制二区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为A点到B点之间的线段，所述控制三区对应的合成电流矢量顶点运动轨迹为B点到C点之间的线段，B点为最大转矩电压比MTPV曲线与电流极限圆的交点，C点为电压极限椭圆中心点。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的控制器，其特征在于，所述转速闭环的调节信号为：转速给定值减去转速实际值的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第一预设限幅为：
若满足
Figure FDA0002393651510000031
则设置上限值为
Figure FDA0002393651510000032
否则，设置上限值为
Figure FDA0002393651510000033
其中，i2 s＝i2 d_MTPV+i*2 q，id_MTPV＝kMTPVi* q-ψf/Ld，id_MTPV为MTPV曲线上的d轴电流，kMTPV为MTPV曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感，ismax为所述永磁同步电机的最大电流，is为MTPV电流，i* d(n-1)为上一时刻的d轴电流给定值。
6.根据权利要求4所述的永磁同步电机的控制器，其特征在于，所述电压极限环的调节信号为：所述逆变器允许输出的最大电压减去所述dq轴电流调节器输出的合成电压的差值经过相应调节后得到的信号；
所述第二预设限幅的上限值为零，下限值为MTPV曲线与MTPA曲线的d轴电流之差(kMTPV-kMTPA)i* q-ψf/Ld；
其中，kMTPV为MTPV曲线系数，kMTPA为MTPA曲线系数，i* q为所述q轴电流给定值，ψf为等效磁链，Ld为所述永磁同步电机的绕组d轴电感。
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