一种电机弱磁控制方法技术

一种电机弱磁控制方法，为一种基于前馈控制的电压反馈补偿法，首先根据永磁同步电机的直流母线电压确定弱磁极限电压Usmax，并通过d、q轴电压计算得到端电压Us；然后根据弱磁极限电压Usmax和端电压Us设计PI调节器，得到弱磁调节电流Idr1；再考虑电感和永磁体磁链的参数摄动，基于理论公式计算得到弱磁前馈电流Idr2；最后将弱磁调节电流Idr1和弱磁前馈电流Idr2叠加，得到弱磁算法的直轴补偿电流IdrFW。本发明专利技术能够有效提升永磁同步电机的弱磁控制性能，有效改善现有技术存在的参数难调整、动态性能不理想的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化控制
，为一种基于前馈控制的电压反馈补偿法，具体 为。
技术介绍
永磁同步电机（permanentmagnetsynchronousmachine，PMSM)由于其高功率密 度、高可靠性和高效率的优点，在机械加工设备、机器人、电动汽车等要求较高的调速系统 中得到了广泛的应用。由于采用永磁体励磁，无法通过励磁绕组调节励磁磁场，永磁同步电 机必须采用弱磁技术以满足宽调速范围的调速需求。采用高性能的弱磁技术能够不断扩大 电机恒功率运行的转速范围，保持较高的工作效率。 目前，本
内现有的弱磁控制技术主要有查表法、公式计算法、梯度下降法 和电压反馈补偿法。查表法需要通过实验测定电机在不同转速下需要的直轴电流，因此需 要大量的实验数据，实现起来较为复杂。公式计算法对电机参数的依赖很大，只具有一定的 理论意义，但不能直接满足工程应用。梯度下降法的计算量较大，实现较为复杂。电压反馈 补偿法是通过构建一个电压闭环进行补偿，电压补偿法具有鲁棒性好、计算量小、运行可靠 等优点，适用于工程应用。 专利申请1，CN200910041656.7《一种基于永磁同步电机的弱磁控制系统及其控制 方法》使用了电压反馈法，基于电压闭环采用矢量控制的参考电压作为反馈来实现弱磁。该 方法鲁棒性较好，但是存在着动态性能不佳的问题，有待改进。 专利申请2，CN201410108255.X《一种增强型永磁同步电机的弱磁控制方法》首先 根据电压误差进行PI调节，得到励磁电流分量，然后设计了弱磁前馈算法，具体是将电压误 差乘以一个系数作为前馈定向角度，系数通过试凑得到。该方法通过前馈在一定程度上改 善了动态响应，但前馈项中的系数试凑缺乏明确的准则，具有一定的盲目性。此外，随着电 机运行过程中电感、磁链等参数发生摄动，该方法的精度会受到影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是:永磁同步电机现有弱磁控制技术存在的参数难调整、动 态性能不理想的问题，提出一种基于前馈控制的电压反馈补偿法，改善永磁同步电机弱磁 控制的动态响应性能。本专利技术的技术方案为:，为一种基于前馈控制的电压反馈 补偿法，具体包括以下步骤：步骤一:根据永磁同步电机的直流母线电压确定弱磁极限电压Usmax;步骤二:通过d、q轴电压计算得到端电压Us; 步骤三:根据弱磁极限电压UsmajP端电压仏设计PI调节器，得到弱磁调节电流Idrl;步骤四：考虑电感和永磁体磁链的参数摄动，基于理论公式计算得到弱磁前馈电 流Idr2 ; 步骤五:将弱磁调节电流IdrjP弱磁前馈电流Idr2叠加，得到弱磁算法的直轴补偿 电流IdrF￥。 本专利技术的显著特征在于弱磁前馈部分，应用于弱磁模块的PI调节器可以为传统PI 调节器，也可以为模糊PI调节器，或其它形式的PI调节器。用于不同形式的PI调节器，原理 上相同的是输入都是偏差e，输出都是弱磁调节电流Idrl，区别是PI的具体算法有所不同。传 统PI调节器是现有技术，不再详述，本专利技术详细进一步介绍了模糊PI调节器的设置。本专利技术与
技术介绍
的两份专利文献的相同之处是，都使用了电压反馈法。本专利技术和专利申请1的区别是:专利技术专利一没有弱磁前馈，而本专利技术增加了弱磁前 馈。本专利技术和专利申请2的区别是:前馈的构造方式不一样，专利申请2使用电压误差 乘以一个系数作为前馈，本专利技术是基于电机模型计算弱磁前馈电流，且在使用前馈时考虑 电感和永磁体磁链的参数摄动。本专利技术使用了弱磁前馈，现有技术中，使用这一技术特征的有以下两份文献： 文献一《内置式永磁同步电动机弱磁控制实验研究》(王莹，唐任远，曹先庆，朱建 光，《微电机》2008年第11期），以内置式永磁同步电动机为研究对象，根据电机运行时的转 矩和定子磁链给定值，通过查表得出电机的交、直轴电流参考值;同时为了解决电机高速运 行时的参数漂移问题，在前馈控制的基础上叠加了基于输出电压的闭环控制策略，有效地 提高了系统的鲁棒性。