CN111884552A - 基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法及系统，方法包括根据转速反馈值经过电流工作点规划关系规律计算虚拟电流极限值，将转速给定值与转速反馈值进行差分，经过转速调节器，采用MTPA算法计算参考电流初始给定值，结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到参考电流给定值，与反馈电流实际值进行差分，得到参考电压初始给定值，再经过前馈解耦后得到参考电压初始给定值；计算初始参考电压矢量的幅值，判断电机运行区域；对参考电压初始给定值进行幅值判断得到参考电压给定值，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。该方法能够降低三相电流THD、降低稳态工作点位于电流极限圆内时升速过程中的转速超调量，提高系统的动态性能。

Description

基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法及系统

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种电机控制技术，特别涉及一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法及系统。

背景技术

随着目前智能制造和装备领域的快速发展，高功率密度、高效率、低成本及更少体积等电机性能的需求也越来越大。高速永磁同步电机因其高效节能、体积小、控制效果良好等特点，得到了广泛的应用。已应用于飞轮储能、电动汽车等领域并发挥着重要的作用。

随着电机转速的升高，电机的反电动势增加，电机端电压也将随之增加。由于供电电压的限制及电流控制器的饱和影响，电机的运行范围受到约束。因此电机要能够在高速域良好运行，需要采用弱磁控制进行扩速运行。

目前已发展出了电压前馈法、电压反馈法、单电流调节器法、查表法等多种永磁同步电机弱磁控制方法，其中电压反馈法实现容易、鲁棒性好、不依赖电机参数、可以实现MTPA控制与弱磁控制的平滑过渡。经典的电压反馈法的实现方式为：比较参考电压矢量的幅值与设定的电压极限值判断是否进入弱磁区域，将设定的电压极限值与参考电压矢量的幅值的差值经过一个比例积分调节器或积分调节器转化为负向d轴电流(即弱磁电流)从而实现弱磁控制。

但是此电压反馈法存在一些局限，首先输出电压矢量幅值波动增加了电流纹波，通常将电压极限值设置为逆变器能够输出的最大不失真电压值，在不考虑逆变器非线性作用的情况下，电压反馈法将通过电压反馈调节器的作用使参考电压矢量的幅值稳定在设定的电压极限值左右，此参考电压矢量直接作为调制策略的输入值，当参考电压矢量幅值大于电压极限值时，逆变器便会进入过调制区域，造成输出的电压矢量幅值的波动，进而造成了电机相电流幅值的波动，增加了电流纹波。其次，升速时转速波形存在超调量，动态特性差。

若稳态工作点位于电流极限圆内，则目标负载转矩小于目标转速下的最大转矩，当实际转速没有到达目标转速时，转速调节器将一直输出饱和值，电流工作点将保持在电流极限圆上直到实际转速达到目标转速，此后电流工作点将离开电流极限圆，最终收敛到目标工作点。当实际转速加速到目标转速时，此时的电磁转矩大于负载转矩，电机将继续升速直到电磁转矩等于负载转矩，此后又逐渐减速直到电流工作点收敛到目标工作点，这一过程使转速存在超调量，恶化了电机的动态性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本提供了一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法及系统，该方法保持了不依赖电机参数、鲁棒性好等传统电压反馈法的优势，同时能够降低三相电流THD、降低了稳态工作点位于电流极限圆内时升速过程中的转速超调量，提高系统的动态性能。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，包括以下步骤：

(1)根据采集到的转速反馈值经过电流工作点规划关系规律计算得到虚拟电流极限值，将虚拟电流极限值作为转速调节器的饱和值。

(2)将转速给定值与采集到的转速反馈值进行差分，经过转速调节器输出参考定子电流矢量幅值，采用最大转矩电流比(MTPA)算法计算得到d、q轴参考电流初始给定值，结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；

(3)将d、q轴参考电流给定值与d、q轴反馈电流实际值进行差分，通过电流PI调节器输出得到含耦合的d、q轴参考电压初始给定值，再经过前馈解耦后得到d、q轴参考电压初始给定值；

