CN107508520B - 一种永磁电机控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机控制方法，本发明的基本思想是将永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机有功功率/相电流的最大值或者无功功率/相电流的最小值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出。本发明能实现永磁电机各种类型转子位置误差的补偿，使电机的相电流与相反电势同相位，从而增大电机出力、提高电压利用率、增大调速范围，减小转矩脉动和电流纹波等，且不依赖于任何电机参数，易于实现。

Description

一种永磁电机控制方法和装置

技术领域

本发明涉及电力传动技术领域，尤其涉及一种永磁电机控制方法和装置。

背景技术

永磁电机因其体积小、功率密度高等优点，广泛应用于各行业。但是现有的电机转子位置检测方法包括无位置传感器位置估测技术在内，各自存在一定的位置检测误差，同时永磁电机本身的一些特性也会给电机系统带来一些最终会体现在转子位置上的误差。这些误差有的难以检测或计算其大小，有的还会随转速或其他参数变化，毋庸置疑的是都给电机控制系统带来了不利影响。

由这些不同原因造成的不同类型的转子位置误差给永磁电机系统的控制性能和运行性能带来的不利影响，主要有以下几点：

1.电机的转矩/电流降低，出力减小，带负载能力减弱，电压利用率降低；

2.绕组电流中含有较大无功分量，且电流产生纹波加剧转矩波动；

3.调速范围减小等。

当电机高速运行时，转子位置误差问题更加突出，对电机性能的影响也更加不容忽视，从而限制了永磁电机在高转速高精度等更广阔领域的应用。而现有的解决该问题的方法大都只是针对某一类转子位置误差来设计补偿方案，不仅存在局限，有时还会顾此失彼，或者补偿方法依赖于电机参数，存在一定缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种永磁电机控制方法，不依赖于电机参数，易于实现，能有效补偿所有类型的转子位置误差，使电机趋于最大有功功率输出和最大转矩/电流输出的工作状态。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种永磁电机控制方法，包含以下基本控制思想：

将永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机有功功率/相电流的最大值或者无功功率/相电流的最小值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出。

作为本发明一种永磁电机控制方法基本思想的具体化，一种以有功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法，包含以下具体步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流；

步骤2)，根据永磁电机的母线电压、母线电流和相电流计算得到有功功率/相电流；

步骤3)，给定电机一个初值为零的转子位置补偿角，并根据当前电机的工作条件，以响应快速性和不引起算法误动作为标准，试取出一个合适的补偿角扰动值；

步骤4)，分别计算有功功率/相电流和补偿角本身的变化量；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量的变化方向，来决定补偿角下一步的扰动方向；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值；

步骤7)，利用更新的补偿角来补偿检测到的转子位置信号的误差，从而得到新的转子位置角；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大有功功率输出和最大转矩/电流输出的工作状态。

作为本发明一种永磁电机控制方法基本思想的具体化，一种以无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流；

步骤2)，根据永磁电机的母线电压、母线电流和相电流计算得到无功功率/相电流；

步骤3)，给定电机一个初值为零的转子位置补偿角，并根据当前电机的工作条件，以响应快速性和不引起算法误动作为标准，试取出一个合适的补偿角扰动值；

步骤4)，分别计算无功功率/相电流和补偿角本身的变化量；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量的变化方向，来决定补偿角下一步的扰动方向；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值；

步骤7)，利用更新的补偿角来补偿检测到的转子位置信号的误差，从而得到新的转子位置角；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大转矩/电流输出的工作状态。

一种永磁电机控制装置，包括永磁电机、功率变换器、转子位置检测模块、数学处理模块、(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块、转子位置补偿角模块、开关逻辑模块；

所述数学处理模块连接功率变换器，并检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流，并计算永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流；所述数学处理模块连接(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块，并将计算得到的永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流发送至(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块；

所述转子位置检测模块连接永磁电机，并检测永磁电机的转子位置信息；所述位置检测模块连接转子位置补偿模块，并将检测到的永磁电机的转子位置信息发送给转子位置补偿模块；

所述(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块更新转子位置补偿角，并将更新后的转子位置补偿角发送至转子位置补偿模块；

所述转子位置补偿模块更新转子位置信息，并将更新后的转子位置信息发送至开关逻辑模块；

所述开关逻辑模块构造开关逻辑，控制永磁电机运行。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.不依赖于任何电机参数，参数敏感度低；

