基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法，属永磁同步电机控制领域。该控制方法使用的系统由控制器、第一功率驱动单元、永磁同步电机、转矩传感器、定子电压控制单元、第二功率驱动单元、测温装置以及记录仪器，其中控制器由比较器、比例器、积分器和加法器组成；本发明专利技术的控制方法是：先识别永磁同步电机在不同定子绕组温度下的等效转矩惯量参数Ai，然后调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki。本发明专利技术在调试时，由于PI控制器的参数是根据永磁同步电机参数进行调整的，所以PI控制器参数可以有的放矢进行调整，遏制了PI控制器参数调整的盲目性，节省了时间和精力，并能取得良好的转矩控制效果。

【技术实现步骤摘要】
基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法
本专利技术属于永磁同步电机控制领域，涉及永磁同步电机转矩控制系统，更具体地说，本专利技术涉及一种基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法。
技术介绍
永磁同步电机转矩控制必须采用闭环控制才能获得优良的转矩控制性能，永磁同步电机转矩闭环控制系统包括控制器和被控对象，同时，永磁同步电机转矩控制系统如何根据不同的被控对象，PI（比例积分）控制器参数有的放矢调整，则是现有技术有待解决的问题。目前，公知的现有技术中，PI控制器其比例控制参数和积分控制参数都是直接采用试凑法或经验法进行调整，而不是根据被控对象参数进行调整，控制器参数的调整比较盲目，永磁同步电机转矩控制系统的调试费时费力，转矩控制性能难以满足要求。有相关在先前申请专利中做了初步探索研究，在先专利为：公开号是CN103427747B，专利名称为直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法；公开号是CN103414418B，专利名称为一种直流电机电流PI控制系统的控制方法；公开号是CN103427758B，专利名称为单相感应电机励磁电流PI控制参数的调整方法；公开是CN103427748B，专利名称为一种单相感应电机励磁电流PI控制方法；公开是CN101499755A，专利名称为一种直流电机速度PID控制方法。但上述现有研究中，没有涉及到永磁同步电机以及对转矩的闭环控制，另一方面，随着定子绕组温度的升高，电机参数会发生变化，导致控制精度出现偏差，为此，急需专利技术一种针对于永磁同步电机的转矩调控方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是为了解决在永磁同步电机转矩闭环控制采用PI控制器时，PI控制器参数难于根据被控对象参数进行调整的问题，而提出一种永磁同步电机转矩PI控制方法。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法，该转矩PI调控方法采用的系统包括：控制器、第一功率驱动单元、永磁同步电机、转矩传感器、定子电压控制单元、第二功率驱动单元、测温装置以及记录仪器，其中所述控制器由比较器、比例器、积分器和加法器组成，所述比较器的第一输入端接收转矩指令信号，所述比较器的输出端分别与所述比例器和所述积分器的输入端连接，所述比例器和积分器的输出端分别与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述第一功率驱动单元的输入端连接，控制器用于生成定子电压的第一控制信号，第一功率驱动单元输入端与所述控制器的输出端连接，所述第一功率驱动单元接收所述定子电压的第一控制信号，并输出相应大小的第一驱动电压；定子电压控制单元用于生成定子电压的第二控制信号，第二功率驱动单元输入端与所述定子电压控制单元的输出端连接，所述第二功率驱动单元接收所述定子电压的第二控制信号，并输出相应大小的第二驱动电压；永磁同步电机的电源输入端通过第一切换开关与所述第一功率驱动单元的输出端连接、通过第二切换开关与所述第二功率驱动单元的输出端连接，所述永磁同步电机的定子接收所述第一驱动电压或第二驱动电压；转矩传感器用于测量测量永磁同步电机转矩输出信号，并分别输送至所述记录仪器中以及所述比较器的第二输入端；测温装置用于测量所述永磁同步电机定子绕组的温度；记录仪器的输入端分别与所述控制器、转矩传感器以及测温装置的输出端连接，所述记录仪器用于记录所测量数据随时间的变化过程；该转矩PI调控方法包括以下步骤：步骤一、识别永磁同步电机在不同定子绕组温度下的等效转矩惯量参数，包括以下步骤：步骤A.