(4)根据d、q轴参考电压初始给定值计算得到初始参考电压矢量的幅值，判断电机运行区域，决定弱磁控制的输出；

(5)对d、q轴参考电压初始给定值进行幅值判断得到d、q轴参考电压给定值，再将d、q轴参考电压给定值进行坐标变换，采用空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)调制方式控制逆变器输出。

进一步地，步骤(1)具体如下：

(1.1)根据采用MTPA算法得到的MTPA曲线、转速给定值、负载转矩给定值、电压极限值计算得到目标电流工作点的坐标即稳态电流工作点，并由稳态电流工作点的坐标得到稳态电流矢量的幅值；

(1.2)通过预设的转折速度、电流极限值、转速给定值、稳态电流矢量的幅值计算得到虚拟电流极限值与实际转速的关系规律即电流工作点规划关系规律；

(1.3)根据转速反馈实际值和关系规律计算得到实时虚拟电流极限值，此阶段电流工作点运行在以虚拟电流极限值为半径的虚拟电流极限圆与实时电压极限椭圆的交点上，并沿着此交点轨迹最终运行到目标工作点达到稳态。

进一步地，步骤(2)中d、q轴参考电流初始给定值结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值，d轴参考电流初始给定值与弱磁控制输出的电流相加得到d轴参考电流给定值，计算虚拟电流极限值的平方与d轴参考电流给定值的平方的差的平方根，作为q轴参考电流给定值的饱和限幅值。

进一步地，步骤(4)中将计算得到的初始参考电压矢量的幅值与预设的电压极限值进行比较，若初始参考电压矢量的幅值小于等于电压极限值，则电机运行于恒转矩区域；若幅值大于电压极限值，则电机运行于弱磁区域。

进一步地，步骤(4)中电机运行区域分为恒转矩区域和弱磁区域；

当电机运行于恒转矩区域时，步骤(2)中弱磁控制的输出为0，d、q轴参考电流给定值等于d、q轴参考电流初始给定值；

当电机运行于弱磁区域时，弱磁控制的输出不为0，d、q轴参考电流给定值根据d、q轴参考电流初始给定值、弱磁控制输出的弱磁电流和虚拟电流极限值得到。

进一步地，步骤(5)具体如下：

(5.1)将d、q轴参考电压初始给定值相除并利用反正切函数得到初始参考电压矢量与d轴的夹角；

(5.2)对初始参考电压矢量的幅值进行判断得到参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值小于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于初始参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值大于或等于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于电压极限值；

(5.3)将参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的余弦值相乘、参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的正弦值相乘，分别得到d、q轴参考电压给定值，将其进行坐标变换，转换到两相静止坐标系，作为SVPWM的输入值，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

按照本发明的另一方面，还提供了一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，包括：

轨迹规划模块，用于根据采集到的转速反馈值经过电流工作点规划关系规律计算得到虚拟电流极限值，并将虚拟电流极限值作为转速调节器输出饱和值；

参考电流给定值获取模块，用于将转速给定值与采集到的转速反馈值进行差分，经过转速调节器输出参考定子电流矢量幅值，采用MTPA算法计算得到d、q轴参考电流初始给定值，结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；

参考电压初始给定值获取模块，用于将d、q轴参考电流给定值与d、q轴反馈电流实际值进行差分，通过电流PI调节器输出得到含耦合的d、q轴参考电压初始给定值，再经过前馈解耦后得到d、q轴参考电压初始给定值；

电机运行区域判断模块，用于根据d、q轴参考电压初始给定值计算得到初始参考电压矢量的幅值，判断电机运行区域，决定弱磁控制的输出；

逆变器输出控制模块，用于对d、q轴参考电压初始给定值进行幅值判断得到d、q轴参考电压给定值，再将d、q轴参考电压给定值进行坐标变换，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

