CN108736787A - 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法 - Google Patents

永磁同步牵引传动系统控制系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108736787A
CN108736787A CN201810537327.0A CN201810537327A CN108736787A CN 108736787 A CN108736787 A CN 108736787A CN 201810537327 A CN201810537327 A CN 201810537327A CN 108736787 A CN108736787 A CN 108736787A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
value
current value
torque
magnet synchronous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810537327.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108736787B (zh
Inventor
毕京斌
曹虎
曾凡飞
夏猛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Original Assignee
CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd filed Critical CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Priority to CN201810537327.0A priority Critical patent/CN108736787B/zh
Publication of CN108736787A publication Critical patent/CN108736787A/zh
Priority to EP18920211.2A priority patent/EP3758216B1/en
Priority to PCT/CN2018/115118 priority patent/WO2019227863A1/zh
Priority to JP2020553498A priority patent/JP6964794B2/ja
Priority to RU2020133196A priority patent/RU2740000C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of CN108736787B publication Critical patent/CN108736787B/zh
Priority to US17/027,596 priority patent/US10897218B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H02P25/026—Synchronous motors controlled by supply frequency thereby detecting the rotor position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/14—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation with three or more levels of voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明提出一种永磁同步牵引传动系统控制方法。控制系统包括采样单元和控制器；采样单元采集永磁同步电机运行励磁电流和运行转矩电流、支撑电容电压及转子频率的旋转变压器；控制器获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值，生成励磁电流调节值和转矩电流调节值；转矩调节单元用于根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值，并根据调节单元输出的励磁电流调节值和转矩电流调节值生成目标调制比与调制频率，最终输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号。本发明提供的控制方法，采用新型SVPWM脉冲控制方法，来进一步降低开关频率，提高系统效率，并实现在较低开关频率系统中的稳定运行。

Description

永磁同步牵引传动系统控制系统及方法
技术领域
本发明涉及牵引传动控制领域，尤其涉及一种适用于永磁同步牵引传动系统的控制系统和控制方法。
背景技术
牵引传动系统是列车的动力系统，由变流器和电机两大部分组成，电机完成电能到机械能的转变，带动列车行驶。
永磁同步牵引传动系统采用的为永磁同步电机，永磁同步电机较异步电机相比，具有功率因数高、发热小、噪声小、可靠性高等特点。城轨永磁同步电机在轨道交通牵引传动系统中的应用尚处于起步阶段。永磁牵引传动系统的控制中存在大量技术问题需要进一步研究。在牵引电机与牵引变流器控制方面，虽与异步牵引传动系统控制有相通之处，但也存在许多永磁电机特有的实际问题。
目前现有的城轨永磁同步电机控制算法，其多采用异步SVPWM运行，其在高转速情况下，为满足输出电流谐波要求，其IGBT开关频率大大增加，输出损耗提高，同时为满足散热要求造成硬件成本增加。
由于永磁牵引电机是永磁体励磁，弱磁范围较窄，弱磁难度较大。较好的弱磁控制技术可在逆变器容量不变的情况下大幅提高系统性能。目前众多弱磁方案，其算法复杂，同时弱磁效率低，效果差。
发明内容
本发明针对现有技术中，永磁同步电机控制存在的算法复杂、控制精度低等问题，提出一种新型的永磁同步牵引传动系统的控制系统和方法，采用该系统和方法，在满足输出电流要求的前提下，可降低变流器的开关损耗，提高弱磁的控制精度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步牵引传动系统控制系统，包括：
