一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法技术

本发明专利技术公开了一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，包括如下步骤：检测电机速度，比较给定转速ω*

【技术实现步骤摘要】
一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
本专利技术涉及一种电机矢量控制
，特别涉及一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法。
技术介绍
传统汽车尾气的大量排放迫使人们追求更加清洁的能源，电动汽车以其清洁环保的特点，受到世界各国的关注。内嵌式永磁同步电机的调速系统是保证电机良好运行的重要方面，与永磁同步电机的转矩密切相关，在永磁同步电机的调速系统中，电机定子电流是一个矢量，其幅值决定电流矢量的大小，相位决定电流矢量的方向，调速控制中，主要是对电机定子电流的幅值和相位进行控制，也就是所谓的矢量控制。由永磁同步电机的数学模型可知，在d-q轴旋转坐标系下，内嵌式永磁同步电机的电磁转矩可以表示为式中P为极对数，ψm为永磁体磁链，id，iq为dq轴电流，Ld，Lq为d-q轴等效电感。从上式可以看出，在电机参数已知的基础下，控制id，iq就可以控制电机转矩，而id，iq又是由定子电流的空间矢量Is的幅值和相位决定的，即id＝-Issin(β)iq＝Iscos(β)其中Is为电流矢量幅值，β为电流矢量角。对于内嵌式永磁同步电机，由于其转子磁路结构不对称，使得交直轴结构不相等，一般来说Ld<Lq。如果合理的控制β的大小，可以利用磁阻转矩提高电机的功率密度以及过载能力。为此，常采用的一种控制方式就是最大转矩电流比控制，即以最小的定子电流，产生最大输出转矩。要实现最大转矩电流控制，电机的电流矢量β应满足在电机参数已知的情况下，可以计算出电流矢量β应该满足但获得准确的电机参数在实际应用中非常困难，而且内嵌式永磁同步电机的参数具有非线性，强耦合的特点，且会随着电枢电流，负载，温度的不同而发生变化。所以这种基于电机参数的计算得到电流矢量角只能作为理论参考，实际的控制效果并不理想。目前常用的一种高性能的最大转矩电流比控制算法是基于高频信号注入的方法。基本原理是在电流矢量角β中注入一个高频的小幅值信号，然后提取转矩信号Te中的高频分量，经过一系列的信号处理，得到的结果，用来调节电流矢量角。本专利技术的控制算法和系统就是在信号注入的基础进行改进和创新的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有最大转矩电流比算法参数依赖性高，控制精度和动态性能较差的问题。本专利技术提供了一种无需电机具体参数，动态性能和静态精度更加良好的最大转矩电流比控制方法和系统。为达到技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，包括如下步骤：步骤1，检测电机速度，作为电机的速度反馈，比较给定转速ω*ref和速度反馈ω得出速度偏差e，采用PI控制器计算电机电枢电流幅值，PI控制器的输出指令I*S；步骤2，根据采集的电流幅值，采用最大转矩电流比(MTPA)检测模块输出的电流矢量角指令β，结合步骤1中的PI输出I*S，得到d-q轴的电流给定值，idref，iqref；将d-q轴电流给定值与电流采样得到的d-q轴电流反馈值分别做差，经过PI控制器得到d-q轴电压分量Ud和Uq，再经过一个park变换，得到α-β的电压分量Uα，Uβ；步骤3，将步骤2中的α-β的电压分量Uα，Uβ经过一个旋转变换，将高频信号注入到电压分量中，得到注入后的电压分量U*α，U*β，然后经过空间矢量脉宽调制，使用调制后的PWM信号控制牵引逆变器驱动永磁同步电机运行。进一步，所述步骤2中MTPA检测模块，通过逆变器桥臂的开关信号，母线电压以及电流采样计算定子磁链和定子电流幅值；然后用滤波器提取出两者中特定频率的信号，经过运算处理，判断两者的相位关系，最终输出电流矢量角β的给定值。进一步，所述MTPA检测模块具体执行如下步骤：步骤2.1，检测三相电流幅值，ia，ib，ic，并计算定子电流幅值|Is|：iα＝2/3*(ia-(ib+ic)/2)iβ＝2/3*(ib-ic)步骤2.2，通过逆变器桥臂的开关信号Sa，Sb，Sc，以及直流母线电压Udc计算电压值：Uα＝2/3*(Sa-(Sb+Sc)/2)*UdcUβ＝2/3*(Sb-Sc)*Udc步骤2.3，根据计算的电压和电流计算定子磁链幅值|ψs|ψα＝∫(uα-Riα)dtψβ＝∫(uβ-Riβ)dt步骤2.4，将定子电流幅值和定子磁链幅值经过带通滤波器分离出ωh的信号，将两者相乘，经过一个低通滤波器，最后送入一个积分器，积分器的输出就电流矢量角的给定值。进一步，所述步骤3中的旋转变换为：θ＝Asin(ωht)其中，Uα，Uβ是注入信号前的电压分量，U*α，U*β是注入信号后的电压分量；θ是要注入的高频信号，A是信号的幅值，ωh是注入信号的频率。进一步，注入高频信号的频率需要考虑逆变器的开关频率和电机的电角速度的基波频率，设定电机转速Wr/min，极对数P，基波频率就为WP/60Hz，注入信号的频率取基波频率的2-3倍，即WP/30～WP/20Hz，注入信号的幅值A取3～8°。本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法和系统，不需要知道具体的电机参数(d，q轴电感Ld，Lq，永磁体磁链ψm)，信号注入的方式也不同于一般的信号注入方法，选择电压矢量注入而不是电流矢量角注入。这种注入方法省去了电流环PI的调节过程，使得注入效果显著。信号注入后最大转矩电流比(MTPA)的检测模块只检测定子磁链幅值和定子电流幅值。相对于常规信号注入的方法(通过高精度的转矩传感器或转速传感器来检测高频信号响应)，实现简单。当电机负载转矩和运行转速发生变换时，该算法能够始终保持输出精确的最大转矩，不受运行工况和电机参数的影响，具有良好的鲁棒性以及良好的动态性能和静态精度。2)本专利技术同样适用于同步磁阻电机，永磁辅助式磁阻电机，直线永磁电机等同类电机的最大转矩控制方式。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明：图1为常见的永磁同步电机矢量控制系统模型框图；图2为本专利技术的空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制框图；图3为电压源型逆变器的拓扑结构图；图4为MTPA检测模块的结构图；图5是使用该算法后启动转速图；图6是使用该算法后启动转矩图；图7是使用该算法后的三相电流图；图8是该算法的静态精度结果图；图9是使用该算法的转矩突变响应图；图10是使用该算法的转速突变响应图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。步骤1，检测电机速度，作为电机的速度反馈，比较给定转速ω*ref和速度反馈ω得出速度偏差e，采用PI控制器计算电机电枢电流幅值，PI控制器的输出指令I*S。如图1所示，这是常规的永磁同步电机矢量控制框图，包括如下步骤：转速给定值ω*ref和速度反馈ω做差，得到转速偏差e进过一个PI控制器，输出定子电流幅值I*S，电流矢量角β按常规采用id＝0的控制，即β取90°。电流幅值I*S和电流矢量角β经过简单的计算得到dq轴电流给定，idref，iqref给定值与测量反馈的dq轴电流分别做差，经过PI控制器输出dq轴电压给定Ud和Uq；d-q轴电压给定值经过park变换得到α-β轴电压给定值Uα，Uβ，经过SVPWM调制输出PWM波控制逆变器控制电机。图2为本专利技术的一实施例的永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法框图；从图1和图2的对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，检测电机速度，作为电机的速度反馈，比较给定转速ω*