进一步地，轨迹规划模块用于根据采用MTPA算法得到的MTPA曲线、转速给定值、负载转矩给定值、电压极限值计算得到目标电流工作点的坐标即稳态电流工作点，并由稳态电流工作点的坐标得到稳态电流矢量的幅值；通过预设的转折速度、电流极限值、转速给定值、稳态电流矢量的幅值计算得到虚拟电流极限值与实际转速的关系规律即电流工作点规划关系规律；根据转速反馈实际值和关系规律计算得到实时虚拟电流极限值，此阶段电流工作点运行在以实时虚拟电流极限值为半径的虚拟电流极限圆与实时电压极限椭圆的交点上，并沿着此交点轨迹最终运行到目标工作点达到稳态。

进一步地，参考电流给定值获取模块中，d、q轴参考电流初始给定值结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值。d轴参考电流初始给定值与弱磁控制输出的电流相加得到d轴参考电流给定值，计算虚拟电流极限值的平方与d轴参考电流给定值的平方的差的平方根，作为q轴参考电流给定值的饱和限幅值。

进一步地，判断电机运行区域的依据为：将计算得到的初始参考电压矢量的幅值与预设的电压极限值进行比较，若初始参考电压矢量的幅值小于等于电压极限值，则电机运行于恒转矩区域；若幅值大于电压极限值，则电机运行于弱磁区域。

进一步地，当电机运行于恒转矩区域时，弱磁控制的输出为0，d、q轴参考电流给定值等于d、q轴参考电流初始给定值；

当电机运行于弱磁区域时，弱磁控制的输出不为0，d、q轴参考电流给定值根据d、q轴参考电流初始给定值、弱磁控制输出的弱磁电流和虚拟电流极限值得到。

进一步地，逆变器输出控制模块包括：

夹角获取单元，用于将d、q轴参考电压初始给定值相除并利用反正切函数得到初始参考电压矢量与d轴的夹角；

参考电压矢量幅值获取单元，用于对初始参考电压矢量的幅值进行判断得到参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值小于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于初始参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值大于或等于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于电压极限值；

逆变器输出单元，用于将参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的余弦值相乘、参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的正弦值相乘，分别得到d、q轴参考电压给定值，将其进行坐标变换，转换到两相静止坐标系，作为SVPWM的输入值，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明在保留了原有电压反馈弱磁方法所具有的不依赖电机参数、鲁棒性强、MTPA控制与弱磁控制切换平滑灵活等优点的同时，对输入调制策略模块的参考电压矢量进行优化，抑制了参考电压矢量的幅值波动，从而可以减小电流纹波，从而降低三相电流THD。如果没有这个优化步骤，参考电压的矢量的幅值将会在预设的电压极限值附近波动，即会出现大于电压极限值和小于电压极限值的情况。由于采用了SVPWM调制方式，电压极限值一般取SVPWM的最大线性调制电压，当参考电压的矢量大于电压极限值，则参考电压矢量就超出了线性调制范围，会使输出电流的正弦度降低。而采用了该优化步骤使电压矢量一定不存在大于电压极限值的情况，因此电压矢量幅值的波动大小就减小了，电压矢量的幅值波动会造成电流矢量的幅值波动，电压矢量幅值波动减小，故电流矢量幅值波动减小，故可以减小电流纹波，由于采用了该优化步骤，参考电压矢量一直保持在线性调制区，电流波形的正弦度更好，故三相电流THD降低。本发明还通过重新规划电流工作点的运行轨迹解决了传统方法中当稳态工作点位于电流极限圆内时存在的转速超调问题，提高了系统的动态性能。

附图说明

图1是本发明提供的基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制框图；

图2是传统基于电压反馈的永磁同步电机弱磁控制框图；

图3是本发明提出的参考电压矢量修正的控制框图；

图4是传统的电压反馈弱磁控制方法电流工作点运行轨迹和本发明弱磁优化控制方法的电流工作点运行轨迹及其示意图；

图5是本发明提出的电流工作点轨迹规划的控制框图；

图6是本发明提出的稳态电流工作点示意图；

图7是本发明提出的虚拟电流极限值与实际转速关系规律示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，该方法保持了不依赖电机参数、鲁棒性好等传统电压反馈法的优势，同时能够降低三相电流THD、降低了稳态工作点位于电流极限圆内时升速过程中的转速超调量，提高系统的动态性能。控制框图如图1所示。