2.电机能在全速全功率范围内趋于最大转矩/电流输出和最大有功功率输出；

3.易于实现，控制简单。

附图说明

图1为本发明的一种以有功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法的控制框图示意图；

图2为本发明的一种可实现方法中(P/I_ph)_max跟踪算法部分的算法流程图示意图；

图3为本发明的一种以无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法的控制框图示意图；

图4为本发明的一种可实现方法中(Q/I_ph)_min跟踪算法部分的算法流程图示意图；

图中标号：1、永磁电机；2.1、(P/I_ph)_max跟踪算法模块；2.2、(Q/I_ph)_min跟踪算法模块；3、数学处理模块；4、功率变换器；5、转子位置检测模块；6、转子位置补偿模块；7、开关逻辑模块。

具体实施方式

如图1、图3所示，本发明提供一种永磁电机控制装置，包括永磁电机1、功率变换器4、转子位置检测模块5、数学处理模块3、(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块、转子位置补偿模块6、开关逻辑模块7；

所述数学处理模块3连接功率变换器4，并检测得到永磁电机1的母线电压、母线电流和相电流，并计算永磁电机1的有功功率/相电流或者无功功率/相电流；所述数学处理模块3连接(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块，并将计算得到的永磁电机1的有功功率/相电流或者无功功率/相电流发送至(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块；

所述转子位置检测模块5连接永磁电机1，并检测永磁电机1的转子位置信息；所述位置检测模块5连接转子位置补偿模块6，并将检测到的永磁电机1的转子位置信息发送给转子位置补偿模块6；

所述(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块更新转子位置补偿角，并将更新后的转子位置补偿角发送至转子位置补偿模块6；

所述转子位置补偿模块6更新转子位置信息，并将更新后的转子位置信息发送至开关逻辑模块7；

所述开关逻辑模块7构造开关逻辑，控制永磁电机1运行。

下面结合附图2对本发明的一种以有功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种永磁电机控制方法，包含以下具体步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压u_dc，母线电流i_dc和相电流i_a、i_b；

步骤2)，根据永磁电机的u_dc，母线电流i_dc和相电流i_a、i_b，计算得到有功功率/相电流P/I_ph，其中P可由u_dc*i_dc的值经低通滤波获得，而I_ph可取i_a、i_b和(0-i_a-i_b)中的最大值；

步骤3)，进入(P/I_ph)_max跟踪算法模块，如图2所示为(P/I_ph)_max跟踪算法的流程图，首先给定电机一个初值为零的转子位置补偿角θ_com和一个合适的补偿角扰动值(θ_com)_dis；

步骤4)，分别计算有功功率/相电流受扰动前后的变化量Δ(P/I_ph)＝(P/i_ph)_k-(P/i_ph)_k-1和补偿角本身的变化量Δ(θ_com)＝(θ_com)_k-(θ_com)_k-1；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量Δ(P/I_ph)和Δ(θ_com)的变化方向，来决定补偿角θ_com下一步的扰动方向，比如当Δ(P/I_ph)>＝0时，若Δ(θ_com)>＝0，则给下周期的转子位置补偿角θ_com加正向扰动；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值θ_com，比如上一步骤中如果决定给转子位置补偿角θ_com加正向扰动，则(θ_com)_k+1＝(θ_com)_k+(θ_com)_dis；

步骤7)，退出(P/I_ph)_max跟踪算法模块，利用更新的补偿角(θ_com)_k+1来补偿检测到的转子位置信号θ_r的误差，从而得到新的转子位置角θ_r’；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号θ_r’构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大有功功率输出和最大转矩/电流输出的工作状态。

下面结合附图4对本发明的一种以无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量的具体实现方法的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种永磁电机控制方法，包含以下具体步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压u_dc，母线电流i_dc和相电流i_a、i_b；

步骤2)，根据永磁电机的u_dc，母线电流i_dc和相电流i_a、i_b，计算得到有功功率/相电流Q/I_ph，其中Q可由u_dc*i_dc的值减去其经低通滤波的值获得，而I_ph可取i_a、i_b和(0-i_a-i_b)中的最大值；

步骤3)，进入(Q/I_ph)_min跟踪算法模块，如图4所示为(Q/I_ph)_min跟踪算法的流程图，首先给定电机一个初值为零的转子位置补偿角θ_com和一个合适的补偿角扰动值(θ_com)_dis；

