CN108111078B - 永磁同步电机的分段角度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的分段角度补偿方法，包括如下步骤：设定逆Park角度补偿量delta_IP的初始值为0，Park角度补偿量delta_P的初始值为0；MCU控制角度采样装置采集永磁同步电机的实时电角度theta，MCU控制锁相环测速装置工作，锁相环测速装置通过锁相环算法得到电机的实时角速度W；获得逆Park角度补偿量delta_IP，进行逆Park角度补偿；获得Park角度补偿量delta_P，进行Park角度补偿。本发明具有如下有益效果：本发明采用逆Park角度补偿和Park角度补偿两段补偿法，提高了母线电压的利用率和扭矩的输出精度，同时增加了系统的稳定度。

Description

永磁同步电机的分段角度补偿方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制算法技术领域，尤其是涉及一种能够提高母线电压利用率和扭矩输出精度的永磁同步电机的分段角度补偿方法。

背景技术

随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点，广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富，永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式，由于内置式永磁同步电机(IPMSM)可在弱磁条件下具有较宽的调速区间，应用较为广泛。

一般的，电机控制理论分析都是基于线性理想模型，即理想采样、理想控制以及理想输出。而在实际控制过程中，由于数字化芯片的逐渐普及，基于离散理论的电机控制已经成为主流。对离散控制器来说，其最好的工作状态即最趋近于线性模型下的状态，只有此时才能将电机的控制策略发挥到最佳。

在以往永磁同步电机的控制方法中，一般都是先通过对控制算法进行离散化再进行控制器的设计与验证。在电机控制中，角度是个旋转变化的量，具体影响到计算角度误差的来源有两处，一是由电机安装过程中带来的旋变误差，而在离散化的过程中，往往会忽略在计算步长中电机的角度偏移，这一偏移量将会影响电机控制的Park变换和逆Park变换的精度。随着电机转速的增加，这种影响会越发明显。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的上述不足，提供了一种能够提高母线电压利用率和扭矩输出精度的永磁同步电机的分段角度补偿方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种永磁同步电机的分段角度补偿方法，包括MCU、角度采样装置、锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、扭矩观测装置、d轴电压滤波器、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块；所述MCU分别与角度采样装置、锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、扭矩观测装置、d轴电压滤波器、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，角度采样装置分别与锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，电机矢量闭环控制装置分别与扭矩观测装置和d轴电压滤波器连接，锁相环测速装置分别与Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，d轴电压滤波器与逆Park补偿PI模块连接，扭矩观测装置与Park补偿PI模块电连接；包括如下步骤：

(1-1)设定逆Park角度补偿量delta_IP的初始值为0，Park角度补偿量delta_P的初始值为0；

(1-2)MCU控制角度采样装置采集永磁同步电机的实时电角度theta，MCU控制锁相环测速装置工作，锁相环测速装置通过锁相环算法得到电机的实时角速度W；

(1-3)获得逆Park角度补偿量delta_IP，进行逆Park角度补偿；

(1-4)获得Park角度补偿量delta_P，进行Park角度补偿。

本发明先通过逆Park补偿PI模块对转子角度进行逆Park角度补偿，然后通过Park补偿PI模块对转子角度进行Park角度补偿，通过两段补偿法，提高了母线电压的利用率和扭矩的输出精度。

作为优选，逆Park补偿PI模块包括Kp、Ki两个参数变量，第一乘法器M1、第一积分器S2和第一加法器，其中Kp为比例增益，Ki为积分增益；步骤(1-3)的具体步骤如下：

(2-1)将实时电角度theta与逆Park角度补偿量delta_IP相加得到theta_IP，然后将theta_IP输入到电机矢量闭环控制装置中；

(2-2)MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_IP进行处理，输出永磁同步电机的电压的d轴分量Ud，将电压的d轴分量Ud输入到d轴电压滤波器中；

(2-3)MCU控制d轴电压滤波器对电压的d轴分量Ud进行滤波处理，得到滤波后的电压Ud_f，

如果Ud_f≠0，将实时角速度W和电压Ud_f输入逆Park补偿PI模块，利用公式计算逆Park角度补偿量delta_IP，转入步骤(2-1)，

如果Ud_f＝0，根据逆Park角度补偿量delta_IP完成逆Park角度补偿，转入步骤(1-4)。

作为优选，扭矩观测装置包括扭矩观测仪和扭矩滤波器，扭矩观测仪和扭矩滤波器均与MCU连接，扭矩观测仪和扭矩滤波器连接，扭矩观测仪与电机矢量闭环控制装置连接，扭矩滤波器与Park补偿PI模块连接；Park补偿PI模块包括Kp1、Ki1两个参数变量，第二乘法器M2、第二积分器S2和第二加法器，其中Kp1为比例增益，Ki1为积分增益；步骤(1-4)的具体步骤如下：

