CN110149080B - 永磁同步电机弱磁控制方法及其装置 - Google Patents

永磁同步电机弱磁控制方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤：a、根据永磁同步电机的给定转速
Figure DDA0002019118520000011
与实际转速ωr，生成目标转矩
Figure DDA0002019118520000018
b、根据目标转矩
Figure DDA0002019118520000019
通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流
Figure DDA0002019118520000012
和d轴给定电流
Figure DDA0002019118520000013
c、根据d轴给定电流
Figure DDA0002019118520000014
和d轴实际电流id生成d轴给定电压
Figure DDA0002019118520000015
根据q轴给定电流
Figure DDA0002019118520000016
和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压
Figure DDA0002019118520000017
本发明还公开了一种永磁同步电机弱磁控制装置。本发明将最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制融合在一起，不需要在最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制之间进行切换，从而去除了复杂的参数传递，简化了控制算法，并消除了退弱磁时的电流波动现象，提高了系统的鲁棒性。

Description

永磁同步电机弱磁控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法。
背景技术
弱磁控制技术可以使永磁同步电机实现宽转速范围调速运行。传统的双电流调节器弱磁控制方法，由于d、q轴电压的相互耦合，随着转速的提升，电压方程中交叉解耦项占比增大，容易导致电机电流失控。不同于传统的双电流调节器弱磁控制，单电流环(SingleCurrent Regulation，SCR)弱磁控制不再尝试减小交直轴电流耦合的负面影响，而是利用这种现象，仅控制d轴电流，就可实现电机弱磁控制。
图1示出了现有的电机控制器进行单电流环弱磁控制的控制原理框图。在非弱磁区域时，将永磁同步电机的给定转速
Figure BDA0002019118500000011
与实际转速ωr做比较，差值送入速度环PI调节器运算得出目标转矩
Figure BDA0002019118500000012
根据目标转矩
Figure BDA0002019118500000013
通过最大转矩电流比MTPA控制(Maximum Torque PerAmpere)，得到q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000014
和d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000015
将q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000016
d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000017
分别与q轴实际电流iq、d轴实际电流id做比较后送入电流环PI调节器运算得到q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000018
和d轴给定电压
Figure BDA0002019118500000019
当电机控制器的输出电压饱和、弱磁控制标志信号FwFlag发生改变时，电机控制器的输出电压维持在最大值，弱磁切换开关进行切换动作，使电机控制器由MTPA控制方式切换到图1虚线框中的单电流环弱磁控制方式：即将速度环PI调节器运算得出的目标转矩
Figure BDA00020191185000000110
进行PI调节、比例放大后，得到d轴给定电流
Figure BDA00020191185000000111
再将d轴给定电流
Figure BDA00020191185000000112
与d轴实际电流id做比较后送入电流环PI调节器运算得出d轴给定电压
Figure BDA00020191185000000113
根据公式
Figure BDA00020191185000000114
计算得到q轴给定电压
Figure BDA00020191185000000115
Umax为电机控制器最大输出电压限值。最后将d轴给定电压
Figure BDA00020191185000000116
和q轴给定电压
Figure BDA00020191185000000117
进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压
Figure BDA00020191185000000118
和β轴给定电压
Figure BDA00020191185000000119
根据α轴给定电压
Figure BDA00020191185000000120
和β轴给定电压
Figure BDA00020191185000000121
通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步电机100。前述的电机控制器例如可以是变频器等。图1中的θ为永磁同步电机的转子位置角，q轴实际电流iq和d轴实际电流id通过采集永磁同步电机三相电流值并进行Clarke变换和Park变换后得到。
单电流环弱磁控制需要与最大转矩电流比MTPA控制进行切换，切换时大量的参数传递比较复杂，而且由于电流滞环的影响退出弱磁时会出现电流波动(如图2中虚线框部分所示)，影响控制性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种控制方式简单、能够避免退弱磁时的电流波动现象的永磁同步电机弱磁控制方法。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种永磁同步电机弱磁控制装置。
本发明提供了一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤:
步骤a、根据永磁同步电机的给定转速
Figure BDA0002019118500000021
与实际转速ωr，生成目标转矩
Figure BDA0002019118500000022
步骤b、根据目标转矩
Figure BDA0002019118500000023
通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000024
和d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000025
步骤c、根据d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000026
和d轴实际电流id生成d轴给定电压
Figure BDA0002019118500000027
根据q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000028
和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000029
本发明还提供了一种永磁同步电机弱磁控制装置，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行上述的永磁同步电机弱磁控制方法。
本发明将最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制融合在一起，不需要在最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制之间进行切换，从而去除了复杂的参数传递，简化了控制算法，并消除了退弱磁时的电流波动现象，提高了系统的鲁棒性。
附图说明
图1示出了现有的电机控制器进行单电流环弱磁控制的控制原理框图。
图2示出了现有的单电流环弱磁控制在退出弱磁控制时的电流波形图。
图3示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法的控制原理框图。
图4示出根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在进行弱磁控制时的等效控制框图。
图5示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在退出弱磁控制时的电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
根据本发明实施例的一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤:
步骤a、根据永磁同步电机的给定转速
Figure BDA0002019118500000031
与实际转速ωr，生成目标转矩
Figure BDA0002019118500000032
步骤b、根据目标转矩
Figure BDA0002019118500000033
通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000034
