一种感应电机高速弱磁控制方法技术

本发明专利技术提供了一种感应电机高速弱磁控制方法，由电机转速、基速、设定值确定励磁电流初始值，通过电压闭环得到弱化系数，进而得到励磁电流给定值；由励磁电流给定值对转矩电流限幅；电流调节器由复矢量方法实现，其中d轴复矢量电流调节器输出电压限幅值为最大值电压值的该方案解决了传统控制方法中励磁偏高导致的转矩不足或无法长时间满载运行的问题，同时改善了各速度区间无法平滑过渡、恒电压区电流抗扰性较差问题，并实现算法控制器的简化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种感应电机高速弱磁控制方法以解决在感应电机高速驱动中电机转矩不足或无法长时间满载运行问题，改善各速度区间过渡问题、恒电压区电流抗扰及算法控制器简化问题。
技术介绍
高性能工业应用场合对高精度高效率高质量的要求促使感应电机驱动变频调速系统朝着高速化方向发展，如电动汽车、数控机床主轴驱动以及电力机车等领域。这些场合对感应电机调速提出的具体要求包括：调速范围宽(尤其是高速区)，高速稳定运行能力，最大转矩输出能力，充分利用有限的电压电流资源，高动态响应等。以电动汽车领域为例：面对复杂的道路交通状况，电动汽车的驱动需要具有运行于多种工况下的能力。在低/常速区域能够输出恒定且足够大的转矩以适应包括快速启动制动，快速加减速以及爬坡等情况，在中/高速区域能够实现平稳高速行驶，以满足人们对于舒适安全性的需求。在实际使用中，电池的输出电压往往运行在一个可变的电压区间，因此要求电机控制能够充分利用有限的电压，并在很宽的调速范围以及整个电压区间始终保持良好运行特性，最大转矩输出以及较高的效率。可以看到，设计并实现一种满足上述要求的高速弱磁整体设计方法对于相关工业应用的技术提升很有意义。现有方法中以1/ωr方法最为常用。此方法尽管可一定程度拓宽电机转速范围，但远远无法满足人们提出的上述要求。如图1所示，1/ωr方法即设定具体的转速区间切换点ωb(也称基速)，在基速以下，保持励磁电流为恒值，在基速以上，励磁电流与转速成反比变化。该方法是在一定的近似条件下推导出的，在空载情况下,电机输出力矩小，转差ωsl≈0，可得isq≈0，ωe≈ωr，us＝ωeσLsisd≈ωeψr。为了维持定子电压us≤usmax，要求转子磁场和转速的乘积应保持一定，所以励磁电流isd的给定与转速ωr成反比。弱磁区具体方程如下：励磁电流给定值为：isd,ref=ωbωrisd---(2)]]>转矩电流给定为：isq,ref=ismax2-isd,ref2---(3)]]>电机按传统方法运行的电流轨迹为：(ωbωrisd)2+isq,ref2=ismax2---(4)]]>一方面，通过具体的切换点ωb调节励磁电流给定并不合理，往往无法充分利用有限的电压；另一方面，随着转速的进一步升高或施加一定的负载，近似条件便不再成立。因此这种方法对转速的拓宽有限，且无法实现转矩最大化。如图2,3所示，为使用不同电流调节器下的传统弱磁方法对应的转速波形以及电流电压波形，可以看到，当电机升高到一定转速，都会使q轴电压处于最大值状态，调节器失效，而无法实现转矩最大化。目前针对传统弱磁方法的不足，诸多文献探究并提出了各类改进方法，大都解决了传统控制方法中励磁偏高导致的转矩不足或无法长时间满载运行的问题。但又大多存在着或算法实现复杂或参数鲁棒性差或各速度区间无法平滑过渡或电流抗扰性差等问题。本专利技术旨在解决传统控制方法中励磁偏高导致的转矩不足或无法长时间满载运行问题的同时，改善有关方法中存在的上述包括算法复杂、参数鲁棒性差、各速度区间无法平滑过渡、电流抗扰性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种感应电机高速弱磁控制方法，改善各速度区间无法平滑过渡、恒电压区电流抗扰性较差问题，实现算法控制器的简化。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种感应电机高速弱磁控制方法，包括如下步骤：步骤1：通过测速码盘得到电机转速ωr，确定励磁电流给定初始值isd,1/ωr=isdnωr≤ωb*isdnωb*ωrωr>ωb*---(1)]]>其中ωb为基速，满足ωb＝2πf/p，p为所使用电机的极对数，工频下f＝50Hz，isdn为一设定值，在速度环内，由电机转速ωr与给定转速ωr,ref经速度环的电流调节器得到转矩电流给定值isq,ref；步骤2：当实际电压us随着转速升高而大于最大电压usmax时，电压调节器起作用，恒功率区开始工作，将实际电压us与最大电压usmax输入电压调节器进行闭环，经限幅，输出一个数值在0～1区间的弱化系数kweaken，将其施加至励磁电流给定初始值从而得到励磁电流给定值isd,ref，并将其通过电流约束对转矩电流给定值isq,ref进行限幅，其中us在dq轴系下电流约束为步骤3：由电流采样得到电机实际励磁电流和转矩电流值isd、isq，将所述实际励磁电流和转矩电流值分别与励磁电流给定值和转矩电流给定值经复矢量调节器得到dq轴实际电压usd、usq，复矢量调节器内部d轴电压限幅值为步骤4：将usd、usq经坐标变换后通过变频器实现对电机高速控制。