(3-1)将实时电角度theta与Park角度补偿量delta_P相加得到theta_P，然后将theta_P输入到电机矢量闭环控制装置中；

(3-2)MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_P进行处理，输出永磁同步电机的扭矩Te；

(3-3)MCU控制扭矩观测装置工作，得到扭矩观测量Te_o，

如果Te_o≠0，将实时角速度W和扭矩观测量Te_o输入Park补偿PI模块，利用公式计算Park角度补偿量delta_P，转入步骤(3-1)，

如果Te_o＝0，根据Park角度补偿量delta_P完成Park角度补偿。

作为优选，逆Park角度补偿量delta_IP的计算公式为：

其中，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子。

作为优选，Park角度补偿量delta_P的计算公式为：

其中，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子。

因此，本发明具有如下有益效果：本发明采用逆Park角度补偿和Park角度补偿两段补偿法，提高了母线电压的利用率和扭矩的输出精度，同时增加了系统的稳定度。

附图说明

图1是本发明的一种系统框图；

图2是本发明的一种流程图；

图3是本发明的逆Park角度补偿的一种流程图；

图4是本发明的Park角度补偿的一种流程图；

图5是本发明的逆Park补偿PI模块的一种原理框图；

图6是本发明的Park补偿PI模块的一种原理框图。

图中：MCU1、角度采样装置2、锁相环测速装置3、电机矢量闭环控制装置4、扭矩观测装置5、d轴电压滤波器6、Park补偿PI模块7、逆Park补偿PI模块8。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1所示的实施例是一种永磁同步电机的分段角度补偿方法，包括MCU1、角度采样装置2、锁相环测速装置3、电机矢量闭环控制装置4、扭矩观测装置5、d轴电压滤波器6、Park补偿PI模块7和逆Park补偿PI模块8；所述MCU分别与角度采样装置、锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、扭矩观测装置、d轴电压滤波器、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，角度采样装置分别与锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，电机矢量闭环控制装置分别与扭矩观测装置和d轴电压滤波器连接，锁相环测速装置分别与Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，d轴电压滤波器与逆Park补偿PI模块连接，扭矩观测装置与Park补偿PI模块电连接；如图2所示，包括如下步骤：

步骤100，初始化参数，获得电机的实时角速度W

步骤101，设定逆Park角度补偿量delta_IP的初始值为0，Park角度补偿量delta_P的初始值为0；

步骤102，MCU控制角度采样装置采集永磁同步电机的实时电角度theta，MCU控制锁相环测速装置工作，锁相环测速装置通过锁相环算法得到电机的实时角速度W；

步骤200，如图3所示，获得逆Park角度补偿量delta_IP，进行逆Park角度补偿

步骤201，将实时电角度theta与逆Park角度补偿量delta_IP相加得到theta_IP，然后将theta_IP输入到电机矢量闭环控制装置中；

步骤202，MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_IP进行处理，输出永磁同步电机的电压的d轴分量Ud，将电压的d轴分量Ud输入到d轴电压滤波器中；

步骤203，MCU控制d轴电压滤波器对电压的d轴分量Ud进行滤波处理，得到滤波后的电压Ud_f，

如果Ud_f≠0，将实时角速度W和电压Ud_f输入逆Park补偿PI模块，利用公式计算逆Park角度补偿量delta_IP，转入步骤201，

如果Ud_f＝0，根据逆Park角度补偿量delta_IP完成逆Park角度补偿，转入步骤300；

其中，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子；如图5所示，逆Park补偿PI模块包括Kp、Ki两个参数变量，第一乘法器M1、第一积分器S2和第一加法器，实时角速度W和电压Ud_f通过第一乘法器M1进行相乘得到第一乘积，参数变量Kp直接与第一乘积相乘得到第二乘积；第一乘积通过第一积分器S1得到积分量，参数变量Ki与积分量相乘得到第三乘积；通过第一加法器将第二乘积和第三乘积相加，得到逆Park角度补偿量delta_IP；

步骤300，如图4所示，获得Park角度补偿量delta_P，进行Park角度补偿

步骤301，将实时电角度theta与Park角度补偿量delta_P相加得到theta_P，然后将theta_P输入到电机矢量闭环控制装置中；

步骤302，MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_P进行处理，输出永磁同步电机的扭矩Te；