(1)将转速给定值与采集到的转速反馈值差分，经过转速调节器输出参考定子电流矢量幅值i_s ^*，采用如下式所示的MTPA算法，计算得到d、q轴参考电流初始给定值i_d0和i_q0。

式中L_d、L_q表示d、q轴的电感分量，ψ_f为永磁体的磁链。

将d、q轴参考电流初始给定值i_d0和i_q0与虚拟电流极限值i_pi、弱磁控制模块输出的弱磁电流Di_d按式(2)式(3)计算得到d、q轴参考电流给定值i_dref和i_qref。

i_dref＝i_d0+Δi_d(2)

当电机运行于恒转矩区时，此时系统采用MTPA控制算法，Δi_d为0，d、q轴参考电流给定值即初始给定值。当电机运行于弱磁区域时，d、q轴参考电流给定值与初始给定值不同。

(2)d、q轴参考电流给定值i_dref和i_qref与d、q轴反馈电流实际值i_d和i_q差分，通过电流PI调节器输出得到含耦合的d、q轴参考电压初始给定值U_d0和U_q0，再经过前馈解耦模块得到d、q轴参考电压初始给定值U_d1和U_q1，其计算方法如下式所示，式中ω为电角速度。

(3)根据前馈解耦模块输出的d、q轴参考电压初始给定值U_d1和U_q1计算得到初始参考电压矢量的幅值U_s ^*，如式(5)所示，将计算得到的幅值与设定的电压极限值U_max进行比较，若U_s ^*<U_max，则电机没有进入弱磁区域，电机运行于恒转矩区，弱磁控制模块输出Δi_d＝0，若U_s ^*>U_max，则电机进入弱磁区域，弱磁控制模块根据实时状态输出非零弱磁电流Δi_d。

其中，电压极限值U_max为逆变器能够输出的最大不失真电压矢量幅值，采用SVPWM调制，则取电压极限值为直流母线电压U_dc的

图2是传统基于电压反馈的永磁同步电机弱磁控制框图，从框图中可以看出，传统的控制策略中d、q轴参考电压初始给定值U_d1和U_q1直接作为参考电压矢量进行输出，由于采用了弱磁PI调节器，电压矢量的幅值将稳定在电压极限附近波动，当电压矢量超过极限值时，逆变器将会进入过调制范围，在运行过程中，输出电压矢量的幅值将会波动，电压矢量的幅值波动会引起电流矢量的幅值波动从而增加了系统三相电流的THD。本发明对传统的控制策略中d、q轴参考电压初始给定值U_d1和U_q1进行处理得到d、q轴参考电压给定值U_dref和U_qref，再将d、q轴参考电压给定值进行坐标变换，采用SVPWM调制控制逆变器输出。所述步骤4具体如下，控制框图如图3所示。

(4.1)将d、q轴参考电压初始给定值U_d1和U_q1相除并利用反正切函数得到初始参考电压矢量与d轴夹角δ与其正弦值sinδ与余弦值cosδ，如下式所示：

(4.2)对初始参考电压矢量幅值U_s ^*进行如式(7)的判断处理得到参考电压矢量幅值。

(4.3)根据参考电压矢量的幅值U_ref ^*，保持其与d轴夹角为δ，可以如式(8)所示得到d、q轴参考电压给定值U_dref和U_qref，将其进行坐标变换，转换到两相静止坐标系，作为SVPWM的输入值。