步骤4)，分别计算有功功率/相电流受扰动前后的变化量Δ(Q/I_ph)＝(Q/i_ph)_k-(Q/i_ph)_k-1和补偿角本身的变化量Δ(θ_com)＝(θ_com)_k-(θ_com)_k-1；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量Δ(Q/I_ph)和Δ(θ_com)的变化方向，来决定补偿角θ_com下一步的扰动方向，比如当Δ(Q/I_ph)>＝0时，若Δ(θ_com)>＝0，则给下周期的转子位置补偿角θ_com加负向扰动；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值θ_com，比如上一步骤中如果决定给转子位置补偿角θ_com加负向扰动，则(θ_com)_k+1＝(θ_com)_k-(θ_com)_dis；

步骤7)，退出(Q/I_ph)_min跟踪算法模块，利用更新的补偿角(θ_com)_k+1来补偿检测到的转子位置信号θ_r的误差，从而得到新的转子位置角θ_r’；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号θ_r’构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大有功功率输出和最大转矩/电流输出的工作状态。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的一种具体方法实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡涉及到本发明基本控制思想或衍生的相关实现方法，包括所做的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明的精神和原则之内，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种永磁电机控制方法，其特征在于，将永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机有功功率/相电流的最大值或者无功功率/相电流的最小值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出；

将永磁电机的有功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机有功功率/相电流的最大值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出的方法，包含以下步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流；

步骤2)，根据永磁电机的母线电压、母线电流和相电流计算得到有功功率/相电流；

步骤3)，给定永磁电机一个初值为零的转子位置补偿角和一个补偿角扰动值；

步骤4)，分别计算有功功率/相电流和补偿角本身的变化量；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量的变化方向，来决定补偿角下一步的扰动方向；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值；

步骤7)，利用更新的补偿角来补偿检测到的转子位置信号的误差，从而得到新的转子位置角；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大有功功率输出和最大转矩/电流输出的工作状态；

将永磁电机的无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机无功功率/相电流的最小值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出的方法，包含以下步骤：

步骤1)，检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流；

步骤2)，根据永磁电机的母线电压、母线电流和相电流计算得到无功功率/相电流；

步骤3)，给定电机一个初值为零的转子位置补偿角，和一个补偿角扰动值；

步骤4)，分别计算无功功率/相电流和补偿角本身的变化量；

步骤5)，根据上一步骤计算得到的两个变化量的变化方向，来决定补偿角下一步的扰动方向；

步骤6)，更新经扰动后转子位置补偿角的值；

步骤7)，利用更新的补偿角来补偿检测到的转子位置信号的误差，从而得到新的转子位置角；

步骤8)，根据补偿后的转子位置信号构造开关逻辑；

步骤9)，根据步骤8)构造的开关逻辑控制永磁电机运行；

步骤10)，重复执行步骤1)至步骤9)，使电机的转子位置误差逐渐被补偿，电机最终趋于最大转矩/电流输出的工作状态。

2.基于权利要求1所述方法的一种永磁电机控制装置，其特征在于，包括永磁电机、功率变换器、转子位置检测模块、数学处理模块、(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块、转子位置补偿角模块、开关逻辑模块；

所述数学处理模块连接功率变换器，并检测得到永磁电机的母线电压、母线电流和相电流，并计算永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流；所述数学处理模块连接(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块，并将计算得到的永磁电机的有功功率/相电流或者无功功率/相电流发送至(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块；

所述转子位置检测模块连接永磁电机，并检测永磁电机的转子位置信息；所述位置检测模块连接转子位置补偿模块，并将检测到的永磁电机的转子位置信息发送给转子位置补偿模块；

所述(P/I_ph)_max跟踪算法模块或(Q/I_ph)_min跟踪算法模块更新转子位置补偿角，并将更新后的转子位置补偿角发送至转子位置补偿模块；

所述(P/I_ph)_max跟踪算法模块用于将永磁电机的有功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机有功功率/相电流的最大值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出；

所述(Q/I_ph)_min跟踪算法模块用于将永磁电机的无功功率/相电流作为转矩/电流的间接观测量，通过对电机无功功率/相电流的最小值的追踪来获得最佳的转子位置补偿角，使电机保持最大转矩/电流输出的方法；

所述转子位置补偿模块更新转子位置信息，并将更新后的转子位置信息发送至开关逻辑模块；

所述开关逻辑模块构造开关逻辑，控制永磁电机运行。

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