一种永磁同步牵引传动系统控制系统，用于永磁同步牵引传动系统的控制，所述永磁同步牵引传动系统包括牵引变流器及永磁同步电机，牵引变流器的输出端经三相可控接触器与永磁同步电机连接，所述控制系统包括采样单元和控制器；
所述采样单元与永磁同步电机连接，包括用于采集永磁同步电机运行励磁电流和运行转矩电流的电流传感器、用于采集永磁同步电机支撑电容电压的电压传感器、用于采集永磁同步电机转子初始位置及转子频率的旋转变压器；
所述控制器包括：
指令获取单元：用于获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令；
MTPA计算单元：用于根据目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值；
调节单元：包括励磁调节单元和转矩调节单元，所述励磁调节单元用于根据目标励磁电流值和运行励磁电流值生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元用于根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值；
解耦控制单元：用于根据调节单元输出的励磁电流调节值和转矩电流调节值生成目标调制比与调制频率；
分段同步调制单元：根据解耦控制单元生成的目标调制比和调制频率，输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号。
优选的是，控制器进一步包括电流精确计算单元：用于将目标励磁电流值和目标转矩电流值换算为精确值励磁电流值和精确转矩电流值；所述励磁调节单元根据精确值励磁电流值调节生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元根据精确转矩电流值调节生成转矩电流调节值。
优选的是，所述控制器进一步包括弱磁补偿单元：用于生成目标励磁电流值和目标转矩电流值的补偿信号以对二者进行补偿。
优选的是，控制器进一步包括电压前馈单元：获取电流精确计算单元的输出数据，并生成目标转矩补偿数据。
本发明还提供了一种永磁同步牵引传动系统控制方法，包括以下步骤：
将牵引传动系统的目标转矩指令转化为目标励磁电流值和目标转矩电流值；
将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行调节计算；
将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行解耦，根据目标励磁电流值生成目标调制比，根据目标转矩电流值生成调制频率；
将目标调制比和调制频率用于永磁同步牵引电机的控制。
优选的是，将牵引传动系统的目标转矩指令转化为永磁同步电机的目标励磁电流值和目标转矩电流值的方法为：
根据：
将以上两式联立，求解目标励磁电流值和目标转矩电流值；
其中Te为目标转矩，Lq为q轴等效电感，Ld为d轴等效电感，iq为目标转矩电流值，id为目标励磁电流值，is为目标相电流，ψf为电机磁链，Pn为电机极对数，φ为电机电压电流角度差。
优选的是，进一步包括以下步骤：根据目标调制比折算支撑电容电压，与采样获得的支撑电容电压进行比较后，调节生成转矩电流补偿量iq_crr和励磁电流补偿量id_crr，分别与目标励磁电流值和目标转矩电流值合成后，用于后续计算。
优选的是，进一步包括以下步骤：对目标励磁电流值和目标转矩电流值进行精确计算，以获得电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget：
idtarget＝id+id_ccr (4)
将获得的电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget用于调节计算。
优选的是，进一步包括以下步骤，采用电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget计算电压补偿值，用于目标调制比的补偿计算：
其中Rs为转子电阻，ωr为角速度,Ud为d轴控制电压分量，Uq为q轴控制电压分量。
优选的是，生成目标调制比M的方法为：
其中，Fc为支撑电容电压，PID.Idout为励磁电流调节输出值；
生成调制频率Fs_out的方法为：
Fs_out＝(1+PID.Iqout)*Fs (8)
其中，PID.Iqout为转矩电流调节输出值，Fs为转子频率。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明提供的永磁同步牵引传动系统的控制方法，通过对永磁同步电机输出特性及反电动势的进一步研究，采用新型SVPWM脉冲控制方法，来进一步降低开关频率，提高系统效率，并实现在较低开关频率系统中的稳定运行。
(2)本发明在控制算法中提出了一种新型的弱磁控制算法，通过拟合输出电压，并与输入电压进行比较，使系统在弱磁区域稳定运行同时提高弱磁效率。
(3)本发明提出了电流精确计算方法，通过精确电流单元及弱磁单元配合，可以实现精确弱磁，并在逆变器容量不变的情况系下，提高系统性能。
附图说明
图1为永磁同步牵引传动系统结构示意图；
图2为本发明牵引传动该控制系统结构示意图；
图3为本发明弱磁控制原理图；
图4为本发明解耦补偿控制原理图；
图5为异步SVPWM调制原理图；
图6为本发明11分配同步SVPWM开关角分布图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
本发明提供了一种永磁同步牵引传动系统的控制系统，可以用于采用永磁同步电机作为动力的列车牵引系统。永磁同步牵引传动系统的主拓扑结构如图1所示，包括牵引变流器及永磁同步电机(PMSM)，牵引变流器内部电路包括IGBT变流模块、斩波模块和预充电模块，牵引变流器的输出端经三相可控接触器与永磁同步电机连接，
控制系统包括采样单元和控制器。其结构参考图2。
采样单元与永磁同步电机连接，包括用于采集永磁同步电机运行励磁电流iq_fed和运行转矩电流id_fed的电流传感器、用于采集永磁同步电机支撑电容电压Fc的电压传感器、用于采集永磁同步电机转子初始位置Theta及转子频率 Fs的旋转变压器；采样单元采集的以上数据将被传递至控制器。