将永磁同步电机转子定位于永磁同步电机A相绕组轴线位置；测温装置实时采集所述定子绕组的温度数据，并将该温度数据传送至记录仪器中，将所述温度数据从小到大划分为若干个温度区间；步骤B.断开第一切换开关，闭合第二切换开关，采用定子电压控制单元输出三相定子电压幅值各为一正常数L的第二控制信号；步骤C.所述第二功率驱动单元接收所述第二控制信号后输出三相电压幅值各为所述正常数L的第二驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第二驱动电压，将所述定子绕组升温；步骤D.当所述定子绕组的温度超过第j个所述温度区间的中间值时，断开所述第二切换开关，闭合所述第一切换开关，采用控制器输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一控制信号，其中，j为1、2、3…；步骤E.所述第一功率驱动单元接收所述第一控制信号后输出输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第一驱动电压，产生转矩输出信号；步骤F.采用转矩传感器实时测量永磁同步电机转子的转矩输出信号；步骤G.记录仪器分别记录所述第一控制信号和所述转矩输出信号随时间变化的过程，并在坐标系分别建立所述转矩输出信号、第一控制信号与时间关系的曲线图，其中，时间为横坐标，转矩输出信号和第一控制信号为纵坐标；步骤H.在坐标系中读取转矩输出信号曲线的稳态幅值C，过该稳态幅值C作一条平行于时间轴的直线，将定子β轴电压幅值M除以转矩信号稳态幅值C，得到永磁同步电机的电磁转矩参数K；步骤I.过原点对转矩信号曲线作切线与所述步骤H中所述的直线相交于交点S，过交点S向下作垂线与时间轴相交，垂线与时间轴的交点的坐标值为T；步骤J.将所述电磁转矩参数K和所述坐标值T相乘，得到永磁同步电机在定子绕组温度处于第j个温度区间的等效转矩惯量参数Ai，i=1、2…j；步骤K.回到步骤B，在第j+1个所述温度区间进行等效转矩惯量参数Ai的测量，直至将各个所述温度区间对应的等效转矩惯量参数Ai全部测量完毕；步骤二、根据所述等效转矩惯量参数Ai调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，以调整第一功率驱动单元的输出励磁电压，最终调整永磁同步电机的输出转矩。优选的，所述步骤二中，比例控制参数Kp和积分控制参数Ki的调整方法包括以下步骤：步骤1.确定永磁同步电机的额定电压Ue；步骤2．确定永磁同步电机的额定转矩Ie；步骤3．调整控制器的比例控制参数Kp，Kp=Ue/Ie；步骤4．调整控制器的积分控制参数Ki，Ki=Kp/Ai。优选的，所述步骤D中，所述定子β轴电压幅值M与永磁同步电机的额定电压Ue相等。优选的，所述步骤二中的所述积分控制参数Ki的初值为0。优选的，所述第一功率驱动单元和第二功率驱动单元的额定电压大于所述永磁同步电机的额定电压。优选的，所述第一功率驱动单元和第二功率驱动单元的额定电流大于所述永磁同步电机的额定电流。优选的，步骤B中所述定子电压控制单元输出的三相定子电压幅值L与所述永磁同步电机的额定电压幅值相等。优选的，所述第一切换开关和第二切换开关联锁设置，所述第一切换开关和第二切换开关在同一时刻不能同时闭合。优选的，所述测温装置设置在所述永磁同步电机的机壳上，所述测温装置为红外测温传感器，所述红外测温传感器的出光口朝向所述定子绕组。优选的，根据永磁同步电机的定子绕组所处的温度区间，选择在该温度下对应的所述等效转矩惯量参数Ai，根据所述等效转矩惯量参数Ai确定所述控制器的控制参数。