CN109660164A - 一种永磁同步电机深度弱磁控制装置及方法 - Google Patents

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刘忠举
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机深度弱磁控制装置及方法，由转矩对应表、极坐标控制器和动态控制器组成，极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成；采用该方法能够提高永磁同步电机高速弱磁运行的稳定性、动态响应速度和转矩控制精度，适用于电动汽车、混合动力汽车及其它以永磁同步电机作为驱动动力的交通运输设备。

Description

一种永磁同步电机深度弱磁控制装置及方法
技术领域
本发明属于电力电子设备及其控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，以及其控制方法。
背景技术
在电动车辆、船舶推进等领域，永磁同步电机得到广泛应用。常用的三相永磁同步电机一般由逆变器供电，电流传感器和位置传感器等采集控制所需的信号，送至逆变器的控制电路，经由全数字控制芯片进行计算调节，得到逆变器功率器件的PWM驱动信号，从而控制永磁同步电机的供电电压频率相位和幅值，进而控制其电流和转矩。
用于直驱驱动时，永磁同步电机需要宽的转速调节范围，其最高转速可能数倍于额定转速。而永磁同步电机在高速运行时，过高的反电势会导致电流失控，因此需引入弱磁控制技术，减弱电机气隙磁场，使电机始终运行在稳定范围内。高速弱磁运行时，电机的参数变化及D轴、Q轴的交叉耦合使控制稳定性下降，动态响应速度变慢，转矩控制精度降低，传统的基于双电流调节器的矢量控制很难满足高性能驱动控制的要求。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种永磁同步电机深度弱磁控制装置及方法，可提高永磁同步电机稳定性、动态性能及转矩控制精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，由转矩对应表、极坐标控制器和动态控制器组成，不包含传统矢量控制中的D轴电流调节器；所述的转矩对应表以转矩给定T*和转速n作为输入，以D轴电流给定id*和Q轴电流给定iq*作为输出；所述的极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，以iq*和iq的误差值作为输入，以β作为调节器的输出，以D轴电压vd0和Q轴电压vq作为极坐标变换的输出；所述的动态控制器以id误差作为输入，以D轴电压vd1作为输出，其输出vd1与D轴电压vd0相加后得到vd；vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号。
其中，所述的调节器可以采用PID调节器、PI调节器或积分器。
其中，所述的动态控制器以谐振控制器（PR）的形式出现。
一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，用于控制具有逆变器、电流采样、位置信号采集、调制和坐标变换模块的永磁同步电机时，步骤如下：
转矩给定T*和转速n输入转矩对应表，输出D轴电流给定id*和Q轴电流给定iq*，id*与id相减，得到id误差，iq*与iq相减，得到iq误差；iq误差输入极坐标控制器的调节器，输出β；所述的极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，以iq*和iq的误差值作为输入；id误差输入动态控制器，输出D轴电压vd1，vd1与D轴电压vd0相加后得到vd；固定值vs和β输入极坐标变换，输出D轴电压vd0和Q轴电压vq；D轴电压vd0和vd1相加得到最终输出vd，vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号，控制逆变器输出电压，进而控制永磁同步电机的电流和转矩。
本发明的有益效果是：本发明方法用于逆变器供电的三相永磁同步电机及其控制系统时，采用极坐标控制器、动态控制器和转矩对应表可实现高转速下的深度弱磁控制；采用该方法能够提高永磁同步电机高速弱磁运行的稳定性、动态响应速度和转矩控制精度，适用于电动汽车、混合动力汽车及其它以永磁同步电机作为驱动动力的交通运输设备。
附图说明
图1为本发明控制装置的示意图。
图2为本发明极坐标控制器的结构示意图；
图3为使用本发明控制方法的永磁同步电机示意图。
具体实施方式
为了进一步清楚阐述本技术方案的特点，下面将提供具体实施方式并与附图相结合，对本发明进行说明，但是不应当将其理解为对本发明的限定。
本发明的一种永磁同步电机深度弱磁控制装置由一个转矩对应表，一个极坐标控制器和一个动态控制器构成，不包含传统矢量控制中的D轴电流调节器，如附图1所示。所述的极坐标控制器由极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，如图2所示。调节器采用PID调节器、PI调节器或积分器，其输入为iq误差，输出为β，固定值vs和β作为极坐标变换的输入，D轴电压vd0和Q轴电压vq是极坐标变换的输出，动态控制器以谐振控制器（PR）的形式出现。所述的动态控制器以id误差作为输入，以D轴电压vd1作为输出，其输出vd1与D轴电压vd0相加后得到vd；vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号。
如图3所示，本发明控制方法用于控制具有逆变器、电流采样、位置信号采集、调制和坐标变换模块的永磁同步电机时，步骤如下：
转矩给定T*和转速n输入转矩对应表，输出D轴电流给定id*和Q轴电流给定iq*，id*与id相减，得到id误差，iq*与iq相减，得到iq误差。
iq误差输入极坐标控制器的调节器，输出β。
所述的极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，以iq*和iq的误差值作为输入。
id误差输入动态控制器，输出D轴电压vd1，vd1与D轴电压vd0相加后得到vd。
固定值vs和β输入极坐标变换，输出D轴电压vd0和Q轴电压vq。
D轴电压vd0和vd1相加得到最终输出vd，vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号，控制逆变器输出电压，进而控制永磁同步电机的电流和转矩。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，其特征在于：由转矩对应表、极坐标控制器和动态控制器组成；
所述的转矩对应表以转矩给定T*和转速n作为输入，以D轴电流给定id*和Q轴电流给定iq*作为输出；
所述的极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，以iq*和iq的误差值作为输入，以β作为调节器的输出，以D轴电压vd0和Q轴电压vq作为极坐标变换的输出；
所述的动态控制器以id误差作为输入，以D轴电压vd1作为输出，其输出vd1与D轴电压vd0相加后得到vd；
vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，其特征在于，所述的调节器采用PID调节器、PI调节器或积分器。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机深度弱磁控制装置，其特征在于，所述的动态控制器采用谐振控制器。
4.一种永磁同步电机深度弱磁控制方法，其特征在于，用于控制具有逆变器、电流采样、位置信号采集、调制和坐标变换模块的永磁同步电机时，步骤如下：
转矩给定T*和转速n输入转矩对应表，输出D轴电流给定id*和Q轴电流给定iq*，id*与id相减，得到id误差，iq*与iq相减，得到iq误差；
iq误差输入极坐标控制器的调节器，输出β；
所述的极坐标控制器由调节器和极坐标变换两部分构成，以iq*和iq的误差值作为输入；
id误差输入动态控制器，输出D轴电压vd1，vd1与D轴电压vd0相加后得到vd；
固定值vs和β输入极坐标变换，输出D轴电压vd0和Q轴电压vq；
D轴电压vd0和vd1相加得到最终输出vd，vd和vq经坐标变换和调制后，生成PWM驱动信号，控制逆变器输出电压，进而控制永磁同步电机的电流和转矩。
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