所述电流传感器、电压传感器及旋转变压器均与控制器连接，控制器包括：
指令获取单元：用于获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令；目标转矩指令是对整个牵引传动系统的运行指令，控制系统的控制目标是使牵引传动系统可按目标转矩指令稳定运行；
MTPA计算单元：用于根据目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值；MTPA计算单元将牵引指令转化为控制单元可以使用的id和iq电流信号，控制系统将根据目标电流和采样单元采集的反馈电流执行控制；
调节单元：包括励磁调节单元和转矩调节单元，励磁调节单元用于根据目标励磁电流值和运行励磁电流值生成励磁电流调节值；转矩调节单元用于根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值；
解耦控制单元：用于根据调节单元输出的励磁电流调节值和转矩电流调节值生成目标调制比与调制频率。
分段同步调制单元：根据解耦控制单元生成的目标调制比和调制频率，输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号。
基于以上结构，控制系统可完成对永磁同步电机根据转矩指令的个跟踪控制。
作为控制系统结构的进一步优化，控制器进一步包括电流精确计算单元：用于将MTPA单元计算生成的目标励磁电流值和目标转矩电流值换算为精确值励磁电流值和精确转矩电流值；通过电流精确计算对电流进行校准，进而可进一步提高控制的精度。励磁调节单元根据精确值励磁电流值调节生成励磁电流调节值；转矩调节单元根据精确转矩电流值调节生成转矩电流调节值。
作为控制系统的进一步优化，控制器进一步包括弱磁补偿单元：用于生成目标励磁电流值和目标转矩电流值的补偿信号以对二者进行补偿。弱磁补偿单元接收解耦控制单元输出的信号以及支撑电容电压信号，生成电流补偿值，传递至MTPA计算单元的输出端，电流精确计算单元将根据MTPA计算单元的输出值和弱磁补偿单元反馈的补偿值的结合，用于电流精确计算。
作为控制系统的进一步优化，控制器进一步包括电压前馈单元：获取电流精确计算单元的输出数据，并生成目标转矩补偿数据。该补偿数据将反馈至解耦控制单元，用于调制比的计算。
本发明还提供了一种永磁同步牵引传动系统控制方法，包括以下步骤：
(1)控制目标量的转化。
将牵引传动系统的目标转矩指令转化为目标励磁电流值和目标转矩电流值。
牵引传动系统获得的指令为目标转矩指令，该指令经MTPA单元换算称为永磁同步电机的目标励磁电流值和目标转矩电流值，具体的换算方法为：
根据：
将以上两式联立，求解目标励磁电流值和目标转矩电流值；
其中Te为目标转矩，Lq为q轴等效电感，Ld为d轴等效电感，iq为目标励磁电流值，id为目标转矩电流值，is为目标相电流，ψf为电机磁链，Pn为电机极对数，φ为电机电压电流角度差。
(2)电流精确计算。
更进一步的，根据目标调制比折算支撑电容电压，与采样获得的支撑电容电压进行比较后，调节生成转矩电流补偿量iq_crr和励磁电流补偿量id_crr，分别与目标励磁电流值和目标转矩电流值相加合成后，用于电流精确计算。
弱磁控制的原理如图3所示。弱磁控制单元使用精确电压补偿量，以调制比作为最终控制目标，生成id,iq的补偿量对应的补偿量。
其中Mt为弱磁控制目标调制比(可以理解为本系统期望的输出到调制单元的调制比这个单元目的是为了让解耦控制单元最终的输出M＝Mt.)，其取值范围为0-1，经验取值范围为0.88-0.91.其中反馈量Fc1计算公式为：
其中Uq，Ud为电压前馈单元的输出结果，PID.Idout为d轴PID调节输出结果，即转矩调制单元输出的结果。采用设定的目标调制比Mt进行Fc1的计算。
电流精确计算的方法为：
对目标励磁电流值和目标转矩电流值进行精确计算，以获得电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget：
idtarget＝id+id_ccr (4)
需要说明的是，电流精确计算和/或弱磁补偿计算为可省略的步骤，若不考虑目标调制精度，可以直接将,MTPA单元的输出计算结果用于步骤(3) 的计算。
(3)将目标励磁电流值和目标转矩电流值的调节计算。
将获得的电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget用于调节计算。本实施例中，采用的为PID调节方法。
励磁调节单元根据目标励磁电流值和运行励磁电流值生成励磁电流调节值；转矩调节单元根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值；励磁电流调节值和转矩电流调节值将用于解耦控制，生成目标调制比和调制频率。
(3)生成目标调制比和调制频率。
参考图4，将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行解耦，根据目标励磁电流值生成目标调制比，根据目标转矩电流值生成调制频率。
为了进一步提高调制比的计算精度，首先采用电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget计算电压补偿值，用于目标调制比的补偿计算：
其中Rs为转子电阻，ωr为角速度,Ud为d轴控制电压分量，Uq为q轴控制电压分量。
生成目标调制比M的方法为：
其中，Fc为支撑电容电压，PID.Idout为励磁电流调节输出值；
生成调制频率Fs_out的方法为：
Fs_out＝(1+PID.Iqout)*Fs (8)
其中，PID.Iqout为转矩电流调节输出值，Fs为转子频率。
解耦控制单元最终完成调制比M与调制频率Fs_out的合成。
(4)分段同步调制。
分段同步调制单元根据目标调制比和调制频率生成PWM调制波，用于永磁同步牵引电机的控制。
异步SVPWM调制程序接收M、Fs_out信息，通过判断电压矢量所在扇区来产生三相(u,v,w)脉冲。