本专利技术至少包括以下有益效果：1、通过在不同定子绕组温度下，对永磁同步电机的参数进行定量识别，获得了对电机转矩控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法，该转矩PI调控方法采用的系统包括：控制器（110）、第一功率驱动单元（120）、永磁同步电机（130）、转矩传感器（140）、定子电压控制单元（600）、第二功率驱动单元（700）、测温装置（900）以及记录仪器（500），其中所述控制器（110）由比较器（111）、比例器（112）、积分器（113）和加法器（114）组成，所述比较器（111）的第一输入端接收转矩指令信号，所述比较器（111）的输出端分别与所述比例器（112）和所述积分器（113）的输入端连接，所述比例器（112）和积分器（113）的输出端分别与所述加法器（114）的输入端连接，所述加法器（114）的输出端与所述第一功率驱动单元（120）的输入端连接，控制器（110）用于生成定子电压的第一控制信号，第一功率驱动单元（120）输入端与所述控制器（110）的输出端连接，所述第一功率驱动单元接收所述定子电压的第一控制信号，并输出相应大小的第一驱动电压；定子电压控制单元（600）用于生成定子电压的第二控制信号，第二功率驱动单元（700）输入端与所述定子电压控制单元的输出端连接，所述第二功率驱动单元接收所述定子电压的第二控制信号，并输出相应大小的第二驱动电压；永磁同步电机的电源输入端通过第一切换开关与所述第一功率驱动单元的输出端连接、通过第二切换开关与所述第二功率驱动单元的输出端连接，所述永磁同步电机的定子接收所述第一驱动电压或第二驱动电压；转矩传感器（140）用于测量测量永磁同步电机（130）转矩输出信号，并分别输送至所述记录仪器中以及所述比较器（111）的第二输入端；测温装置用于测量所述永磁同步电机定子绕组的温度；记录仪器的输入端分别与所述控制器、转矩传感器以及测温装置的输出端连接，所述记录仪器用于记录所测量数据随时间的变化过程；其特征在于，该转矩PI调控方法包括以下步骤：步骤一、识别永磁同步电机在不同定子绕组温度下的等效转矩惯量参数，包括以下步骤：步骤A. 将永磁同步电机转子定位于永磁同步电机A相绕组轴线位置；测温装置实时采集所述定子绕组的温度数据，并将该温度数据传送至记录仪器中，将所述温度数据从小到大划分为若干个温度区间；步骤B.断开第一切换开关，闭合第二切换开关，采用定子电压控制单元输出三相定子电压幅值各为一正常数L的第二控制信号；步骤C. 所述第二功率驱动单元接收所述第二控制信号后输出三相电压幅值各为所述正常数L的第二驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第二驱动电压，将所述定子绕组升温；步骤D. 当所述定子绕组的温度超过第j个所述温度区间的中间值时，断开所述第二切换开关，闭合所述第一切换开关，采用控制器输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一控制信号，其中，j为1、2、3…；步骤E. 所述第一功率驱动单元接收所述第一控制信号后输出输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第一驱动电压，产生转矩输出信号；步骤F.采用转矩传感器（140）实时测量永磁同步电机转子的转矩输出信号；步骤G.记录仪器分别记录所述第一控制信号和所述转矩输出信号随时间变化的过程，并在坐标系分别建立所述转矩输出信号、第一控制信号与时间关系的曲线图，其中，时间为横坐标，转矩输出信号和第一控制信号为纵坐标；步骤H.在坐标系中读取转矩输出信号曲线的稳态幅值C，过该稳态幅值C作一条平行于时间轴的直线，将定子β轴电压幅值M除以转矩信号稳态幅值C，得到永磁同步电机的电磁转矩参数K；步骤I. 过原点对转矩信号曲线作切线与所述步骤H中所述的直线相交于交点S，过交点S向下作垂线与时间轴相交，垂线与时间轴的交点的坐标值为T；步骤J. 将所述电磁转矩参数K和所述坐标值T相乘，得到永磁同步电机在定子绕组温度处于第j个温度区间的等效转矩惯量参数Ai，i=1、2…j；步骤K.回到步骤B，在第j+1个所述温度区间进行等效转矩惯量参数Ai的测量，直至将各个所述温度区间对应的等效转矩惯量参数Ai全部测量完毕；步骤二、根据所述等效转矩惯量参数Ai调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki，以调整第一功率驱动单元（120）的输出励磁电压，最终调整永磁同步电机的输出转矩。...