本发明针对稳态工作点位于电流极限圆中的情况，此时目标负载转矩小于目标转速下的最大转矩。图4展示了传统基于电压反馈弱磁控制方法的电流轨迹，即A-B-W线段，当实际转速没有到达目标转速时，转速调节器将一直输出饱和值，电流工作点将保持在电流极限圆上直到实际转速达到目标转速，即AB段，到达B点后，此后电流工作点将离开电流极限圆，最终收敛到目标工作点。当实际转速加速到目标转速时，此时的电磁转矩大于负载转矩，电机将继续升速直到电磁转矩等于负载转矩，此后又逐渐减速直到电流工作点收敛到目标工作点，这一过程使转速存在超调量。因此本发明提出了如图4线段A-C-W所示的转速达到目标转速之前使电流工作点的轨迹提前收敛的方法。本发明提出的方法根据转速给定值n^*、转速反馈实际值n、电压极限值U_max、电流极限值I_smax和负载转矩T_l ^*对电流工作点的轨迹进行规划，所述步骤5具体如下，轨迹规划框图如图5所示。

(5.1)根据MTPA曲线、转速给定值n^*、负载转矩给定值T_l ^*、电压极限值I_smax获得目标电流工作点的坐标即稳态电流工作点。如图6所示，稳态电流工作点共有两种可能，稳态电流工作点处于MTPA曲线和恒转矩曲线交点，如A点，或稳态工作点处于电压极限椭圆与恒转矩曲线交点，如B点。MTPA曲线上的电流工作点(i_d，i_q)满足如下式：

如下式所示，联立目标转速下的电压极限椭圆方程、MTPA曲线方程、转矩方程求解目标转速下的电压极限椭圆与MTPA曲线交点处的转矩T_J。

式中，ω^*为目标转速对应的电角速度，p为电机极对数。

显然，若T_J>T_l ^*，则稳态工作点位于MTPA曲线与恒转矩曲线交点，此时，稳态工作点(i_dend，i_qend)可以通过下式计算：

若T_J<T_l ^*，则稳态工作点位于目标转速下的电压极限椭圆与恒转矩曲线交点，此时，稳态工作点可以通过下式计算：

由稳态电流工作点的坐标(i_dend，i_qend)按如下计算表达式得到稳态电流矢量的幅值I_send。

考虑到计算的精度误差，应对结果留一定裕度，得到如下的稳态电流矢量的幅值I_slim。

I_slim＝I_send(1+a) (14)

式中，a表示误差因子，可选地a＝0.05。

(5.2)通过设定的转折速度n_c、电流极限值I_smax、转速给定值n^*、稳态电流矢量的幅值I_slim计算虚拟电流极限值与实际转速的关系规律f(n)。

当实际转速没有到达目标转速时，转速调节器将一直输出饱和值，传统方法中转速调节器饱和值固定为电流极限值，即I_smax，q轴参考电流给定值的饱和限幅值为电流极限值平方I_smax ²与d轴参考电流给定值的平方I_dref ²的差的平方根，即电流工作点将保持在电流极限圆上直到实际转速达到目标转速。通过构造一个虚拟电流极限圆代替电流极限圆，虚拟电流极限圆的半径称为虚拟电流极限值，虚拟电流极限值的初始值等于电流极限值，随着转速上升的同时降低虚拟电流极限值可以使电流工作点向稳态工作点方向收敛，将虚拟电流极限值记为I_pi。该变轨迹动作可以在基速以上、目标转速n^*以下的任意转速实现。

称开始调整虚拟电流极限值时的转速为转折速度n_c。在转速小于转折转速时，电流极限圆与虚拟电流极限圆重合，转速到达n_c后，轨迹将会脱离电流极限圆，工作在虚拟电流极限圆上。电流工作点延电流极限圆运动时，将一直以当前转速下最大转矩运行，这有利于快速升速，而n_c接近额定转速时变化PI调节器饱和值将会降低系统的稳定性。因此可以根据对系统快速性和系统稳定的要求进行平衡，设定转折速度n_c。可选地n_c＝n_b+0.8(n^*-n_b)。

