CN111030530B - 一种永磁同步电机弱磁控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机弱磁控制方法，将永磁同步电机的弱磁控制分为两部分：励磁电流弱磁段和转矩/励磁电流双弱磁段，设定两个调制系数阈值M1和M2，且M1≤M2，当电机控制器的输出电压调制系数M＞M1时，进入励磁电流弱磁段，此时仅对励磁电流进行弱磁调节；当M＞M2时，进入转矩/励磁电流双弱磁段，此时会对励磁电流和转矩电流都进行弱磁调节。采用该方法可防止永磁同步电机在弱磁运行下因快速加减负载而进入电流环饱和状态，从而导致电机失控，极大地提高了永磁同步电机控制系统弱磁控制的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法，主要适用于永磁同步电机的弱磁控制。
背景技术
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是用稀土永磁体代替励磁绕组构成的一种新型的同步电机。它结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高，转子无发热问题，有大的过载能力，小的转动惯量和小的转矩脉动。PMSM无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此使用方便，可靠性高。所以由PMSM组成的系统已广泛用于柔性制造系统、机器人、办公自动化和数控机床等领域。
永磁同步电机的弱磁控制技术发展，建立于其弱磁运行理论基础之上。弱磁运行理论从电机本体的角度出发，一方面给出电机弱磁运行时各变量变化的规律，一方面探究电机的弱磁性能与电机参数之间的关系。而控制技术则不断发展新的策略，不断改进算法，使电机实际运行状态符合弱磁运行理论。
目前的弱磁控制方法主要有电流误差法、公式计算法、电压调节法、查表法、单电流调节器法等，而工程应用中较为主流的是电压调节法，这种方法的基本原理是将电流调节器输出的电压指令幅值与其上限值比较，经电压调节器（通常为PI 调节器）输出一个补偿电流来修改电流指令。
在实际工程应用中，通常采用一个PI调节器，将输出的补偿电流叠加到励磁电流上作为补偿值，修正永磁同步电机的励磁电流Id。这种弱磁调节方式在负载变化较小时可稳定运行，但当负载变化较大、较快时，容易出现Id补偿值过大，导致永磁同步电机工作点落在电压圆和电流圆之外，表现为励磁电流环饱和，且无法退出饱和状态，从而导致永磁同步电机失控。
永磁同步电机的弱磁控制是该领域的一个技术难点，当永磁同步电机工作于恒功率区时，需要进入弱磁运行状态，工程常用的弱磁控制方式是在原有的控制回路上叠加一个弱磁PI调节器，如图1所示，um_max为设定的弱磁点，通过d、q轴输出电压计算出输出电压幅值并与um_max进行比较计算出差值，采用此差值进行PI调节，输出量为弱磁调节量i_delta并将其叠加到d轴电流给定值上。显然，该弱磁PI调节器与原有的d轴电流环存在着强耦合关系，在较快的动态变化过程中，仅对Id进行单向弱磁调节容易引起Id电流环弱磁调节过度，使得Id电流环进入积分饱和状态，从而导致电机失控。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机弱磁控制方法。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机弱磁控制方法，分为励磁电流弱磁段和转矩/励磁电流双弱磁段两个阶段，设定两个调制系数阈值M1和M2，励磁电流弱磁段的调节目标值为M1，转矩/励磁电流双弱磁段调节目标值为M2，励磁电流弱磁段的进入条件为M＞M1，转矩/励磁电流双弱磁段的进入条件为M＞M2，且M1≤M2，当电机控制器的输出电压调制系数M＞M1时，进入励磁电流弱磁段，此时仅启动励磁电流弱磁环，对励磁电流给定值id_set进行弱磁调节；当M＞M2时，进入转矩/励磁电流双弱磁段，此时会启动励磁电流弱磁环和转矩电流弱磁环，对励磁电流给定值id_set和转矩电流给定值iq_set都进行弱磁调节。
进一步的步骤如下：
步骤1，电机控制算法基于矢量控制，在永磁同步电机运行时，根据励磁电流Id和转矩电流Iq电流环的输出值励磁电压Ud和转矩电压Uq计算出输出电压Uout：
步骤2，根据Uout和直流母线电压Udc计算出当前调制系数M：
步骤3，设定两个调制系数阈值M1和M2，其中M1为Id弱磁调节阈值，M2为Id/Iq双弱磁调节阈值，且M1≤M2；
步骤4，当M＞M1时，进入Id弱磁调节段，采用一个Id弱磁调节器（PI调节器），其输入值为M与M1的差值即M-M1，输出值△Id（△Id≤0）作为补偿量叠加到Id电流环的给定值上；
步骤5，当M＞M2时，进入Id/Iq双弱磁调节段，此时Id弱磁调节器仍然继续工作，同时启动Iq弱磁调节器，输入值为M与M2的差值（M-M2），输出值△Iq（△Iq≤0）作为补偿量叠加到Iq电流环的给定值上。
本发明的有益效果是：
本发明针对单Id弱磁控制不易调节的问题，优化了弱磁状态下的控制方法，在励磁电流Id弱磁调节器的基础上，增加了转矩电流Iq弱磁调节器，将电机弱磁控制分为Id弱磁段和Id/Iq双弱磁段，负载变化较小时只需Id弱磁段即能满足控制需求，当负载变化较快且幅度较大时，仅靠Id弱磁控制容易导致电机失控，因此采用Id/Iq双弱磁段提高弱磁控制的响应速度，增强永磁同步电机的弱磁调节能力，极大地提高了系统弱磁控制的稳定性。
本发明方法在永磁同步电机在弱磁运行状态下，当负载在短时间内出现大幅变化时，可将电机工作点限制在电压圆内，避免控制系统出现电流环饱和的情况出现，极大地提高了系统弱磁控制的稳定性。
附图说明
图1为传统的弱磁PI调节器结构图；
图2为本发明两段弱磁区间示意图；