【技术特征摘要】
1.一种基于参数检测的永磁同步电机转矩PI调控方法，该转矩PI调控方法采用的系统包括：控制器（110）、第一功率驱动单元（120）、永磁同步电机（130）、转矩传感器（140）、定子电压控制单元（600）、第二功率驱动单元（700）、测温装置（900）以及记录仪器（500），其中所述控制器（110）由比较器（111）、比例器（112）、积分器（113）和加法器（114）组成，所述比较器（111）的第一输入端接收转矩指令信号，所述比较器（111）的输出端分别与所述比例器（112）和所述积分器（113）的输入端连接，所述比例器（112）和积分器（113）的输出端分别与所述加法器（114）的输入端连接，所述加法器（114）的输出端与所述第一功率驱动单元（120）的输入端连接，控制器（110）用于生成定子电压的第一控制信号，第一功率驱动单元（120）输入端与所述控制器（110）的输出端连接，所述第一功率驱动单元接收所述定子电压的第一控制信号，并输出相应大小的第一驱动电压；定子电压控制单元（600）用于生成定子电压的第二控制信号，第二功率驱动单元（700）输入端与所述定子电压控制单元的输出端连接，所述第二功率驱动单元接收所述定子电压的第二控制信号，并输出相应大小的第二驱动电压；永磁同步电机的电源输入端通过第一切换开关与所述第一功率驱动单元的输出端连接、通过第二切换开关与所述第二功率驱动单元的输出端连接，所述永磁同步电机的定子接收所述第一驱动电压或第二驱动电压；转矩传感器（140）用于测量测量永磁同步电机（130）转矩输出信号，并分别输送至所述记录仪器中以及所述比较器（111）的第二输入端；测温装置用于测量所述永磁同步电机定子绕组的温度；记录仪器的输入端分别与所述控制器、转矩传感器以及测温装置的输出端连接，所述记录仪器用于记录所测量数据随时间的变化过程；其特征在于，该转矩PI调控方法包括以下步骤：步骤一、识别永磁同步电机在不同定子绕组温度下的等效转矩惯量参数，包括以下步骤：步骤A.将永磁同步电机转子定位于永磁同步电机A相绕组轴线位置；测温装置实时采集所述定子绕组的温度数据，并将该温度数据传送至记录仪器中，将所述温度数据从小到大划分为若干个温度区间；步骤B.断开第一切换开关，闭合第二切换开关，采用定子电压控制单元输出三相定子电压幅值各为一正常数L的第二控制信号；步骤C.所述第二功率驱动单元接收所述第二控制信号后输出三相电压幅值各为所述正常数L的第二驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第二驱动电压，将所述定子绕组升温；步骤D.当所述定子绕组的温度超过第j个所述温度区间的中间值时，断开所述第二切换开关，闭合所述第一切换开关，采用控制器输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一控制信号，其中，j为1、2、3…；步骤E.所述第一功率驱动单元接收所述第一控制信号后输出输出定子α轴电压幅值为一正常数0、定子β轴电压幅值为一正常数M的第一驱动电压，所述永磁同步电机的定子绕组接收所述第一驱动电压，产生转矩输出信号；步骤F.采用转矩传感器（140）实时测量永磁同步电机转子的转矩输出信号；步骤G.记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：张今朝，朱海燕，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33