显然，虚拟电流极限值I_pi和实际转速n有关，它们之间的关系规律f(n)满足：

按照如图7所示的变化规律可以实现平滑、稳定的调节，通过设定的转折速度n_c、电流极限值I_smax、转速给定值n^*、稳态电流矢量的幅值I_slim可以推导出关系规律f(n)，用数学表达式表示为如下形式：

(5.3)根据转速反馈实际值和5.2所得出的关系规律f(n)计算得到实时虚拟电流极限值I_pi＝f(n)。此阶段电流工作点将运行在以虚拟电流极限值为半径的圆与电压极限椭圆的交点上，并沿着此交点轨迹最终运行到目标工作点达到稳态。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据采集到的转速反馈值经过电流工作点规划关系规律计算得到虚拟电流极限值，将虚拟电流极限值作为转速调节器的饱和值；

(2)将转速给定值与采集到的转速反馈值进行差分，经过转速调节器输出参考定子电流矢量幅值，采用MTPA算法计算得到d、q轴参考电流初始给定值，结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；

(3)将所述d、q轴参考电流给定值与d、q轴反馈电流实际值进行差分，通过电流PI调节器输出得到含耦合的d、q轴参考电压初始给定值，再经过前馈解耦后得到d、q轴参考电压初始给定值；

(4)根据所述d、q轴参考电压初始给定值计算得到初始参考电压矢量的幅值，判断电机运行区域，决定弱磁控制的输出；

(5)对d、q轴参考电压初始给定值进行幅值判断得到d、q轴参考电压给定值，再将d、q轴参考电压给定值进行坐标变换，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，其特征在于，步骤(1)得到虚拟电流极限值还包括以下步骤：

(2.1)根据采用MTPA算法得到的MTPA曲线、转速给定值、负载转矩给定值、电压极限值计算得到目标电流工作点的坐标即稳态电流工作点，并由稳态电流工作点的坐标得到稳态电流矢量的幅值；

(2.2)通过预设的转折速度、电流极限值、转速给定值、稳态电流矢量的幅值计算得到虚拟电流极限值与实际转速的关系规律即电流工作点规划关系规律；

(2.3)根据转速反馈实际值和所述关系规律计算得到实时虚拟电流极限值，此阶段电流工作点运行在以虚拟电流极限值为半径的虚拟电流极限圆与实时电压极限椭圆的交点上，并沿着此交点轨迹最终运行到目标工作点达到稳态。

3.根据权利要求1所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，其特征在于，步骤(2)中d、q轴参考电流初始给定值结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；d轴参考电流初始给定值与弱磁控制输出的电流相加得到d轴参考电流给定值，计算虚拟电流极限值的平方与d轴参考电流给定值的平方的差的平方根，并将其作为q轴参考电流给定值的饱和限幅值。

4.根据权利要求1所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，其特征在于，步骤(4)中将计算得到的初始参考电压矢量的幅值与预设的电压极限值进行比较，若初始参考电压矢量的幅值小于等于电压极限值，则电机运行于恒转矩区域；若幅值大于电压极限值，则电机运行于弱磁区域；

当电机运行于恒转矩区域时，步骤(2)中弱磁控制的输出为0，d、q轴参考电流给定值等于d、q轴参考电流初始给定值；

当电机运行于弱磁区域时，弱磁控制的输出不为0，d、q轴参考电流给定值根据d、q轴参考电流初始给定值、弱磁控制输出的弱磁电流和虚拟电流极限值得到。

5.根据权利要求1所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制方法，其特征在于，所述步骤(5)具体如下：

(5.1)将d、q轴参考电压初始给定值相除并利用反正切函数得到初始参考电压矢量与d轴的夹角；

(5.2)对初始参考电压矢量的幅值进行判断得到参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值小于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于初始参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值大于或等于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于电压极限值；

(5.3)将参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的余弦值相乘、参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与d轴夹角的正弦值相乘，分别得到d、q轴参考电压给定值，将其进行坐标变换，转换到两相静止坐标系，作为SVPWM的输入值，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