文献二《FeedforwardFlux-WeakeningControlofSurface-Mounted Permanent-MagnetSynchronousMotorsAccountingforResistiveVoltageDrop》 (MarcoTursini,EnzoChiricozzi，andRobertoPetrella，IEEETransactionson IndustrialElectronics(ImpactFactor:6.5) ·02/2010;57(1) :440-448.)以表贴式永磁 同步电机为研究对象，分别针对浅弱磁区和深弱磁区，基于反馈转速和前一时刻的定子电 流设计了弱磁前馈，使得电机可以可靠地工作在大范围弱磁区域。 本专利技术和文献一的区别是：前馈的获取方式不同，文献一使用查表的方法来获得 弱磁前馈值，本专利技术是基于电机模型、采用理论公式计算弱磁前馈电流。由于文献一采用的 方法是查表法，具有算法精度较低、测试工作量大的缺点，本专利技术的算法基于模型本身，具 有精度较高、使用方便的优点。 本专利技术和文献二的区别是文献二只用了前馈的方法，具有鲁棒性差的缺点；而本 专利技术在前馈的基础上结合了电压反馈法，提升了弱磁控制的鲁棒性。 本专利技术能够有效提升永磁同步电机的弱磁控制性能，有效改善现有技术存在的参 数难调整、动态性能不理想的问题，具体表现为： 1)现有技术使用电压误差乘以一个系数作为弱磁前馈，前馈项中的系数要用试凑 法来确定。本专利技术基于电机模型计算弱磁前馈电流，计算公式中所有参数都是已知的，不需 要通过试凑的方法得到，避免了调节过程中的盲目性。而且本专利技术中的弱磁前馈电流计算 公式还考虑了电感和永磁体磁链的参数摄动，避免了电机运行状态的变化而导致参数漂移 的影响，提高了系统的控制精度。 2)图5~7的实验结果充分说明了本专利技术的优点。其中从图5所示转速跟踪的结果 中可以看出：给定转速4000rpm，现有技术的超调是60rpm，本专利技术的超调是20rpm。从图6所 示现有技术直轴电流跟踪的波形中可以看出：现有技术存在直轴电流局部过冲的特点，动 态过程的波形较陡峭。从图7所示本专利技术直轴电流跟踪的波形中可以看出：本专利技术不存在直 轴电流局部过冲的问题，动态过程的波形相对较平缓。综上所述，相比现有技术，本专利技术具 有转速超调小，直轴电流无局部过冲，电流跟踪过渡过程平缓，动态性能优越。【附图说明】图1是本专利技术应用于电机时的总体方案控制原理图，图中Iqr为直轴给定电流，Iqr为交轴给定电流。图2是本专利技术的弱磁控制原理图。图3是在本专利技术中模糊PI的控制原理图。图4是本专利技术中模糊PI控制的隶属度函数波形图。图5是永磁同步电机给定阶跃转速4000rpm的情况下，现有技术和本专利技术的转速实 验结果对比图。图6是现有技术的d轴电流跟踪实验结果，图中Id定义为直轴反馈电流。图7是本专利技术的d轴电流跟踪实验结果。【具体实施方式】本专利技术为一种基于前馈控制的电压反馈补偿法，图1是本专利技术用于电机中的控制 原理图，图2对应图1中的弱磁模块，为本专利技术的弱磁控制原理图，图3对应于图2中的模糊PI 部分，为具体的模糊PI控制原理图。下面结合附图对本专利技术的实施例作详细设计步骤说明。 步骤一:根据直流母线电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机弱磁控制方法，其特征是为一种基于前馈控制的电压反馈补偿法，具体包括以下步骤：步骤一：根据永磁同步电机的直流母线电压确定弱磁极限电压Usmax；步骤二：通过d、q轴电压计算得到端电压Us；步骤三：根据弱磁极限电压Usmax和端电压Us设计PI调节器，得到弱磁调节电流Idr1；步骤四：考虑电感和永磁体磁链的参数摄动，基于理论公式计算得到弱磁前馈电流Idr2；步骤五：将弱磁调节电流Idr1和弱磁前馈电流Idr2叠加，得到弱磁算法的直轴补偿电流IdrFW。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，张燚华，孙园园，齐丹丹，吴波，
申请(专利权)人：南京埃斯顿自动控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32