CN112104278B - 一种永磁同步防失稳弱磁方法 - Google Patents

一种永磁同步防失稳弱磁方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步防失稳弱磁方法,方法包括以下步骤:S1:根据需求的电压利用率设定Udc,设计电压环,计算查表系数k;S2:根据电机转速、母线电压、额定电压Uk和查表调制系数k计算得到最终的实际查表转速;S3:标定的弱磁电流点并存储,根据调制系数k、母线电压Udc、电机转速Spd和转矩请求Tor计算得出(id,iq);S4:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,计算出前馈电压补偿量UdC和UqC;S5:电流调节器采用PI控制器,补偿完成的电流最为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压。本发明提供一种能充分发挥永磁同步电机的特性的永磁同步防失稳弱磁方法。

Description

一种永磁同步防失稳弱磁方法
技术领域
本发明涉及永磁体防失稳技术领域,尤其是涉及一种永磁同步防失稳弱磁方法。
背景技术
目前随着国民经济和科学技术的发展,电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点,广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富,永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式,由于内置式永磁同步电机(IPMSM)可在弱磁条件下具有较宽的调速区间,应用较为广泛。
在IPMSM的控制策略中,为了实现效率的最大化和电流容量的最大利用,电机在弱磁之前将被控制运行在最大转矩电流比(MTPA)曲线上,随着电机速度的不断提升,由d轴q轴电流Id、Iq,永磁体磁链λ,电角速度w所表示的相电压逐渐升高,具体表示为:
Figure BDA0002645087970000011
其中Umax为驱动电机的逆变器受限于电压利用率的控制器相电压。。则由上式可得受限于电压上限的电流限制关系。在dq坐标系上看是一个随着w增大而收缩的椭圆。dq电流坐标须落在此椭圆之内。在弱磁控制阶段,dq电流的限制曲线由两部分构成,即原有的MTPA曲线以及对应当前w的电压限制曲线,称之为弱磁限制曲线。
而永磁同步电机大都要求运行在宽速度范围内,对弱磁质量提出了很高的要求,弱磁策略不完备,极易造成高速运行的不稳定,甚至失控。尤其是特征电流点在电流圆内部的的电机,在高速外特性附近处,常规定向弱磁方法极易出现电压饱和问题,特别是动态调节的时候,导致系统控制失稳。本方案提出一种深度弱磁策略,可以确保电机稳定运行在深度弱磁区,动态响应快,鲁棒性强,扭矩损失小,且实现简单易操作。
中国专利公开号CN107796297A,公开日2018年03月13日,发明创造的名称为基于磁场的边坡深部变形失稳监测系统及监测方法,该申请案包括磁场发射元件、部分张量磁力梯度仪、数据传输系统和数据控制系统;所述磁场发射元件的数量为多个,埋设于边坡内部不同测点,并于各自的测点处发射磁场;所述部分张量磁力梯度仪设于边坡表面并测量各测点的磁场发射元件发出的部分磁场梯度张量,所述部分张量磁力梯度仪的数量不少于三个,且至少三个部分张量磁力梯度仪不共线;所述数据传输系统将磁场梯度张量传输至数据控制系统;所述数据控制系统根据磁场梯度张量进行计算以对边坡变形失稳全过程监测和预警。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的不能充分发挥永磁同步电机的特性的问题,提供一种能充分发挥永磁同步电机的特性的永磁同步防失稳弱磁方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种永磁同步防失稳弱磁方法,方法包括以下步骤:
S1:设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表系数k;
S2:根据电机转速spd、母线电压Udc、额定电压Uk和查表调制系数k计算得到最终的实际查表转速RateLUT;
S3:根据计算的标幺转速RateLUT和转矩请求Tor计算得出(id,iq);
S4:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据补偿之后的转速spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC;
S5:电流调节器采用PI控制器,查表输出电流作为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流。传统的弱磁策略大都集中在特征电流点右侧的区域,没有充分发挥永磁同步电机的特性,对电流极限圆大于特征电流点的永磁同步电机来说,特征电流点左侧依然有功率提升空间,运行在该区域也意味着控制难度的增加,不稳定因素增多,容易失稳,部分弱磁策略不进行该区域的控制。
作为优选,所述步骤S1具体步骤为:
设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表调制系数k,计算公式如下:
Figure BDA0002645087970000021
对K1进行PI调节得出查表调制系数k;
式中:Ud*、Uq*分别为D轴和Q轴的电流调节器的输出,kr表示电压利用率;Udc表示母线电压,Spd表示电机转速,Tor表示电机扭矩指令。
作为优选,所述步骤S2具体步骤为:查表预处理公式如下:
Figure BDA0002645087970000022
式中:spd为电机转速;Udc为系统额定电压;Uk为额定电压;RateLUT为标幺后的查表转速。
作为优选,所述步骤S3具体步骤为:事先标定的弱磁电流点存储在程序里面,程序运行时,根据调制系数k,母线电压Udc,电机转速Spd和转矩请求Tor查表得出(id,iq).其中DQ查表模块是事先在台架上标定好的数据,通过拟合法或者插值法制作成表。DQ查表模块的制作在台架上进行,在设定的母线电压和转速下,通过上位机发送电流和角度指令,实时读取台架显示的扭矩和电参数,找到最大转矩电流点和弱磁区的弱磁电流点,制作成DQ表格,这样就可以通过反查表,输入电压,转速,和扭矩指令,查询需要的DQ轴电流。