和d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000035
步骤c、根据d轴给定电流
Figure BDA0002019118500000036
和d轴实际电流id生成d轴给定电压
Figure BDA0002019118500000037
根据q轴给定电流
Figure BDA0002019118500000038
和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000039
图3示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法的控制原理框图。如图3所示，在本实施例中，是通过将永磁同步电机的给定转速
Figure BDA00020191185000000310
与实际转速ωr之间的偏差进行PI调节得到目标转矩
Figure BDA00020191185000000311
将d轴给定电流
Figure BDA00020191185000000312
和d轴实际电流id之间的偏差进行PI调节得到d轴给定电压
Figure BDA00020191185000000313
将q轴给定电流
Figure BDA00020191185000000314
和q轴实际电流iq之间的偏差进行PI调节得到q轴输出电压uq’。然而本发明不限于此，在其它的实施例中，也可以根据d轴给定电流
Figure BDA00020191185000000315
和d轴实际电流id通过电流预测的方式生成d轴给定电压
Figure BDA00020191185000000316
根据q轴给定电流
Figure BDA00020191185000000317
和q轴实际电流iq通过电流预测的方式生成q轴输出电压uq’。
在本实施例中，图3中所示的虚线框内的部分在现有单电流环弱磁控制的基础上增加了一个限幅环节，该限幅处理为双向限幅处理，在该双向限幅处理中，当q轴输出电压uq’大于等于限幅上限值时，则将限幅上限值作为q轴给定电压
Figure BDA00020191185000000318
当q轴输出电压uq’小于等于限幅下限值时，则将限幅下限值作为q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000041
这相当于q轴电流的PI调节器饱和，q轴电流的PI调节器的输出断开；当q轴输出电压uq’大于限幅下限值且小于限幅上限值时，则将q轴输出电压uq’作为q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000042
这相当于q轴电流的PI调节器退饱和，q轴电流的PI调节器的输出重新作用；其中，限幅上限值为
Figure BDA0002019118500000043
限幅下限值为
Figure BDA0002019118500000044
Umax为电机控制器最大输出电压限值。这样的话，MTPA与弱磁控制的切换通过q轴电流调节器的饱和与退饱和自动切换，不需要额外的切换判断，控制方式简单，适用性强，鲁棒性好。
电机进入弱磁运行时，q轴电流的PI调节器的输出断开，其等效控制框图如图4所示，该控制框图的本质是单电流环弱磁控制，具有同样的弱磁运行的稳定性，只是
Figure BDA0002019118500000045
的获取方式与现有的单电流环弱磁控制不一样，是通过最大转矩电流比MTPA控制而获得，如图4中所示。与现有的单电流环弱磁控制相比，本实施例所采用的q轴电压限幅控制不需要切换条件判断，控制方式更简单，解决了切换过程的不平滑问题，消除了退弱磁时的电流波动。如图5所示，本实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在退出弱磁控制时没有电流波动现象。
进一步地，根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法包括以下步骤：
步骤d、将d轴给定电压
Figure BDA0002019118500000046
和q轴给定电压
Figure BDA0002019118500000047
进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压
Figure BDA0002019118500000048
和β轴给定电压
Figure BDA0002019118500000049
步骤e、根据α轴给定电压
Figure BDA00020191185000000410
和β轴给定电压
Figure BDA00020191185000000411
通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步电机100。
根据本发明的又一实施例还提供了一种永磁同步电机弱磁控制装置，包括存储器和处理器。存储器用于存储程序；处理器用于加载所述程序以执行前述的永磁同步电机弱磁控制方法。
本发明既适用于永磁同步电机无速度传感器矢量控制，也适用于永磁同步电机有速度传感器矢量控制，本发明对此不做限制。
以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发明确定的保护范围。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤a、根据永磁同步电机的给定转速
Figure FDA0002827610390000011
与实际转速ωr，生成目标转矩
Figure FDA0002827610390000012
步骤b、根据目标转矩
Figure FDA0002827610390000013
通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流
Figure FDA0002827610390000014
和d轴给定电流
Figure FDA0002827610390000015
步骤c、根据d轴给定电流
Figure FDA0002827610390000016
和d轴实际电流id生成d轴给定电压
Figure FDA0002827610390000017
根据q轴给定电流
Figure FDA0002827610390000018
和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压
Figure FDA0002827610390000019
所述的限幅处理为双向限幅处理，在所述的双向限幅处理中，当所述q轴输出电压uq’大于等于限幅上限值时，则将所述限幅上限值作为q轴给定电压
Figure FDA00028276103900000110
当所述q轴输出电压uq’小于等于限幅下限值时，则将所述限幅下限值作为q轴给定电压
Figure FDA00028276103900000111
当所述q轴输出电压uq’大于限幅下限值且小于限幅上限值时，则将所述q轴输出电压uq’作为q轴给定电压
Figure FDA00028276103900000112
其中，限幅上限值为
Figure FDA00028276103900000113
限幅下限值为
Figure FDA00028276103900000114
Umax为电机控制器最大输出电压限值。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，在所述的步骤a中，是将永磁同步电机的给定转速
Figure FDA00028276103900000115
与实际转速ωr之间的偏差进行PI调节得到目标转矩
Figure FDA00028276103900000116
3.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，在所述的步骤c中，是将d轴给定电流
Figure FDA00028276103900000117
和d轴实际电流id之间的偏差进行PI调节得到所述的d轴给定电压
Figure FDA00028276103900000118
将q轴给定电流
Figure FDA00028276103900000119
和q轴实际电流iq之间的偏差进行PI调节得到q轴输出电压uq’。
4.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述的永磁同步电机弱磁控制方法包括：
步骤d、将d轴给定电压
Figure FDA00028276103900000120
和q轴给定电压
Figure FDA00028276103900000121
进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压
Figure FDA00028276103900000122
和β轴给定电压
Figure FDA00028276103900000123
步骤e、根据α轴给定电压
Figure FDA00028276103900000124
和β轴给定电压
Figure FDA00028276103900000125
通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步电机。
5.一种永磁同步电机弱磁控制装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序；
处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至4中任何一项所述的永磁同步电机弱磁控制方法。
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