【技术特征摘要】
1.一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，检测电机速度，作为电机的速度反馈，比较给定转速ω*ref和速度反馈ω得出速度偏差e，采用PI控制器计算电机电枢电流幅值，PI控制器的输出指令I*S；步骤2，根据采集的电流幅值，采用最大转矩电流比检测模块输出的电流矢量角指令β，结合步骤1中的PI输出I*S.得到d-q轴的电流给定值，idref，iqref；将d-q轴电流给定值与电流采样得到的d-q轴电流反馈值分别做差，经过PI控制器得到d-q轴电压分量Ud和Uq，再经过一个park变换，得到α-β的电压分量Uα，Uβ；步骤3，将步骤2中的α-β的电压分量Uα，Uβ经过一个旋转变换，将高频信号注入到电压分量中，得到注入后的电压分量U*α，U*β，然后经过空间矢量脉宽调制，使用调制后的PWM信号控制牵引逆变器驱动永磁同步电机运行。2.根据权利要求1所述的一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述步骤2中最大转矩电流比检测模块，通过逆变器桥臂的开关信号，母线电压以及电流采样计算定子磁链和定子电流幅值；然后用滤波器提取出两者中特定频率的信号，经过运算处理，判断两者的相位关系，最终输出电流矢量角β的给定值。3.根据权利要求2所述的一种空间矢量信号注入永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，所述最大转矩电流比检测模块具体执行如下步骤：步骤2.1，检测三相电流幅值，ia，ib，ic，并计算α-β轴电流值及定子电流幅值|Is|：iα＝2/3*(ia-(ib+ic)/2)iβ＝2/3*(ib-ic)

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国海，王健，赵文祥，陈前，徐高红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32