参考图5，本实施例采用的目标调制比为0.906，同步11分频SVPWM调制(BasicBoundary Clamping Strategy策略)分段调制模块的调制切换为当调制度大于0.906进入过调制区后，11脉冲中的4个脉冲对称消失，变为 7脉冲；调制度进一步增大，对称消失两个脉冲变为5脉冲；当调制度大于1 则变为方波单脉冲。
如上图所示，其中30Hz-40Hz为11分频同步调制I，每个调制周期进入 30次中断；40Hz以上一直到方波为11分频同步调制II，每个调制周期进入 15次中断；进入过调制区后，脉冲数随调制度增大而对称减小，当调制度大于1则变为方波单脉冲。
如图6所示，采用30中断时11分频同步SVPWM的A相脉冲，我们可以根据每个扇区对应的比较值推导出在1/4周期内的五个开关角α1、α2、α3、α4、α5。
根据同步SVPWM的特性(1/2周期对称，1/4周期反对称)可以推导出整个周期内脉冲宽度。其中角度计算公式如下：
采用本发明所述的方法用于永磁牵引传动系统的控制，可以降低系统开关频率，提高系统效率，提高系统动态响应速度和稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步牵引传动系统控制系统，用于永磁同步牵引传动系统的控制，其特征在于，所述控制系统包括采样单元和控制器；
所述采样单元与永磁同步电机连接，包括用于采集永磁同步电机运行励磁电流和运行转矩电流的电流传感器、用于采集永磁同步电机支撑电容电压的电压传感器、用于采集永磁同步电机转子初始位置及转子频率的旋转变压器；
所述控制器包括：
指令获取单元：用于获取对牵引传动系统下达的目标转矩指令；
MTPA计算单元：用于根据目标转矩指令，计算目标励磁电流值和目标转矩电流值；
调节单元：包括励磁调节单元和转矩调节单元，所述励磁调节单元用于根据目标励磁电流值和运行励磁电流值生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元用于根据目标转矩电流值和运行转矩电流值生成转矩电流调节值；
解耦控制单元：用于根据调节单元输出的励磁电流调节值和转矩电流调节值生成目标调制比与调制频率；
分段同步调制单元：根据解耦控制单元生成的目标调制比和调制频率，输出对永磁同步电机的PWM调制波控制信号。
2.如权利要求1所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括弱磁补偿单元：用于生成目标励磁电流值和目标转矩电流值的补偿信号以对二者进行补偿。
3.如权利要求1或2所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括电流精确计算单元：用于将目标励磁电流值和目标转矩电流值换算为精确值励磁电流值和精确转矩电流值；所述励磁调节单元根据精确值励磁电流值调节生成励磁电流调节值；所述转矩调节单元根据精确转矩电流值调节生成转矩电流调节值。
4.如权利要求3所述的永磁同步牵引传动系统控制系统，其特征在于：所述控制器进一步包括电压前馈单元：获取电流精确计算单元的输出数据，并生成目标转矩补偿数据。
5.一种永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将牵引传动系统的目标转矩指令转化为目标励磁电流值和目标转矩电流值；
将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行调节计算；
将目标励磁电流值和目标转矩电流值进行解耦，根据目标励磁电流值生成目标调制比，根据目标转矩电流值生成调制频率；
将目标调制比和调制频率用于永磁同步牵引电机的控制。
6.如权利要求5所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于：将牵引传动系统的目标转矩指令转化为永磁同步电机的目标励磁电流值和目标转矩电流值的方法为：
根据：
将以上两式联立，求解目标励磁电流值和目标转矩电流值；
其中Te为目标转矩，Lq为q轴等效电感，Ld为d轴等效电感，iq为目标转矩电流值，id为目标励磁电流值，is为目标相电流，ψf为电机磁链，Pn为电机极对数，φ为电机电压电流角度差。
7.如权利要求6所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：根据目标调制比折算支撑电容电压，与采样获得的支撑电容电压进行比较后，调节生成转矩电流补偿量iq_crr和励磁电流补偿量id_crr，分别与目标励磁电流值和目标转矩电流值合成后，用于后续计算。
8.如权利要求7所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：对目标励磁电流值和目标转矩电流值进行精确计算，以获得电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget：
idtarget＝id+id_ccr (4)
将获得的电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget用于调节计算。
9.如权利要求7所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于，进一步包括以下步骤，采用电机励磁电流精确值idtarget和转矩电流精确值iqtarget计算电压补偿值，用于目标调制比的补偿计算：
其中Rs为转子电阻，ωr为角速度,Ud为d轴控制电压分量，Uq为q轴控制电压分量。
10.如权利要求9所述的永磁同步牵引传动系统控制方法，其特征在于：
生成目标调制比M的方法为：
其中，Fc为支撑电容电压，PID.Idout为励磁电流调节输出值；
生成调制频率Fs_out的方法为：
Fs_out＝(1+PID.Iqout)*Fs (8)
其中，PID.Iqout为转矩电流调节输出值，Fs为转子频率。
CN201810537327.0A 2018-05-30 2018-05-30 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法 Active CN108736787B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810537327.0A CN108736787B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法
