CN107800344B - 基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法。通过向定子电流角度注入一个微小信号来获得电磁转矩对定子电流角度的导数，以此获得定子电流角度参考值，再利用固定的转矩常数和一个开环补偿的积分器获得定子电流幅值参考值，由此获得d‑q轴的电流参考值。本发明提出的更加准确的公式保证了稳态的精度，方波的注入以及处理过程提升了动态的响应。

Description

基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法
技术领域
本发明涉及了一种永磁同步电机最大转矩电流比控制，尤其涉及了一种基于虚拟信号注入的最大转矩电流比控制。
背景技术
由于磁路的各向异性，内置式永磁同步电机的d轴和q轴电感不相等，因此内置式永磁同步电机的转矩包含永磁转矩和磁阻转矩两部分。这两部分之间存在一个最佳的组合，使得在相同的转矩下定子电流最小，这种运行状态被称为最大转矩电流比控制。
为了获得最大转矩电流比时的d-q轴电流参考值，常用的方法是先通过转速环得到q轴电流参考值，然后通过一个包含d轴电感Ld、q轴电感Lq和永磁体磁链ψf的公式获得d轴电流参考值。
但是电机运行过程中，由于铁芯饱和和温度提升的影响，Ld、Lq和ψf都会发生变化，因此通过公式求得的d轴电流参考值会偏离实际的最大转矩电流比控制下的值。这会使得定子电流变大，电机效率降低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种基于虚拟信号注入的内置式永磁同步电机的最大转矩电流比控制，可以达到一个更加精确的最大转矩电流比控制，提高电机效率。
本发明的技术方案如下：
一种基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法，通过虚拟信号注入的方法获得定子电流角度参考值，通过转矩常数的补偿算法获得定子电流幅值参考值，由定子电流角度参考值、定子电流幅值参考值获得d-q轴的参考电流；
所述的通过虚拟信号注入的方法获得定子电流角度参考值具体如下：采集到电机的三相电流之后，结合转子位置的角度信息，进行坐标变换得到d-q轴电流，进一步获得定子电流角度实际值，然后向定子电流角度实际值中注入一个小于0.005伏的方波信号，利用式(4)和式(8)计算分别得到未注入信号的电磁转矩Te、注入信号后的电磁转矩Te h，
其中，ωm是机械角速度，ωe是电角速度；R是定子电阻，Ld是d轴电感；vd、vq、id、iq分别表示d-q轴的电压、电流；id h、iq h分别是注入信号之后的d-q轴电流，Υ是注入方波信号的幅值，在原点处进行泰勒展开，在二次项后截断，从而获得转矩对定子电流角度实际值的导数，对这个值进行积分获得定子电流角度参考值。
所述的通过转矩常数的补偿算法获得定子电流幅值，通过开环的积分补偿有效应对电机参数的变化，而固定的转矩常数项又加速收敛的过程，具体如下：采用一种固定的转矩常数和一个开环补偿的积分器来获得定子电流幅值参考值Is *，
其中Ki是积分器的系数，Kt是转矩常数，Te *是电磁转矩参考值，s是拉普拉斯算子。
所述的由定子电流角度参考值、定子电流幅值参考值获得d-q轴的参考电流具体如下：
其中，β*是定子电流角度参考值。
本发明的有益效果：
提出的更加准确的公式保证了最大转矩电流比控制点稳态精度，方波的注入以及处理过程提升了动态的响应。
附图说明
图1是整体控制框图；
图2是定子电流角度参考值获取流程；
图3是定子电流幅值参考值获取流程；
图4 300rpm时稳态精度；
图5 800rpm时动态相应。
具体实施方式
本发明的技术方案是应用于两电平的三相逆变器驱动的内置式永磁同步电机的情况下，整体的控制框图如图1所示。
1)虚拟信号注入
采集到电机的三相电流之后，结合转子位置的角度信息，进行坐标变换得到d-q轴电流，进一步获得定子电流角度实际值，向其中注入一个微小的方波信号γ
其中N代表自然数集，Ts是这个方波信号的周期，t是时间，A是方波信号的幅值，是一个很小的值，一般小于0.005伏。
注入此信号之后的电磁转矩Te h可以表示为
其中p代表极对数；Is是定子电流幅值；β是定子电流角度实际值。
将Te h在原点处进行泰勒展开，因为注入的信号Υ的幅值非常小，因此可以在二次项后进行截断，并不会有很大误差，可以得到
其中Te表示未注入信号之前的转矩。
