无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法技术方案

本发明专利技术提出了无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，包括以下步骤：步骤一：通过指令电流幅值|is_ref|，选择不同的弱磁控制模式；步骤二：若选择最小直流电压控制模式，则令电压增量ΔU＝0并且电流幅值差is_error＝0。若选择扩展直流电压控制模式，则另电压增量ΔU为电流幅值差is_error经过比例积分调节器PI_2的输出；步骤三：利用电压边界usmax和电压指令幅值|us|经过比例积分调节器PI_1之后获得d轴电流指令id_ref。本发明专利技术在最小直流电压控制模式中，转矩脉动被显著抑制；在扩展直流电压控制模式中，母线电压利用率将被提升。

Field-weakening Control Method of Permanent Magnet Synchronous Motor Driving System without Electrolytic Capacitor

The present invention proposes a flux weakening control method for a non-electrolytic capacitor permanent magnet synchronous motor drive system, which includes the following steps: first, selecting different flux weakening control modes through the instruction current amplitude | is_ref |; second, if the minimum DC voltage control mode is selected, the voltage increment U=0 and the current amplitude difference is_error=0. If the extended DC voltage control mode is chosen, the voltage increment U is the output of the current amplitude difference is_error through PI_2. Step 3: The d-axis current instruction id_ref is obtained by utilizing the voltage boundary usmax and the voltage instruction amplitude | us | through PI 1. In the minimum DC voltage control mode, the torque ripple is significantly suppressed, and in the extended DC voltage control mode, the utilization ratio of bus voltage will be increased.