进一步地，在电压调节器的作用下，弱化系数kweaken始终作用于isd跟随isd,ref的减小而减小，使d轴磁链始终保持理想弱磁状态，此时转矩电流值isq受作用而增大，根据电压方程知转速ωr和转矩电流值isq同时增大使得usd迅速上升，由于最大电压的约束，usq则开始下降，整个恒功率区电机同时受到最大电压和最大电流双重约束。进一步地，当usd趋近于时，电压调节器继续作用，usq也调整到处，此时随着转速的上升，isd、isq将按照isd＝σisq的线性关系降低，直到转速跟随给定。进一步地，电流调节器由复矢量实现，d轴复矢量电流调节器输出电压限幅值为最大值电压值的附图说明图1：传统方法励磁电流与转速关系；图2：传统弱磁方法下的转速波形；图3：dq轴系下传统弱磁方法下电流电压波形；图4：感应电动机特性示意图；图5：感应电机在dq坐标系下运行理想的最优电压电流矢量运行轨迹；图6：感应电机高速弱磁控制整体设计方法框图；图7：恒功率区相同带载转速响应；图8：恒电压区相同带载转速响应；图9：本方法与其他方法相关波形对比图；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4，将感应电机运行范围划分为三个速度区间，得到各区间下电机电流、电压及电机转差率构成的约束条件。额定转速以下为恒转矩区，在此区域，励磁电流isd给定，转矩电流与输出转矩成正比，反电动势小于最大电压usmax，此时电机的带载运行能力只受最大电流ismax的限制，可以输出最大转矩Temax。额定转速以上为弱磁区，随着转速的升高，反电动势不断增大并逼近最大电压usmax，电机运行同时受最大电压usmax和最大电流ismax的限制。为了保证最大转矩的输出，不得不减小励磁电流isd，即弱磁，电机运行于弱磁I区，可以输出恒定功率，因此弱磁I区也称为恒功率区，输出转矩与转速成反比。随着转速的继续升高，受最大电压usmax限制，无法提供更多的电压维持满电流运行，输出转矩和功率均随着转速的升高急剧减小，电机运行于弱磁II区，由于此区域可以始终保持电压的恒定，故此区域也称为恒电压区或降功率区。感应电机运行过程中将受到三方面的约束条件：最大电流约束，最大电压约束，最大转差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应电机高速弱磁控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：通过测速码盘得到电机转速ωr，确定励磁电流给定初始值isd,1/ωr=isdnωr≤ωb*isdnωb*ωrωr>ωb*---(1)]]>其中ωb为基速，满足ωb＝2πf/p，p为所使用电机的极对数，工频下f＝50Hz，isdn为一设定值，在速度环内，由电机转速ωr与给定转速ωr,ref经速度环的电流调节器得到转矩电流给定值isq,ref；步骤2：当实际电压us随着转速升高而大于最大电压usmax时，电压调节器起作用，恒功率区开始工作，将实际电压us与最大电压usmax输入电压调节器进行闭环，经限幅，输出一个数值在0～1区间的弱化系数kweaken，将其施加至励磁电流给定初始值从而得到励磁电流给定值isd,ref，并将其通过电流约束对转矩电流给定值isq,ref进行限幅，其中us在dq轴系下电流约束为步骤3：由电流采样得到电机实际励磁电流和转矩电流值isd、isq，将所述实际励磁电流和转矩电流值分别与励磁电流给定值和转矩电流给定值经复矢量调节器得到dq轴实际电压usd、usq，复矢量调节器内部d轴电压限幅值为步骤4：将usd、usq经坐标变换后通过变频器实现对电机高速控制。...

【技术特征摘要】
1.一种感应电机高速弱磁控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：通过测速码盘得到电机转速ωr，确定励磁电流给定初始值isd,1/ωr=isdnωr≤ωb*isdnωb*ωrωr>ωb*---(1)]]>其中ωb为基速，满足ωb＝2πf/p，p为所使用电机的极对数，工频下f＝50Hz，isdn为一设定值，在速度环内，由电机转速ωr与给定转速ωr,ref经速度环的电流调节器得到转矩电流给定值isq,ref；步骤2：当实际电压us随着转速升高而大于最大电压usmax时，电压调节器起作用，恒功率区开始工作，将实际电压us与最大电压usmax输入电压调节器进行闭环，经限幅，输出一个数值在0～1区间的弱化系数kweaken，将其施加至励磁电流给定初始值从而得到励磁电流给定值isd,ref，并将其通过电流约束对转矩电流给定值isq,ref进行限幅，其中us在dq轴系下电流约束为步骤3：由电流采样得到电机实际励...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泳，董震，王勃，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，哈尔滨智慧电机与芯片研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23