EP18920211.2A EP3758216B1 (en) 2018-05-30 2018-11-13 Control system and method for permanent magnet synchronous traction drive system
PCT/CN2018/115118 WO2019227863A1 (zh) 2018-05-30 2018-11-13 永磁同步牵引传动系统控制系统和方法
JP2020553498A JP6964794B2 (ja) 2018-05-30 2018-11-13 永久磁石同期牽引および伝達システムの制御システムおよび方法
RU2020133196A RU2740000C1 (ru) 2018-05-30 2018-11-13 Система и способ управления системой тяги и силовой передачи c синхронным двигателем с постоянными магнитами
US17/027,596 US10897218B1 (en) 2018-05-30 2020-09-21 Control system and method for permanent magnet synchronous traction and transmission system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810537327.0A CN108736787B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108736787A true CN108736787A (zh) 2018-11-02
CN108736787B CN108736787B (zh) 2019-11-05

Family

ID=63936760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810537327.0A Active CN108736787B (zh) 2018-05-30 2018-05-30 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10897218B1 (zh)
EP (1) EP3758216B1 (zh)
JP (1) JP6964794B2 (zh)
CN (1) CN108736787B (zh)
RU (1) RU2740000C1 (zh)
WO (1) WO2019227863A1 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110112979A (zh) * 2019-05-14 2019-08-09 郑州轻工业学院 基于标幺化的永磁同步电机无权重系数预测转矩控制方法
CN110474584A (zh) * 2019-08-12 2019-11-19 北京交通大学 一种大功率永磁同步电机在方波下的高性能控制策略
CN110474585A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 中车永济电机有限公司 一种大功率直驱永磁同步电机控制调制方法
WO2019227863A1 (zh) * 2018-05-30 2019-12-05 中车青岛四方车辆研究所有限公司 永磁同步牵引传动系统控制系统和方法
CN111030530A (zh) * 2019-11-26 2020-04-17 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种永磁同步电机弱磁控制方法
CN111211704A (zh) * 2020-02-17 2020-05-29 中车青岛四方车辆研究所有限公司 不同辅助逆变器并联的控制方法及系统、辅助电源系统
CN111224594A (zh) * 2019-11-08 2020-06-02 南京航空航天大学 一种高效率低纹波电机驱动方法
CN112564563A (zh) * 2019-09-25 2021-03-26 杭州先途电子有限公司 一种控制方法、控制装置及控制器
CN112653356A (zh) * 2020-12-17 2021-04-13 珠海格力电器股份有限公司 自起动同步电机的控制方法及系统、存储介质、处理器
CN115694303A (zh) * 2022-11-18 2023-02-03 苏州金钥匙自动化设备有限公司 宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018211671A1 (ja) * 2017-05-18 2018-11-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
CN113541386A (zh) * 2020-04-17 2021-10-22 宁波火山电气有限公司 织布机主电机及其驱动控制系统
CN114629395B (zh) * 2022-03-16 2024-04-26 北京理工大学 一种无电流传感器的电机驱动方法
CN116054665B (zh) * 2022-09-30 2023-07-07 陕西航空电气有限责任公司 一种航空永磁发电整流系统功率解耦控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008618A (en) * 1997-11-26 1999-12-28 General Motors Corporation Zero speed start-up for a speed sensorless induction motor drive
CN202424614U (zh) * 2011-12-29 2012-09-05 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 牵引逆变器控制装置
