一种永磁同步电机的控制方法技术

一种永磁同步电机的控制方法，属于电机控制领域，在直接转矩的转矩调节器中采用零矢量控制方法，将传统的正矢量和反矢量控制改成正矢量、反矢量和零矢量三种控制，采用零矢量控制方法，不但加大了电磁转矩回调的能力，而且还使电磁转矩回调的能力和正矢量使电磁转矩上升的能力相当，转矩得到了很好的有效控制，本发明专利技术成本低，缩短了控制过程的用时，避免了由于时间延迟而引起的误差，达到了永磁同步电机可靠启动和运行的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机的控制方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁同步电机比异步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等特点，已经在工业、国防、制造业、家用电器等领域得到了广泛的应用。目前永磁同步电机的控制方法主要有矢量控制和直接转矩控制，由于矢量控制的被控对象要建立在复杂的数学模型上，通过改变电机的电枢电流来控制电机的电磁转矩，所以该控制方法实现起来比较复杂，而直接转矩控制克服了矢量控制的复杂性，它直接在定子坐标系下计算与控制电动机的电磁转矩，在转矩调节器中一般采用正反矢量来增加和减小电磁转矩，然而正反矢量使转矩上升和下降的幅度较大，导致电机在稳态运行时电磁转矩和电流的脉动很大，使电机控制系统的运行性能达不到最佳，电机运行质量大大下降。经检索，目前解决永磁同步电动机脉动问题的方法主要有：1、采用多电平逆变器，将逆变器分配更多的电压矢量来控制磁链，实现了降低转矩脉动的目的。2、采用负载转矩补偿器，由于电机感性负载的原因，会使电机的功率因数下降，也就是电机做无功的成分增大，有功功率减小，导致电机转速脉动增大，增加负载转矩补偿器可以很好的起到补充作用，减小了转速脉动。3、采用一种迭代学习控制与PI控制相结合的控制方法，通过调整各相绕组不同位置电流给定值和反复应用先前试验得到的信息来获得能够产生期望输出轨迹的控制输入，改善了控制质量和减小转矩脉动。上述方案分别存在以下缺点：1、采用多电平逆变器，虽然此方法降低了转矩脉动，但是却增加电机控制系统的成本和复杂性。2、采用负载转矩补偿器来减小转速脉动，因为是开环控制，参数的细微变化将会导致更大的转矩脉动，所以该方法对永磁同步电机参数的精度以及对转矩脉动的特性要求非常高。3、采用迭代学习控制与PI控制相结合的控制方法, 虽然该方法改善了控制质量和减小转矩脉动,但该方法的实现需要进行复杂的傅里叶变换，运算量非常大，这就会由于时间延迟而引起误差，还有由于重复控制的特点, 该方法在非周期性扰动时会产生错误信号。
技术实现思路
针对以上问题和现有技术的不足，本专利技术提出了一种永磁同步电机的控制方法。本专利技术包括如下步骤：1）通过电压传感器和电流传感器检测出定子三相电压值ua、ub、uc和定子三相电流值，再通过坐标变换，计算取得两相静止坐标系的电压值和电流值；2）将两相静止坐标系的电压值和电流值经过定子磁链估计计算出定子磁链估计值 ，然后将定子磁链估计值与定子磁链给定值进行比较，取得的偏差值通过磁链调节器处理后输出磁链控制信号；3）将定子磁链估计的两个分量和，通过定子磁链扇区判断计算出定子磁链所在的区间信号；4）将定子磁链估计的两个分量、和两相静止坐标系的电流值通过转矩估计计算出实际转矩值Te，然后将两相静止坐标系的电压值和电流值经过转速估计/光电编码器得到转子角速度，将转子角速度和转子实际角速度进行比较，取得的偏差通过转速调节器处理后输出转矩给定值Te*，然后将实际转矩值Te 和转矩给定值Te *进行比较，再通过转矩调节器得到转矩控制信号；5）把磁链控制信号、定子磁链所在的区间信号和转矩控制信号通过电压矢量开关表分配出开关矢量Sa、Sb和Sc，再经过三相逆变器之后，驱动电机工作。本专利技术采用直接转矩控制系统，直接转矩控制系统是一个转矩、定子磁链幅值的双闭环系统，转矩中的转矩调节器采用零矢量控制方法，转矩调节器中的零矢量控制方法的输入为电机的转矩给定值Te*和实际转矩值Te之差，判断转矩给定值和实际转矩值的误差大小，当转矩误差大于△Te时，表示系统转矩下降的幅度很大，应该转矩上升，应选择增加转矩的正矢量，用=1来表示；当转矩误差小于△Te时，表示系统转矩下降的幅度不是很大，转矩大幅度回调，应选择减小转矩的反矢量，用=-1来表示；当转矩误差等于△Te时，表示系统转矩下降幅度处于平稳，应选择保持转矩的零矢量，用=0来表示；其中△Te的大小可根据实际情况和需求设定。该方法实现起来简单和成本低，缩短了整个控制过程的用时，避免了由于时间延迟而引起的误差，达到了永磁同步电机可靠启动和运行的目的，不但减少了在电机稳态运行时因断续脉动式的空间电压矢量引起的转矩脉动，而且还减少了因电磁转矩给定值波动引起的转矩脉动，同时又减少功率开关器件的开关次数，使系统运行质量大大提高。进一步地，本专利技术所述步骤4）中，转矩控制信号的计算过程如下：在电动机动态变化时，电动机希望电磁转矩有较大的变化。而进入稳态运行时，电动机希望电磁转矩的变化就较小。