一种永磁同步电机的控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电机控制领域，并公开了一种永磁同步电机的控制装置及方法。该装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元，电机通过速度传感器与电角度偏移单元相连，电角度偏移单元同时与三相/二相和二相/三相转换单元相连；三相/二相转换单元将实时三相电流转化为二相电流；二相/三相转换单元将二相参考电压转化为三相控制电压；电角度偏移单元用于将实时电流和转速通过偏移模型计算为电角度的偏移。本发明专利技术还公开了永磁同步电机的控制方法。通过本发明专利技术，计算简单，不依赖电机参数，不受电机参数变化影响，实现根据电机实时转速和实时电流自动调节电角度偏移，控制效率高，鲁棒性强。

A control device and method for permanent magnet synchronous motor

The invention belongs to the field of motor control, and discloses a control device and a method for the permanent magnet synchronous motor. The device comprises a three-phase / phase conversion unit, two-phase / three-phase conversion unit, motor and electric angle offset unit motor through the speed sensor and electric angle offset unit which is connected with the electric angle offset unit at the same time / phase and two-phase and three-phase / three-phase conversion unit is connected; three-phase / two phase conversion unit converts real-time three-phase current into phase current; two-phase / three-phase conversion unit converts the phase reference voltage into the three-phase control voltage; electric angle offset unit is used for real-time current and speed through the offset model as electric angle offset. The invention also discloses a control method of the permanent magnet synchronous motor. Through the invention, the calculation is simple and independent of the motor parameters, and is not influenced by the variation of the motor parameters, so that the electric angle deviation can be automatically adjusted according to the real-time speed and real-time current of the motor, so the control efficiency is high and the robustness is strong.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的控制装置及方法
本专利技术属于电机控制领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机的控制装置及方法。
技术介绍
自工业革命内燃机的专利技术以来，汽车已经演变成一种重要的交通工具，它给人们的工作生活出行带来了极大的方便与舒适。各国对于汽车地发展也是十分重视，甚至汽车工业已经变成许多国家的支柱产业。然而，这也越来越多的伴随着一系列的问题，环境污染和能源危机尤为突出，根据国家权威部门的统计数据表明,我国机动车造成的城市大气污染高达30％以上，机动车排放物中大量的PM、CO、NOx、HC对环境及人体系统造成极大的污染和伤害，这对于汽车的发展极为不利。而随着技术的不断进步，开发出无污染、低能耗、低噪音并且不受燃料限制的电动汽车已经成为全球的共识。永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、过载能力强等优点广泛地应用于电动汽车领域。目前较为成熟的控制方法为矢量控制和直接转矩控制，现有多数控制方法都基于矢量控制和直接转矩控制；永磁同步电机电气特性的参数主要有四个：定子电阻、d轴电感、q轴电感和永磁体磁链，对于表贴式永磁同步电机而言，通常情况下认为这些参数是固定不变的，但是由于制造误差和电机运行时的温度、定子电流和饱和的影响，电机参数会随之发生变化，原有的控制方法不能达到很好的控制效果；对于内嵌式永磁同步电机而言，电流矢量id＝0控制虽然简单，但没有充分利用其凸极性产生的磁阻转矩，不是最优控制方案。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种永磁同步电机的控制装置及方法，通过设置电角度偏移单元，在二相/三相转化单元和三相/二相转换单元中增加电角度偏移值输入，使得计算永磁同步电机的电磁转矩时含有Id的一项不为0，由此解决id＝0的永磁同步电机控制效率低的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种永磁同步电机的控制装置，该装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元，其特征在于：所述电机通过速度传感器与所述电角度偏移单元相连，所述电角度偏移单元同时与所述三相/二相转换单元和二相/三相转换单元相连；所述三相/二相转换单元用于将所述电机的实时三相电流转化为二相电流，该二相电流包括q轴和d轴方向的实时电流；所述二相/三相转换单元用于将所述电机的二相参考电压转化为三相控制电压，该三相控制电压作为所述电机的输入电压；所述电角度偏移单元利用所述q轴和d轴方向的实时电流、所述速度传感器测量的电机实时转速、电角度的偏移和电机效率的关系，计算电角度的偏移，其中，当电机的效率值取最大值时对应的电角度的偏移Δθ，即为所需的电角度偏移。