【技术实现步骤摘要】
无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法
本专利技术属于电机控制
，特别是涉及无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法。
技术介绍
永磁同步电机有着高功率密度、高转矩密度、低成本的优势，其在工业和家电领域有着越来越多的应用。传统的电机驱动拓扑中，在其直流侧往往使用大容值电解电容以保证直流母线电压的稳定。但是电解电容受环境温度和电流纹波影响较大，当环境温度为105℃时，温度每上升10℃，电解电容寿命将减半；据统计，在电力电子系统中，约60％的故障为电解电容的损坏造成。相比于电解电容，薄膜电容更适用于电力电子系统，采用薄膜电容能显著提升电机驱动系统的可靠性、提升网侧功率因数、降低系统成本。将直流侧电解电容换成薄膜电容的电机驱动系统，称之为无电解电容电机驱动系统。无电解电容永磁同步电机驱动系统主要由二极管不控整流桥、小容值薄膜电容、三相电压型逆变器、永磁同步电机构成。由于小容值薄膜电容不具有稳压作用，当网侧输入为三相电时，直流侧电压将主要由两部分构成：一部分为直流分量，另一部份为网侧电压六倍频的波动分量。由于直流侧电压呈网侧电压六倍频波动，传统的弱磁控制策略较难兼顾驱动系统中低电机转矩脉动和高母线电压利用率。当进入弱磁控制时，网侧电压六倍频的波动分量将在整个弱磁控制中产生较为严重的转矩脉动。该转矩脉动频次主要包含网侧电压六倍频，过调制导致的转速六倍频，以及两者叠加之后产生的低频、高频成分。弱磁控制中转矩脉动的存在和低母线电压利用率限制了无电解电容电机驱动系统的应用范围。因此，研究三相输入无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制策略具有重要意义。专利技术内容本专利技术主要应用在无电解电容永磁同步电机驱动系统中，当电机驱动系统直流侧电解电容换成小容值薄膜电容后，母线电压六倍频脉动的存在导致传统弱磁控制策略较难直接使用，为此本专利技术提出了无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，抑制转矩脉动的同时提升母线电压利用率。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，所述弱磁控制方法用于减小转矩脉动和提升母线电压利用率，具体包括以下步骤：步骤一：通过指令电流幅值|is_ref|，选择不同的弱磁控制模式；步骤二：若选择最小直流电压控制模式，则令电压增量ΔU＝0并且电流幅值差is_error＝0。若选择扩展直流电压控制模式，则另电压增量ΔU为电流幅值差is_error经过比例积分调节器PI_2的输出；步骤三：利用电压边界usmax和电压指令幅值|us|经过比例积分调节器PI_1之后获得d轴电流指令id_ref。进一步地，所述步骤一具体过程为：第一步：利用d轴电流指令id_ref和q轴电流指令iq_ref经过平方和开根号运算后，获得指令电流幅值|is_ref|；第二步：根据电机额定电流确定最小电流边界is_lim_l；第三步：当指令电流幅值|is_ref|小于最小电流边界is_lim_l时，选择最小直流电压控制模式。当指令电流幅值|is_ref|大于最小电流边界is_lim_l时，选择扩展直流电压控制模式。进一步地，所述步骤二具体过程为：第一步：将直流电压Ud经过低通滤波器后获得直流电压低通滤波值Udc_LPF，利用直流电压低通滤波值Udc_LPF计算获得最小直流电压Udc_min；第二步：在扩展电压控制模式中，将指令电流幅值|is_ref|限制在最大电流边界is_max以内，将电压增量ΔU限制在电压增量限幅值ΔUlim以内；第三步：若选择最小直流电压控制模式，则利用最小直流电压Udc_min计算电压边界usmax；若选择扩展直流电压控制模式，则利用最小直流电压加上电压增量ΔU计算电压边界usmax。进一步地，所述步骤三具体过程为：首先，将电流调节器的输出的d轴电压指令ud_ref和q轴电压指令uq_ref经过平方和开根号运算后，获得电压指令幅值|us|；将电压边界usmax和电压指令幅值|us|做差后，经过比例积分调节器PI_1获得d轴电流指令id_ref，并将其限制在最大电流边界is_max以内。本专利技术是基于网侧三相输入无电解电容永磁同步电机驱动系统，针对弱磁控制中较为严重的转矩脉动和低母线电压利用率的问题，提出一种弱磁控制方法。在最小直流电压控制模式中，转矩脉动被显著抑制；在扩展直流电压控制模式中，母线电压利用率将被提升。附图说明图1为本专利技术的无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法总体框图，其中id_ref为d轴电流指令，iq_ref为q轴电流指令，id为d轴电流反馈值，iq为q轴电流反馈值，iα为永磁同步电机α轴的电流值反馈值，iβ为永磁同步电机β轴的电流反馈值，ud_ref为d轴电压指令，uq_ref为q轴电压指令，为Park变换，为反Park变换，uα_ref为α轴指令电压，uβ_ref为β轴指令电压，Udc为直流侧电压，uα为α轴重构电压，uβ为β轴重构电压，为观测角度，为观测转速，ωref为转速指令，|is_ref|为指令电流幅值，is_lim_l为最小电流边界，is_lim为电流限幅值，is_error为电流差，is_max为最大电流边界，ΔU为电压增量，ΔUlim为电压增量限幅值，Udc_LPF为直流电压低通滤波值，Udc_min为计算获得最小直流电压，usmax为电压边界，Udc_lim为直流电压边界，|us|为电压指令幅值，PMSM为永磁同步电机，iabc为永磁同步电机的三相电流。图2为转矩及转速脉动，其中Te为电磁转矩，Δωe为转速误差，ia为a相电流。(a)(b)分别为采用本专利技术中弱磁控制方法时，电机运行于49Hz、51Hz时的波形图。图3为本专利技术中弱磁控制方法在不同控制模式时的运行情况。图4为为电压增量限幅值ΔUlim取不同值时的定子电压李萨如图。其中实线六边形为直流侧电压波峰值处对应的最小幅值误差过调制电压六边形，虚线六边形为直流侧电压波谷处对应的最小幅值误差过调制六边形。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，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1-图4，本专利技术提出无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，所述弱磁控制方法用于减小转矩脉动和提升母线电压利用率，具体包括以下步骤：步骤一：通过指令电流幅值|is_ref|，选择不同的弱磁控制模式；步骤二：若选择最小直流电压控制模式，则令电压增量ΔU＝0并且电流幅值差is_error＝0。若选择扩展直流电压控制模式，则另电压增量ΔU为电流幅值差is_error经过比例积分调节器PI_2的输出；步骤三：利用电压边界usmax和电压指令幅值|us|经过比例积分调节器PI_1之后获得d轴电流指令id_ref。如图1所示，无电解电容电机驱动系统弱磁控制主要由两部分构成，一部分是无位置传感器矢量控制，一部分是最大电压可调弱磁控制器。无位置传感器矢量控制部分，内环为电流环，外环为速度环，转速的参考值与反馈值之差通过速度调节器进行调节，d轴电流的参考值与反馈值之差值通过电流调节器进行调节，q轴电流的参考值与反馈值之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，其特征在于，所述弱磁控制方法用于减小转矩脉动和提升母线电压利用率，具体包括以下步骤：步骤一：通过指令电流幅值|is_ref|，选择不同的弱磁控制模式；步骤二：若选择最小直流电压控制模式，则令电压增量ΔU＝0并且电流幅值差is_error＝0；若选择扩展直流电压控制模式，则令电压增量ΔU为电流幅值差is_error经过比例积分调节器PI_2的输出；步骤三：利用电压边界usmax和电压指令幅值|us|经过比例积分调节器PI_1之后获得d轴电流指令id_ref。

【技术特征摘要】
1.无电解电容永磁同步电机驱动系统弱磁控制方法，其特征在于，所述弱磁控制方法用于减小转矩脉动和提升母线电压利用率，具体包括以下步骤：步骤一：通过指令电流幅值|is_ref|，选择不同的弱磁控制模式；步骤二：若选择最小直流电压控制模式，则令电压增量ΔU＝0并且电流幅值差is_error＝0；若选择扩展直流电压控制模式，则令电压增量ΔU为电流幅值差is_error经过比例积分调节器PI_2的输出；步骤三：利用电压边界usmax和电压指令幅值|us|经过比例积分调节器PI_1之后获得d轴电流指令id_ref。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体过程为：第一步：利用d轴电流指令id_ref和q轴电流指令iq_ref经过平方和开根号运算后，获得指令电流幅值|is_ref|；第二步：根据电机额定电流确定最小电流边界is_lim_l；第三步：当指令电流幅值|is_ref|小于最小电流边界is_lim_l时，选择最小直流电压控制模式；当指令电流幅值|is_ref|大于最小电流边界is_li...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高林，丁大尉，赵楠楠，张国强，胡海明，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23