作为优选,所述步骤S4具体步骤为:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据补偿之后的转速Spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC,磁链参数表的确定,通常是事先通过台架标定取点,然后再通过拟合法或者插值法制作成表,代码运行时,根据实时的Id、Iq可查表出当前的磁链;
前馈电压计算通过PMSM电机电压方程计算,公式如下:
UdC=-Spd*2π/60*ψq
UqC=Spd*2π/60*ψd
式中:UdC为前馈电压补偿量;ψd为实时磁链;ψq为实时磁链;UqC为前馈电压补偿量。磁链参数表的制作一般需要在台架上进行标定,在设定的母线电压和转速下,进行DQ电流的扫描,得到对应的DQ轴电压,得到的DQ轴电压除以标定时的转速,就可以得到单位转速下的磁链参数,制作成磁链参数表,输入DQ轴电流指令查询当前的磁链,参与到前馈电压的计算中。
作为优选,所述步骤S5具体步骤为:电流调节器采用PI控制器,补偿完成的电流最为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流,由电压前馈单元计算的(UdC,UqC)经加法器累加电流环输出(Ud*,Uq*)得到最终的DQ轴电压(Ud,Uq),并送入SVPWM单元进行调制。
因此,本发明具有如下有益效果:(1)能充分发挥永磁同步电机的特性;
(2)高速弱磁时可以快速稳定动态响应,且扭矩损失很小。
附图说明
图1是本发明的一种流程结构图
图2是本发明的一种查表调制系数k计算结构图
图3是本发明的一种电流查表计算结构图
图4是本发明的一种查表标幺转速计算结构图
图5是本发明的一种前馈电压补偿量计算结构图
图6是本发明的一种DQ轴电压计算结构图
图7是本发明的一种DQ轴调制发波结构图
图8是本发明的一种弱磁限制曲线图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例:一种永磁同步防失稳弱磁方法,如图1所示,方法包括以下步骤:
S1:设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表系数k;具体步骤为:
设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表调制系数k,如图2所示,计算公式如下:
Figure BDA0002645087970000041
对K1进行PI调节得出查表调制系数k;
式中:Ud*、Uq*分别为D轴和Q轴的电流调节器的输出,kr表示电压利用率;Udc表示母线电压,Spd表示电机转速,Tor表示电机扭矩指令。
S2:根据电机转速spd、母线电压Udc、额定电压Uk和查表调制系数k计算得到最终的实际查表转速RateLUT;具体步骤为:如图4所示,查表预处理公式如下:
Figure BDA0002645087970000042
式中:spd为电机转速;Udc为系统额定电压;Uk为额定电压;RateLUT为标幺后的查表转速。
S3:根据计算的标幺转速RateLUT和转矩请求Tor计算得出(id,iq);具体步骤为:如图3所示,事先标定的弱磁电流点存储在程序里面,程序运行时,根据调制系数k,母线电压Udc,电机转速Spd和转矩请求Tor查表得出(id,iq).其中DQ查表模块是事先在台架上标定好的数据,通过拟合法或者插值法制作成表。DQ查表模块的制作在台架上进行,在设定的母线电压和转速下,通过上位机发送电流和角度指令,实时读取台架显示的扭矩和电参数,找到最大转矩电流点和弱磁区的弱磁电流点,制作成DQ表格,这样就可以通过反查表,输入电压,转速,和扭矩指令,查询需要的DQ轴电流。
S4:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据补偿之后的转速spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC;具体步骤为:如图5所示,电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据补偿之后的转速Spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC,磁链参数表的确定,通常是事先通过台架标定取点,然后再通过拟合法或者插值法制作成表,代码运行时,根据实时的Id、Iq可查表出当前的磁链;
前馈电压计算通过PMSM电机电压方程计算,公式如下:
UdC=-Spd*2π/60*ψq
UqC=Spd*2π/60*ψd
式中:UdC为前馈电压补偿量;ψd为实时磁链;ψq实时磁链;UqC为前馈电压补偿量。磁链参数表的制作一般需要在台架上进行标定,在设定的母线电压和转速下,进行DQ电流的扫描,得到对应的DQ轴电压,得到的DQ轴电压除以标定时的转速,就可以得到单位转速下的磁链参数,制作成磁链参数表,输入DQ轴电流指令查询当前的磁链,参与到前馈电压的计算中。
S5:如图6所示,电流调节器采用PI控制器,补偿完成的电流作为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流。具体步骤为:电流调节器采用PI控制器,补偿完成的电流最为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流,如图7所示,由电压前馈单元计算的(UdC,UqC)经加法器累加电流环输出(Ud*,Uq*)得到最终的DQ轴电压(Ud,Uq),并送入SVPWM单元进行调制。传统的弱磁策略大都集中在特征电流点右侧的区域,没有充分发挥永磁同步电机的特性,对电流极限圆大于特征电流点的永磁同步电机来说,特征电流点左侧依然有功率提升空间,运行在该区域也意味着控制难度的增加,不稳定因素增多,容易失稳,部分弱磁策略不进行该区域的控制。
如图8所示,A曲线为MTPA曲线,B曲线为原有的弱磁限制曲线。

Claims (4)

1.一种永磁同步防失稳弱磁方法,其特征是方法包括以下步骤:
S1:设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表系数k,具体过程为:设定电压利用率Kr,设计电压环,计算查表调制系数k,计算公式如下:
Figure FDA0003663217540000011
对K1进行PI调节得出查表调制系数k;
式中:Ud*、Uq*为电流调节器的输出,kr表示电压利用率;Udc表示母线电压,Spd表示电机转速,Tor表示电机扭矩指令;
S2:根据电机转速spd、母线电压Udc、额定电压Uk和查表调制系数k计算得到最终的实际查表转速RateLUT,具体过程为:查表预处理公式如下:
Figure FDA0003663217540000012
式中:spd为电机转速;Udc为系统额定电压;Uk为额定电压;RateLUT为标幺后的查表转速;
S3:标定的弱磁电流点并存储,根据调制系数k、母线电压Udc、电机转速Spd和转矩请求Tor计算得出(id,iq),即根据计算的标幺转速RateLUT和转矩请求Tor计算得出(id,iq);
S4:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据电机转速Spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC;
S5:电流调节器采用PI控制器,查表输出的电流作为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步防失稳弱磁方法,其特征是步骤S3具体步骤为:事先标定的弱磁电流点存储在程序里面,程序运行时,根据调制系数k,母线电压Udc,电机转速Spd和转矩请求Tor查表得出(id,iq)。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步防失稳弱磁方法,其特征是步骤S4具体步骤为:电压前馈单元根据前述计算的参考电流id和iq,结合事先标定的磁链参数表,计算出实时磁链ψd和ψq,然后送入前馈电压计算单元,根据电机转速Spd计算出前馈电压补偿量UdC和UqC,磁链参数表的确定,通常是事先通过台架标定取点,然后再通过拟合法或者插值法制作成表,代码运行时,根据实时的Id、Iq可查表出当前的磁链;
前馈电压计算通过PMSM电机电压方程计算,公式如下:
UdC=-Spd*2π/60*ψq
UqC=Spd*2π/60*ψd
式中:UdC为前馈电压补偿量;ψd为实时磁链;ψq为实时磁链;UqC为前馈电压补偿量。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步防失稳弱磁方法,其特征是步骤S5具体步骤为:电流调节器采用PI控制器,补偿完成的电流最为参考输入,经电流调节器调节,输出参考电压(Ud*,Uq*),idf、iqf为电机实际反馈的DQ轴电流,由电压前馈单元计算的(UdC,UqC)经加法器累加电流环输出(Ud*,Uq*)得到最终的DQ轴电压(Ud,Uq),并送入SVPWM单元进行调制。
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Address before: 310051 1st and 6th floors, no.451 Internet of things street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province

Applicant before: ZHEJIANG LEAPMOTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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GR01 Patent grant
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