6.一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，其特征在于，包括：

轨迹规划模块，用于根据采集到的转速反馈值经过电流工作点规划关系规律计算得到虚拟电流极限值，并将虚拟电流极限值作为转速调节器输出饱和值；

参考电流给定值获取模块，用于将转速给定值与采集到的转速反馈值进行差分，经过转速调节器输出参考定子电流矢量幅值，采用MTPA算法计算得到d、q轴参考电流初始给定值，结合经过弱磁控制输出的电流与虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；

参考电压初始给定值获取模块，用于将所述d、q轴参考电流给定值与d、q轴反馈电流实际值进行差分，通过电流PI调节器输出得到含耦合的d、q轴参考电压初始给定值，再经过前馈解耦后得到d、q轴参考电压初始给定值；

电机运行区域判断模块，用于根据所述d、q轴参考电压初始给定值计算得到初始参考电压矢量的幅值，判断电机运行区域，决定弱磁控制的输出；

逆变器输出控制模块，用于对d、q轴参考电压初始给定值进行幅值判断得到d、q轴参考电压给定值，再将d、q轴参考电压给定值进行坐标变换，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

7.根据权利要求6所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，其特征在于，轨迹规划模块用于根据采用MTPA算法得到的MTPA曲线、转速给定值、负载转矩给定值、电压极限值计算得到目标电流工作点的坐标即稳态电流工作点，并由稳态电流工作点的坐标得到稳态电流矢量的幅值；通过预设的转折速度、电流极限值、转速给定值、稳态电流矢量的幅值计算得到虚拟电流极限值与实际转速的关系规律即电流工作点规划关系规律；根据转速反馈实际值和所述关系规律计算得到实时虚拟电流极限值，此阶段电流工作点运行在以实时虚拟电流极限值为半径的圆与实时电压极限椭圆的交点上，并沿着此交点轨迹最终运行到目标工作点达到稳态。

8.根据权利要求6所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，其特征在于，判断电机运行区域的依据为：将计算得到的初始参考电压矢量的幅值与预设的电压极限值进行比较，若初始参考电压矢量的幅值小于等于电压极限值，则电机运行于恒转矩区域；若幅值大于电压极限值，则电机运行于弱磁区域；

当电机运行于恒转矩区域时，弱磁控制的输出为0，d、q轴参考电流给定值等于d、q轴参考电流初始给定值；

当电机运行于弱磁区域时，弱磁控制的输出不为0，d、q轴参考电流给定值根据d、q轴参考电流初始给定值、弱磁控制输出的弱磁电流和虚拟电流极限值得到。

9.根据权利要求6所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，其特征在于，d、q轴参考电流初始给定值结合经过弱磁控制输出的电流和虚拟电流极限值得到d、q轴参考电流给定值；d轴参考电流初始给定值与弱磁控制输出的电流相加得到d轴参考电流给定值，计算虚拟电流极限值的平方与d轴参考电流给定值的平方的差的平方根，作为q轴参考电流给定值的饱和限幅值。

10.根据权利要求6所述的一种基于电压反馈的永磁同步电机弱磁优化控制系统，其特征在于，所述逆变器输出控制模块包括：

夹角获取单元，用于将d、q轴参考电压初始给定值相除并利用反正切函数得到初始参考电压矢量与d轴的夹角；

参考电压矢量幅值获取单元，用于对初始参考电压矢量的幅值进行判断得到参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值小于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于初始参考电压矢量幅值，若初始参考电压矢量幅值大于或等于电压极限值，则参考电压矢量幅值等于电压极限值；

逆变器输出单元，用于将参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与与d轴夹角的余弦值相乘、参考电压矢量的幅值和初始参考电压矢量与与d轴夹角的正弦值相乘，分别得到d、q轴参考电压给定值，将其进行坐标变换，转换到两相静止坐标系，作为SVPWM的输入值，采用SVPWM调制方式控制逆变器输出。

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