至此我们得到了电磁转矩对定子电流角度实际值的导数表达公式，因为这个值在最大转矩电流比控制下应该为零，我们可以利用它来获得定子电流角度参考值，接下来需要准确计算Te h和Te，并且尽量避免使用Ld、Lq和ψf。电磁转矩可由电磁功率除以机械角速度得到，因此Te可以直接由下式计算得到
其中ωm是机械角速度；R是定子电阻；vd、vq、id、iq分别表示d-q轴的电压、电流。
Te h的准确计算公式应为
但是此公式因为包含了Ld、Lq和ψf不能直接使用。上式中括号内的第三项可以由电机d轴稳态方程得到
(5)括号内的前两项可以由电机q轴的稳态方程得到
因此Te h可以通过下式准确的计算得到
虽然上式中包含了Ld，但是在内置式永磁同步电机中，由于d轴磁路对应的是永磁体的磁路，因此本身就处于比较饱和的情况，饱和对于Ld的影响要小很多。换言之Ld的变化比Lq和ψf要小很多，通过(8)计算Te h可以获得比较满意的精度。
至此，我们可以获得电磁转矩对定子电流角度的导数，这个值在最大转矩电流比时应该为零，利用这个特性，我们将此值作为一个积分器的输入来获得定子电流角度参考值，具体的流程图见附图2。
2)定子电流幅值
在永磁电机中，理想情况下，电磁转矩和电流成正比，这个比例系数被称为转矩常数
Te＝KtIs (9)
然而因为电机参数的变化，电磁转矩和电流并不满足这个线性的关系，因此我们使用了一种固定的转矩常数和一个开环补偿的积分器来获得定子电流幅值参考值。
其中Ki是积分器的系数。具体的流程图见附图3。
3)d-q轴电流参考值
获得了定子电流角度和幅值参考值之后，我们可以轻松地得到d-q轴的电流参考值
通过这种方法，我们避免了对于电机参数的使用。
应用实施例
我们首先采集电机的三相电流，通过帕克变换得到d-q轴电流id、iq，电流PI控制器的输出为d-q轴电压参考值，因为在线性调制区内，并且载波频率比较高，我们可以认为实际的d-q轴电压就是这个电压参考值。再利用旋转变压器或者编码器获得电机的机械角速度，至此我们可以利用式(4)和式(8)计算得到Te、Te h。再通过式(3)得到电磁转矩对定子电流角度的导数，然后进行控制。
我们使用公式来(8)计算Te h，虽然Ld会有微小变化，但是精度仍然能够得到保证，因此稳态的精度较高。由于我们使用方波注入并在二次项之后进行截断，因此动态性能也比较好。通过定子电流角度和幅值的参考值来获得d-q轴电流参考值，有效地避免了电机参数的使用，能够保证更精确的控制效果。
为了验证本方法的可靠性，进行了相关实验。实验中使用的内置式永磁电机的参数见下表1。
表1电机参数
极对数 2
定子电阻 4.31Ω
永磁体磁链 0.936wb
d轴电感 56mH
q轴电感 119mH
直流母线电压 300V
定子电流最大值 8A
额定功率 2kW
额定转速 800rpm
图4是电机转速为300rpm时，本方法跟踪的最大转矩电流比的运行点与真实的最大转矩电流比曲线和不考虑参数变化情况下的最大转矩电流比曲线，可以看到本方法能够较好的跟踪真实的最大转矩电流比曲线，其中的误差主要来源于Ld发生的微小变化。
图5是电机转速为800rpm时，突加一个10Nm的转矩阶跃对应的电流波形，可以看到，电流波形的动态响应很快，其中的超调主要来源于转矩常数的变化，需要靠积分器来补偿。

Claims (2)

1.一种基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法，其特征在于，通过虚拟信号注入的方法获得定子电流角度参考值，通过转矩常数的补偿算法获得定子电流幅值参考值，由定子电流角度参考值、定子电流幅值参考值获得d-q轴的参考电流；
所述的通过虚拟信号注入的方法获得定子电流角度参考值具体如下：采集到电机的三相电流之后，结合转子位置的角度信息，进行坐标变换得到d-q轴电流，进一步获得定子电流角度实际值，然后向定子电流角度实际值中注入一个小于0.005伏的方波信号，利用式(4)和式(8)计算分别得到未注入信号的电磁转矩Te、注入信号后的电磁转矩Te h，
其中，ωm是机械角速度，ωe是电角速度；R是定子电阻，Ld是d轴电感；vd、vq、id、iq分别表示d-q轴的电压、电流；id h、iq h分别是注入信号之后的d-q轴电流，γ是注入方波信号的幅值，
将注入信号之后的电磁转矩Te h看作γ的函数，如公式(2)所示，
其中p代表极对数，Is是定子电流幅值，β是定子电流角度实际值，
在Te h原点处即γ为零处进行泰勒展开，在二次项后截断，从而获得转矩对定子电流角度实际值的导数，对这个值进行积分获得定子电流角度参考值；