CN102694498A (zh) * 2012-05-31 2012-09-26 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法
CN105634355A (zh) * 2014-11-05 2016-06-01 博世力士乐(西安)电子传动与控制有限公司 变频器和用于变频器的控制装置和控制方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU917292A1 (ru) * 1979-12-21 1982-03-30 Предприятие П/Я В-8670 Устройство дл управлени многофазным синхронным электродвигателем
DE10336068B4 (de) * 2003-08-06 2006-04-06 Siemens Ag Verfahren zur gesteuerten Einprägung eines Ständerstrom- und eines Drehmoment-Sollwertes für eine stromrichtergespeiste Drehfeldmaschine
US7242163B2 (en) * 2003-08-26 2007-07-10 Delphi Technologies, Inc. System and method for clamp current regulation in field-weakening operation of permanent magnet (PM) machines
EP2075906A4 (en) * 2006-10-19 2013-09-11 Mitsubishi Electric Corp VECTOR CONTROL OF A PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR
ATE535414T1 (de) * 2007-09-11 2011-12-15 Hydro Gear Ltd Partnership Steuersystem für ein fahrzeug mit elektroantrieb
US8222857B2 (en) * 2007-09-25 2012-07-17 Mitsubishi Electric Corporation Motor controlling device
CN101796717B (zh) * 2007-10-29 2013-06-19 三菱电机株式会社 电动机的控制装置
JP6204121B2 (ja) * 2013-09-09 2017-09-27 株式会社日立製作所 モータ駆動システムおよび該システムを搭載する電気鉄道車両
CN103532461B (zh) * 2013-10-21 2015-11-18 南车株洲电力机车研究所有限公司 一种用于平稳控制永磁同步电机低速小转矩状态切换的装置
EP2892148B1 (en) * 2014-01-02 2021-09-22 ABB Schweiz AG Control system and method for an electric three-phase variable speed motor
US10263553B2 (en) * 2015-12-14 2019-04-16 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Synchronous electrical power distribution system
RU174854U1 (ru) * 2016-12-19 2017-11-08 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) Безредукторный электромеханический привод
CN107592047B (zh) * 2017-09-18 2020-06-26 深圳市华格安瑞技术咨询有限公司 一种永磁同步电机自适应弱磁控制方法
CN108736787B (zh) * 2018-05-30 2019-11-05 中车青岛四方车辆研究所有限公司 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6008618A (en) * 1997-11-26 1999-12-28 General Motors Corporation Zero speed start-up for a speed sensorless induction motor drive
CN202424614U (zh) * 2011-12-29 2012-09-05 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 牵引逆变器控制装置
CN102694498A (zh) * 2012-05-31 2012-09-26 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法
CN105634355A (zh) * 2014-11-05 2016-06-01 博世力士乐(西安)电子传动与控制有限公司 变频器和用于变频器的控制装置和控制方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019227863A1 (zh) * 2018-05-30 2019-12-05 中车青岛四方车辆研究所有限公司 永磁同步牵引传动系统控制系统和方法
US10897218B1 (en) 2018-05-30 2021-01-19 Crrc Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co., Ltd. (Cn) Control system and method for permanent magnet synchronous traction and transmission system