根据这个需求，可在转矩给定值Te*上下划定一个区域，即Te*±△Te；并作以下规定：1）当实际转矩Te在该范围内时，表示系统实际转矩值Te和转矩给定值Te*相差不远，不要用强力的反矢量来作用电动机，而用温和的零矢量作用于电动机，以达到基本保持转矩的目的，用=0表示该状态；2）当实际转矩Te在该范围之上时，表示系统实际转矩值Te和转矩给定值Te*大很多，要求转矩大幅度回调，这时应选择能强力的反矢量来减小转矩，用=-1表示状态；3）当实际转矩Te在该范围之下时，表示系统实际转矩值Te和转矩给定值Te*小很多，要求转矩上升，应选择增加转矩的正矢量，用=1表示该状态；根据上述规定可以得到永磁同步电机的转矩调节器的转矩控制信号如下：而磁链调节器保持不变。本专利技术在直接转矩的转矩调节器中采用零矢量控制方法，该方法将传统的正矢量和反矢量控制改成正矢量、反矢量和零矢量三种控制，采用零矢量控制方法，不但加大了电磁转矩回调的能力，而且还使电磁转矩回调的能力和正矢量使电磁转矩上升的能力相当，转矩得到了很好的有效控制，该方法实现简单和成本低，缩短了整个控制过程的用时，避免了由于时间延迟而引起的误差，达到了永磁同步电机可靠启动和运行的目的，不但减少了在电机稳态运行时因断续脉动式的空间电压矢量引起的转矩脉动，而且还减少了因电磁转矩给定值波动引起的转矩脉动，同时又减少功率开关器件的开关次数，使系统运行质量大大提高。附图说明图1是本专利技术永磁同步电机控制方法的控制框图。图2是本专利技术的零矢量作用范围和转矩给定示意图。图3是本专利技术的转矩调节器示意图。图4是本专利技术的转矩估计模型图。图5是本专利技术的定子磁链估计模型图。图1中，1逆变器，2电压传感器，3电流传感器，4 PMSM ，5电压开关矢量表，6坐标变换，7磁链调节器，8定子磁链扇区判断，9定子磁链估计，10转矩估计，11转速估计/光电编码器，12转矩调节器，13转速调节器，14三相整流桥，15磁链给定值计算。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。如图1所示，是本专利技术一种永磁同步电机控制方法的具体实施方式，其具体实施步骤为：（1）计算出两相静止坐标系的电压和电流。利用电压传感器2和电流传感器3检测出定子三相电压值ua、ub、uc和定子三相电流，然后再通过坐标变换6，计算出两相静止坐标系的电压和电流。以电流为例，根据恒幅值变换，坐标变换为以下公式：（2）计算出磁链控制信号。将计算出两相静止坐标系的电压和电流经过定子磁链估计9得到了定子磁链估计值和两个分量和，然后将、和通过转矩估计10得到电磁转矩Te，再将电磁转矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于包括如下步骤：1）通过电压传感器和电流传感器检测出定子三相电压值u a、u b、u c和定子三相电流值，再通过坐标变换取得两相静止坐标系的电压值和电流值；2）将两相静止坐标系的电压值和电流值经过定子磁链估计计算出定子磁链估计值，然后将定子磁链估计值与定子磁链给定值进行比较，取得的偏差值通过磁链调节器处理后输出磁链控制信号；3）将定子磁链估计的两个分量和，通过定子磁链扇区判断计算出定子磁链所在的区间信号；4）将定子磁链估计的两个分量、和两相静止坐标系的电流值通过转矩估计计算出实际转矩值T e，然后将两相静止坐标系的电压值和电流值经过转速估计/光电编码器得到转子角速度，将转子角速度和转子实际角速度进行比较，取得的偏差通过转速调节器处理后输出转矩给定值T e *，然后将实际转矩值T e 和转矩给定值T e *进行比较，再通过转矩调节器得到转矩控制信号；5）把磁链控制信号、定子磁链所在的区间信号和转矩控制信号通过电压矢量开关表分配出开关矢量S a、S b和S c，再经过三相逆变器之后，驱动电机工作。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于包括如下步骤：1）通过电压传感器和电流传感器检测出定子三相电压值ua、ub、uc和定子三相电流值，再通过坐标变换取得两相静止坐标系的电压值和电流值；2）将两相静止坐标系的电压值和电流值经过定子磁链估计计算出定子磁链估计值 ，然后将定子磁链估计值与定子磁链给定值进行比较，取得的偏差值通过磁链调节器处理后输出磁链控制信号；3）将定子磁链估计的两个分量和，通过定子磁链扇区判断计算出定子磁链所在的区间信号；4）将定子磁链估计的两个分量、和两相静止坐标系的电流值通过转矩估计计算出实际转矩值Te，然后将两相静止坐标系的电压值和电流值经过转速估计/光电编码器得到转子角速度，将转子角速度和转子实际角速度进行比较，取得的偏差通过转速调节器处理后输出转矩给定值Te *，然后将实际转矩值Te 和转矩给定值Te *进行比较，再通过转矩调节器得到转矩控制信号；5）把磁链控制信号、定子磁链所在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金荣，韩东利，佟国栋，夏长权，邓小颖，陈卫峰，陆文峰，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32