所述的通过转矩常数的补偿算法获得定子电流幅值，通过开环的积分补偿有效应对电机参数的变化，而固定的转矩常数项又加速收敛的过程，具体如下：采用一种固定的转矩常数和一个开环补偿的积分器来获得定子电流幅值参考值Is *，
其中Ki是积分器的系数，Kt是转矩常数，Te *是电磁转矩参考值，s是拉普拉斯算子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的由定子电流角度参考值、定子电流幅值参考值获得d-q轴的参考电流具体如下：
其中，β*是定子电流角度参考值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109861608B (zh) * 2019-03-26 2020-09-08 西北工业大学 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法
CN109905063B (zh) * 2019-03-26 2020-09-08 西北工业大学 多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法
CN110311608B (zh) * 2019-04-29 2021-05-18 浙江工业大学 一种最优注入角的高频方波电压注入永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN110071674B (zh) * 2019-05-14 2021-01-22 天津大学 一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN113346815B (zh) * 2021-06-11 2022-04-12 中国科学院深圳先进技术研究院 一种电机控制方法、装置、终端及存储介质
CN113346813B (zh) * 2021-06-11 2022-05-27 中国科学院深圳先进技术研究院 最大转矩电流比控制方法、装置、终端设备及存储介质
CN113346814B (zh) * 2021-06-11 2022-09-02 中国科学院深圳先进技术研究院 一种电机控制方法、装置、终端及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004285991A (ja) * 2003-03-25 2004-10-14 Toshiba Plant Systems & Services Corp 風力発電装置における風車の起動アシスト制御装置
CN101515780A (zh) * 2009-04-03 2009-08-26 东南大学 一种注入电流谐波补偿永磁电机定位力矩的控制方法
JP2011066992A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Toshiba Corp モータ制御装置及び洗濯機
CN104852661A (zh) * 2015-04-29 2015-08-19 同济大学 基于坐标变换谐波补偿的永磁同步电机转矩脉动抑制方法
CN106788026A (zh) * 2016-11-25 2017-05-31 江苏大学 一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004285991A (ja) * 2003-03-25 2004-10-14 Toshiba Plant Systems & Services Corp 風力発電装置における風車の起動アシスト制御装置
CN101515780A (zh) * 2009-04-03 2009-08-26 东南大学 一种注入电流谐波补偿永磁电机定位力矩的控制方法
JP2011066992A (ja) * 2009-09-16 2011-03-31 Toshiba Corp モータ制御装置及び洗濯機
CN104852661A (zh) * 2015-04-29 2015-08-19 同济大学 基于坐标变换谐波补偿的永磁同步电机转矩脉动抑制方法
CN106788026A (zh) * 2016-11-25 2017-05-31 江苏大学 一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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