图3为本发明的弱磁控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
在一些系统稳定性要求较高且动态变化较快的场合，图1所示的弱磁方法并不完全适用，因此可以考虑优化弱磁状态下的控制方法以提高系统鲁棒性。
本发明针对工程应用中永磁同步电机弱磁运行状态下，当负载变化较大且较快时，仅对励磁电流Id进行弱磁容易导致电机失控的情况，以控制器输出的电压调制系数为参考，将弱磁控制分为励磁电流弱磁段和转矩/励磁电流双弱磁段，使得控制系统的弱磁调节能力大幅提升，提高了系统的鲁棒性，使得电机在负载快速大幅变化的情况下也能稳定运行，降低了电机失控的风险。
如图2、图3所示，本发明公开的一种永磁同步电机弱磁控制方法，电机运行于较为稳定的弱磁状态时，通常是工作在励磁电流弱磁段，此时仅对励磁电流Id进行弱磁调节；当负载在短时间内大幅变化，例如由满载电动状态变为满载发电状态，仅仅依靠对Id的弱磁调节已不足以将电机工作点限定于电压圆内，因此需要进入转矩/励磁电流双弱磁段，对励磁电流Id和转矩电流Iq同时进行弱磁调节，以将电机工作点限制在电压圆内，保持电机稳定运行。具体包括如下步骤：
1，在永磁同步电机运行时，根据Id和Iq电流环的输出值励磁电压Ud和转矩电压Uq实时计算出输出电压值Uout：
2，根据Uout和母线电压U dc 计算出当前调制系数M：
3，设定两个调制系数阈值M1和M2，如图2所示，其中M1为Id弱磁调节阈值，M2为Id/Iq双弱磁调节阈值，且M1≤M2；
4，当M>M1时，进入Id弱磁调节段，采用一个Id弱磁调节器（PI调节器），其输入值为M与M1的差值即M-M1，输出值△Id作为补偿量叠加到Id电流环的给定值上，如图3所示。
4，当M>M2时，进入Id/Iq双弱磁调节段，此时Id弱磁调节器仍然继续工作，同时启动Iq弱磁调节器，输入值为M与M2的差值（M-M2），输出值△Iq作为补偿量叠加到Iq电流环的给定值上。
5，Id和Iq的弱磁调节器输出值需要进行限幅，△Id和△Iq的值必须都小于等于0。
6，调制系数的计算方式有多种，可根据具体情况自行决定。
本发明公开的永磁同步电机弱磁控制方法将弱磁控制分为Id弱磁段和Id/Iq双弱磁段，负载变化较小时只需Id弱磁段即能满足控制需求，当负载变化较快且幅度较大时，仅靠Id弱磁控制容易导致电机失控，因此在Id弱磁控制的基础上加入了Iq弱磁控制，提高了弱磁控制的响应速度，将电机弱磁工作点限定在电压圆内，保障了系统的稳定性。
对于调制系数M和输出电压值Uout有多重不同计算方式，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于：设定两个调制系数阈值M1和M2，当电机控制器的输出电压调制系数M＞M1时，进入励磁电流弱磁段，仅启动励磁电流弱磁环，对励磁电流给定值进行弱磁调节；当M＞M2时，进入转矩/励磁电流双弱磁段，启动励磁电流弱磁环和转矩电流弱磁环，对励磁电流给定值和转矩电流给定值都进行弱磁调节；进一步的步骤如下：
步骤1，电机控制算法基于矢量控制，在永磁同步电机运行时，根据励磁电流Id和转矩电流Iq电流环的输出值励磁电压Ud和转矩电压Uq计算出输出电压Uout：
步骤2，根据Uout和直流母线电压Udc计算出当前调制系数M：
步骤3，设定两个调制系数阈值M1和M2，其中M1为Id弱磁调节阈值，M2为Id/Iq双弱磁调节阈值，且M1≤M2；
步骤4，当M＞M1时，进入Id弱磁调节段，采用一个Id弱磁调节器，其输入值为M与M1的差值，输出值△Id，△Id≤0，作为补偿量叠加到Id电流环的给定值上；
步骤5，当M＞M2时，进入Id/Iq双弱磁调节段，Id弱磁调节器继续工作，同时启动Iq弱磁调节器，输入值为M与M2的差值，输出值△Iq，△Iq≤0，作为补偿量叠加到Iq电流环的给定值上。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN109617483A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-12 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种永磁同步电机转矩控制方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104333273A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-02-04 | 四川长虹电器股份有限公司 | 永磁同步电机变频控制器弱磁控制方法 |
| CN106899250A (zh) * | 2015-12-18 | 2017-06-27 | 北汽福田汽车股份有限公司 | 用于永磁同步电机的弱磁控制方法、装置和系统及汽车 |
| CN108736787A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 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 |
| CN109617483A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-12 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种永磁同步电机转矩控制方法 |
| CN109831132A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-31 | 上海肖可雷电子科技有限公司 | 一种永磁同步电机的弱磁控制方法 |
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