进一步优选地，所述q轴和d轴方向的实时电流、所述速度传感器测量的电机实时转速、电角度的偏移和电机效率η的关系优选按照下列表达式进行，其中，P是电机极对数，ψf是永磁体磁链，Id、Iq分别是q轴和d轴实时电流，Ld、Lq分别是q轴和d轴的等效电感，n是电机实时转速,U是电机的供电电源电压，I是电机的供电电源电流，Is为电流矢量幅值。进一步优选地，所述三相/二相转换单元包括依次连接的电流传感器模块、CLARK变换模块和PARK变换模块。进一步优选地，所述二相/三相转换单元包括PARK逆变换模块、SVPWM模块和IGBT逆变器模块。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种永磁同步电机的控制装置的控制方法，其特征在于，该控制方法包括下列步骤：(a)预设电机初始电流Id_ref＝0和初始转速n_ref，速度传感器检测电机获得其实时转速n和实时电角度θ1，将该实时转速n与初始转速n_ref的差值εn经过第一PI控制器后转化为q轴参考电流(b)电流传感器检测电机的实时三相电流，该实时三相电流和实际电角度θ2通过三相/二相转换单元转化为q轴和d轴的实时电流Id、Iq；(c)所述初始电流Id_ref与所述d轴的实时电流Id的差值经过第二PI控制器后转化为d轴参考电压Ud，所述q轴参考电流与所述q轴的实时电流Iq的差值输入第三PI控制器后转化为获得q轴参考电压Uq；(d)所述d轴参考电压Ud、q轴参考电压Uq和实际电角度θ2输入所述二相/三相转换单元转化为电机三相控制电压，该三相控制电压作为电机的输入电压控制电机运转；其中，所述实际电角度θ2的获取是通过将所述d轴的参考电流Id、q轴参考电流Iq和实时转速n输入所述电角度偏移单元，经过该电角度单元运算后获得电角度的偏移Δθ，该电角度的偏移与所述实时电角度θ1之和为实际电角度θ2。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过设置电角度偏移单元，使得在计算电机电磁转矩的过程中包含Id的项不为0，对于表贴式永磁同步电机而言，当q轴和d轴电感不等时可以提高电磁转矩，当q轴和d轴电感相等时可以修正计算延迟带来的控制误差，对于内嵌式永磁同步电机而言，控制电机的过程中不需要进行复杂的计算，不依赖电机物理参数且不受电机物理参数变化影响；2、本专利技术通过采用电角度偏移单元，实现对电角度偏移的控制，使得Id不等于0，使得在相同的电流控制的情况下，电机的转矩提高，该电机的效率提高；3、本专利技术采用的电角度偏移单元的偏移模型，结构简单，方便，节省时间，计算效率高，适用范围广，易于实际运用。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁同步电机装置示意图；图2是现有技术中电角度不发生偏移时q轴和d轴的电流示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁同步电机电角度偏移后引起的q轴和d轴电流变化示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的永磁同步电机装置示意图，如图1所示，本专利技术的一种永磁同步电机控制装置，该装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元；电机通过速度传感器与角度偏移单元相连，角度偏移单元同时与三相/二相转换单元和二相/三相转换单元相连；三相/二相转换单元用于将电机的实时三相电流转化为二相电流，该二相电流包括q轴和d轴方向的实时电流；二相/三相转换单元用于将电机的二相参考电压转化为三相控制电压，该三相控制电压作为电机的输入电压；电角度偏移单元用于将q轴和d轴方向的实时电流，以及通过速度传感器测量的电机实时转速通过偏移模型计算为电角度的偏移，偏移模型是通过采集电机的q轴和d轴方向的实时电流、转速，通过改变电角度偏移Δθ的值来改变电机的效率，当电机的效率值最大时对应的电角度偏移，即为当前转速和电流下对应的所需的电角度偏移，然后构建q轴和d轴方向的实时电流、转速和电角度偏移一一对应的关系，该关系同时使得电机的效率取最大值。三相/二相转换单元包括依次连接电流传感器模块、CLARK变换模块和PARK变换模块。二相/三相转换单元包括PARK逆变换模块、SVPWM模块和IGBT逆变器模块。对采集电流进行的CLARK变换和PARK变换分别为：电流偏差εId＝Id_ref-Id，对电压进行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的控制装置，该控制装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元，其特征在于：电机通过速度传感器与所述电角度偏移单元相连，所述电角度偏移单元同时与所述三相/二相转换单元和二相/三相转换单元相连；所述三相/二相转换单元用于将所述电机的实时三相电流转化为二相电流，该二相电流包括q轴和d轴方向的实时电流；所述二相/三相转换单元用于将电机的二相参考电压转化为三相控制电压，该三相控制电压作为电机的输入电压；所述电角度偏移单元利用q轴和d轴方向的实时电流、速度传感器测量的电机实时转速，以及电角度的偏移与电机效率的关系，计算电角度的偏移，其中，当电机的效率值取最大值时对应的电角度的偏移Δθ，即为待计算的电角度偏移。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的控制装置，该控制装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元，其特征在于：电机通过速度传感器与所述电角度偏移单元相连，所述电角度偏移单元同时与所述三相/二相转换单元和二相/三相转换单元相连；所述三相/二相转换单元用于将所述电机的实时三相电流转化为二相电流，该二相电流包括q轴和d轴方向的实时电流；所述二相/三相转换单元用于将电机的二相参考电压转化为三相控制电压，该三相控制电压作为电机的输入电压；所述电角度偏移单元利用q轴和d轴方向的实时电流、速度传感器测量的电机实时转速，以及电角度的偏移与电机效率的关系，计算电角度的偏移，其中，当电机的效率值取最大值时对应的电角度的偏移Δθ，即为待计算的电角度偏移。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述q轴和d轴方向的实时电流、速度传感器测量的电机实时转速，以及电角度的偏移Δθ与电机效率η的关系优选按照下列表达式进行，其中，P是电机极对数，ψf是永磁体磁链，Id、Iq分别是q轴和d轴实时电流，Ld、Lq分别是q轴和d轴的等效电感，n是电机实时转速，U是电机的供电电源电压，I是电机的供电电源电流，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉红，冉玉标，杨立志，聂勇祥，吴棋，郑武，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉智能控制工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42