CN110112979A (zh) * 2019-05-14 2019-08-09 郑州轻工业学院 基于标幺化的永磁同步电机无权重系数预测转矩控制方法
CN110474584A (zh) * 2019-08-12 2019-11-19 北京交通大学 一种大功率永磁同步电机在方波下的高性能控制策略
CN110474584B (zh) * 2019-08-12 2021-03-23 北京交通大学 一种大功率永磁同步电机在方波下的高性能控制策略
CN110474585A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 中车永济电机有限公司 一种大功率直驱永磁同步电机控制调制方法
CN112564563B (zh) * 2019-09-25 2022-04-19 杭州先途电子有限公司 一种控制方法、控制装置及控制器
CN112564563A (zh) * 2019-09-25 2021-03-26 杭州先途电子有限公司 一种控制方法、控制装置及控制器
CN111224594B (zh) * 2019-11-08 2021-05-25 南京航空航天大学 一种高效率低纹波电机驱动方法
CN111224594A (zh) * 2019-11-08 2020-06-02 南京航空航天大学 一种高效率低纹波电机驱动方法
CN111030530A (zh) * 2019-11-26 2020-04-17 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种永磁同步电机弱磁控制方法
CN111030530B (zh) * 2019-11-26 2021-07-09 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种永磁同步电机弱磁控制方法
CN111211704A (zh) * 2020-02-17 2020-05-29 中车青岛四方车辆研究所有限公司 不同辅助逆变器并联的控制方法及系统、辅助电源系统
CN112653356A (zh) * 2020-12-17 2021-04-13 珠海格力电器股份有限公司 自起动同步电机的控制方法及系统、存储介质、处理器
CN115694303A (zh) * 2022-11-18 2023-02-03 苏州金钥匙自动化设备有限公司 宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法
CN115694303B (zh) * 2022-11-18 2024-01-02 苏州博迷科技有限公司 宽转速自适应调节的新能源汽车用永磁同步电机控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019227863A1 (zh) 2019-12-05
US20210013821A1 (en) 2021-01-14
EP3758216A1 (en) 2020-12-30
JP6964794B2 (ja) 2021-11-10
JP2021515528A (ja) 2021-06-17
EP3758216A4 (en) 2021-04-21
CN108736787B (zh) 2019-11-05
EP3758216B1 (en) 2021-12-08
RU2740000C1 (ru) 2020-12-30
US10897218B1 (en) 2021-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108736787B (zh) 永磁同步牵引传动系统控制系统及方法
CN102891647B (zh) 用于在集成永磁体电动机中控制磁场减弱精确度的方法和磁场减弱控制回路
CN104253572A (zh) 用于开环电机驱动操作的稳定性控制的方法和设备
KR101535036B1 (ko) 구동모터의 전류지령에 대한 토크 보상장치 및 방법
CN109818541B (zh) 一种用于磁链观测的记忆电机绕组复用控制方法及系统
CN103595325B (zh) 一种隐极式混合励磁电机矢量控制方法
JP6302158B2 (ja) モータを制御するための方法およびシステム
CN106788041B (zh) 一种定子永磁型记忆电机高效率和宽调速控制方法
CN104901600A (zh) 宽转速范围内永磁同步电机的无位置传感器控制方法
CN103117702B (zh) 一种高精度永磁同步电机的无速度传感器估计方法
CN103595310B (zh) 一种五桥臂电压源逆变器的占空比优化调制方法
CN102025313A (zh) 基于反电势前馈控制的矢量控制方法
Adase et al. Predictive torque control with simple duty-ratio regulator of PMSM for minimizing torque and flux ripples
CN111641363A (zh) 一种低载波比下永磁同步电机无差拍控制方法
JP2012130220A (ja) 回転電機制御装置
CN208424247U (zh) 永磁同步传动系统及永磁同步牵引传动系统控制系统
CN110098772B (zh) 基于功能切换的直流调磁型记忆电机无位置控制方法及系统
CN108322119A (zh) 一种考虑一拍滞后的pmsm离散域电流调节器控制方法
CN110474584A (zh) 一种大功率永磁同步电机在方波下的高性能控制策略
CN109600088B (zh) 一种三相逆变器的谐波电流注入装置及方法
CN108649852B (zh) 一种改进电流环的永磁同步电机控制方法
CN109379012A (zh) 一种无高频信号注入的永磁同步电机低速段无位置传感器控制方法
CN102386839B (zh) 基于无功功率观测器的同步电机矢量控制器及控制方法
CN105553375B (zh) 航空交流起动/发电机在转速不为零时进行起动的控制方法
CN114553082A (zh) 基于内埋式pmsm扭矩提升算法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant