CN114244218B - 一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法。该方法以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出设计弱磁调节器。当电压达到最大值时启动弱磁调节器。还设置了转速偏差阈值，若转速偏差大于该阈值，弱磁调节器做比例运算，若转速偏差小于该阈值，弱磁调节器做积分运算。相比常用的永磁同步电机弱磁控制方法具有以下优点：无需电机参数，方法简单、易于实现。

Description

一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法
技术领域
本发明属于交流电机传动技术领域，涉及永磁同步电机矢量控制系统控制方法，特别是涉及能够实现永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制的方法。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)具有高功率密度、高可靠性和高效率的特点，在要求宽调速范围、快响应及高精度的伺服驱动系统中得到广泛应用，近年来开始应用在电动汽车领域。
永磁同步电机普遍采用直轴电流id＝0的矢量控制方法，由三相电压源型逆变器供电。在直流母线电压一定的情况下，逆变器能输出的最大电压是一定的，当输出电压达到最大值，会引起交轴电流调节器的饱和。为了获得更宽的转速调节范围，在基速以上高速运行时就需要对电机进行弱磁控制。
现有技术中一般是通过增加定子直轴电流去磁分量来维持高速运行时的电压平衡，常用的弱磁控制方法有公式计算法、查表法和电流角度法等。公式计算法根据电机交直轴电感、永磁磁链、电压极限值等参数，通过公式计算直轴电流给定。查表法根据磁链的变化，及磁链与转矩、电流之间的关系，通过大量实验测试，选取一些转速点来测量得到三者之间的数据关系，形成数据表。梯度下降法是根据永磁同步电机的电压极限椭圆的电压递减方向和恒转矩运行曲线方向之间的夹角大小确定电机运行所在的弱磁区域，通过公式计算两者之间的夹角，然后根据所在的弱磁区域，作相应的电流给定值修正。
上述方法在实施过程中有的需要使用到电机参数，而电机参数在电机运行过程中存在时变，难以确定，有的方法本身比较复杂、难以实现。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，设计了以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出的弱磁调节器，在输出电压达到最大值时启动，以提高转速，获得更宽的转速调节范围。
一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，具体包括以下步骤：
步骤一、以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出设计弱磁调节器，设定转速偏差阈值N和弱磁调节器的比例系数kp与积分系数ki。
所述转速偏差阈值N与额定转速成比例关系，为额定转速的0.0％～10.0％。
设置比例系数kp的取值范围为[0.0,20.0]，积分系数ki的取值范围为[0.0,10.0]。
作为优选，所述转速偏差阈值N为额定转速的2.0％，比例系数kp和积分系数ki均为1.0。
步骤二、采用恒相幅值坐标变换，计算输出电压us：
当us<0.66Udc时，保持直轴电流给定idr＝0的矢量控制方法；当us≥0.66Udc时，启动弱磁控制单元，并进入步骤三。
其中，ud为直轴电压，uq为交轴电压，Udc为直流母线电压，idr为直轴电流给定。
步骤三、计算转速给定值nr与转速反馈值n间的转速偏差值，并与步骤一中设定的转速偏差阈值N进行比较，控制弱磁调节器以不同方式输出直轴电流给定idr：
idr＝-kp(nr–n)，nr–n＞N
idr＝-kiΣ(nr–n)Δt，nr–n＜N
其中，Δt为控制周期，Σ为求和符号。
作为优选，为防止弱磁调节器输出的负向直轴电流给定过大造成电机失磁，设置弱磁调节器输出的最大负向直轴电流给定为80％额定电流。
本发明具有以下有益效果：
与现有的永磁同步电机弱磁控制方法相比，本方法计算方便，并且不需要使用到电机参数，易于实现。
附图说明
图1是常见的永磁同步电机矢量控制系统结构图。
图2是实施中引入弱磁控制单元的永磁同步电机矢量控制系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的解释说明；
常见的永磁同步电机矢量控制系统结构图如图1所示，包括三相永磁同步电机、电压源型逆变器、空间矢量PWM调制单元、电流检测与变换单元、直轴电流调节器、交轴电流调节器、转速调节器、位置和转速计算单元。
一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，具体包括以下步骤：
步骤一、如图2所示，引入弱磁控制单元的永磁同步电机矢量控制系统，包括三相永磁同步电机、电压源型逆变器、空间矢量PWM调制单元、电流检测与变换单元、直轴电流调节器、交轴电流调节器、转速调节器、位置和转速计算单元以及弱磁调节器。所述弱磁调节器以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出。设置转速偏差阈值N为额定转速的2.0％，比例系数kp和积分系数ki均为1.0。
步骤二、采用恒相幅值坐标变换，计算输出电压us：
当us<0.66Udc时，保持直轴电流给定idr＝0的矢量控制方法；当us≥0.66Udc时，启动弱磁控制单元，并进入步骤三。
其中，ud为直轴电压，uq为交轴电压，Udc为直流母线电压，idr为直轴电流给定。
步骤三、计算转速给定值nr与转速反馈值n间的转速偏差值，并与步骤一中设定的转速偏差阈值N进行比较，控制弱磁调节器以不同方式输出直轴电流给定idr：
idr＝-kp(nr–n)，nr–n＞N
idr＝-kiΣ(nr–n)Δt，nr–n＜N
其中，Δt为控制周期，Σ为求和符号。
步骤四、为防止弱磁调节器输出的负向直轴电流给定过大造成电机失磁，设置弱磁调节器输出的最大负向直轴电流给定为80％额定电流，当步骤三计算得到的直轴电流给定idr超过额定电流的80％时，弱磁调节器按照额定电流的80％输出负向直轴电流给定。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，其特征在于：在永磁同步电机矢量控制系统引入弱磁调节器，在输出电压达到最大值时启动；所述弱磁调节器以转速偏差为输入，通过计算输出负向直轴电流给定；当转速偏差大于设定阈值时，弱磁调节器进行比例计算；当转速偏差小于设定阈值时，弱磁调节器进行积分计算；
具体包括以下步骤：
步骤一、以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出设计弱磁调节器，设定转速偏差阈值N和弱磁调节器的比例系数kp与积分系数ki；
步骤二、采用恒相幅值坐标变换，计算输出电压us：
当us<0.66Udc时，保持直轴电流给定idr＝0的矢量控制方法；当us≥0.66Udc时，启动弱磁控制单元，并进入步骤三；
其中，ud为直轴电压，uq为交轴电压，Udc为直流母线电压，idr为直轴电流给定；
步骤三、计算转速给定值nr与转速反馈值n间的转速偏差值，并与步骤一中设定的转速偏差阈值N进行比较，控制弱磁调节器以不同方式输出直轴电流给定idr：
idr＝-kp(nr-n)，nr-n＞N
idr＝-kiΣ(nr-n)Δt，nr-n＜N
其中，Δt为控制周期，Σ为求和符号；
步骤四、当步骤三计算得到的直轴电流给定idr超过额定电流的80％时，弱磁调节器按照额定电流的80％输出负向直轴电流给定。
2.如权利要求1所述一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，其特征在于：所述转速偏差阈值N为额定转速的0.0％～10.0％。
3.如权利要求1所述一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，其特征在于：比例系数kp的取值范围为[0.0,20.0]，积分系数ki的取值范围为[0.0,10.0]。
4.如权利要求1所述一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，其特征在于：所述转速偏差阈值N为额定转速的2.0％，比例系数kp和积分系数ki均为1.0。
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