步骤303，MCU控制扭矩观测装置工作，得到扭矩观测量Te_o，

如果Te_o≠0，将实时角速度W和扭矩观测量Te_o输入Park补偿PI模块，利用公式计算Park角度补偿量delta_P，转入步骤301，

如果Te_o＝0，根据Park角度补偿量delta_P完成Park角度补偿；

其中，Kp1为比例增益，Ki1为积分增益，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子；扭矩观测装置包括扭矩观测仪和扭矩滤波器，扭矩观测仪和扭矩滤波器均与MCU连接，扭矩观测仪和扭矩滤波器连接，扭矩观测仪与电机矢量闭环控制装置连接，扭矩滤波器与Park补偿PI模块连接；如图6所示，Park补偿PI模块包括Kp1、Ki1两个参数变量，第二乘法器M2、第二积分器S2和第二加法器，实时角速度W和扭矩观测量Te_o通过第二乘法器M2进行相乘得到第四乘积，参数变量Kp1直接与第四乘积相乘得到第五乘积；第四乘积通过第二积分器S2得到积分量，参数变量Ki1与积分量相乘得到第六乘积；通过第二加法器将第五乘积和第六乘积相加，得到Park角度补偿量delta_P。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种永磁同步电机的分段角度补偿方法，其特征在于，包括MCU(1)、角度采样装置(2)、锁相环测速装置(3)、电机矢量闭环控制装置(4)、扭矩观测装置(5)、d轴电压滤波器(6)、Park补偿PI模块(7)和逆Park补偿PI模块(8)；所述MCU分别与角度采样装置、锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、扭矩观测装置、d轴电压滤波器、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，角度采样装置分别与锁相环测速装置、电机矢量闭环控制装置、Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，电机矢量闭环控制装置分别与扭矩观测装置和d轴电压滤波器连接，锁相环测速装置分别与Park补偿PI模块和逆Park补偿PI模块连接，d轴电压滤波器与逆Park补偿PI模块连接，扭矩观测装置与Park补偿PI模块电连接；包括如下步骤：

(1-1)设定逆Park角度补偿量delta_IP的初始值为0，Park角度补偿量delta_P的初始值为0；

(1-2)MCU控制角度采样装置采集永磁同步电机的实时电角度theta，MCU控制锁相环测速装置工作，锁相环测速装置通过锁相环算法得到电机的实时角速度W；

(1-3)利用公式计算获得逆Park角度补偿量delta_IP，进行逆Park角度补偿，其中，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子，W为实时角速度，Ud_f为经过d轴电压滤波器滤波后的电压Ud_f；

(1-4)利用公式获得Park角度补偿量delta_P，进行Park角度补偿，其中，Ts为电角度的采样时间，为离散化中的滞后算子，W为实时角速度，Te_o为扭矩观测量。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的分段角度补偿方法，逆Park补偿PI模块包括Kp、Ki两个参数变量，第一乘法器M1、第一积分器S2和第一加法器，其中Kp为比例增益，Ki为积分增益；其特征在于，步骤(1-3)的具体步骤如下：

(2-1)将实时电角度theta与逆Park角度补偿量delta_IP相加得到theta_IP，然后将theta_IP输入到电机矢量闭环控制装置中；

(2-2)MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_IP进行处理，输出永磁同步电机的电压的d轴分量Ud，将电压的d轴分量Ud输入到d轴电压滤波器中；

(2-3)MCU控制d轴电压滤波器对电压的d轴分量Ud进行滤波处理，得到滤波后的电压Ud_f，

如果Ud_f≠0，将实时角速度W和电压Ud_f输入逆Park补偿PI模块，利用公式计算逆Park角度补偿量delta_IP，转入步骤(2-1)，

如果Ud_f＝0，根据逆Park角度补偿量delta_IP完成逆Park角度补偿，转入步骤(1-4)。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的分段角度补偿方法，扭矩观测装置包括扭矩观测仪和扭矩滤波器，扭矩观测仪和扭矩滤波器均与MCU连接，扭矩观测仪和扭矩滤波器连接，扭矩观测仪与电机矢量闭环控制装置连接，扭矩滤波器与Park补偿PI模块连接；Park补偿PI模块包括Kp1、Ki1两个参数变量，第二乘法器M2、第二积分器S2和第二加法器，其中Kp1为比例增益，Ki1为积分增益；其特征在于，步骤(1-4)的具体步骤如下：

(3-1)将实时电角度theta与Park角度补偿量delta_P相加得到theta_P，然后将theta_P输入到电机矢量闭环控制装置中；

(3-2)MCU控制电机矢量闭环控制装置工作，对theta_P进行处理，输出永磁同步电机的扭矩Te；

(3-3)MCU控制扭矩观测装置工作，得到扭矩观测量Te_o，

如果Te_o≠0，将实时角速度W和扭矩观测量Te_o输入Park补偿PI模块，利用公式计算Park角度补偿量delta_P，转入步骤(3-1)，

如果Te_o＝0，根据Park角度补偿量delta_P完成Park角度补偿。