一种永磁同步电机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种永磁同步电机控制方法及系统，包括：根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流；获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。本发明专利技术可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。

Permanent magnet synchronous motor control method and system

The invention provides a permanent magnet synchronous motor control method and system, including: according to the input demand torque and speed value, the energy optimal estimation algorithm to determine the initial stator current amplitude and initial phase angle; according to the calculated stator current amplitude and initial phase of the initial angle, to one cycle current real-time modulation PWM control method, the stator generates three-phase permanent magnet synchronous motor drive current; gain measurement of stator current of permanent magnet synchronous motor work values, step by step perturbation optimization algorithm of amplitude and phase for a given stator current is optimized, and the amplitude and phase of the stator current is optimized as the amplitude and phase of the stator current, given to cycle, to achieve control of permanent magnet synchronous motor. The invention can dynamically adjust the excitation current, and the ratio of the excitation current and the torque current is at a maximum efficiency point, and the utilization ratio of the energy is improved, that is, the efficiency of the motor under the small torque is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机控制方法及系统
本专利技术涉及电机控制
，特别涉及一种永磁同步电机控制方法及系统。
技术介绍
永磁同步电机(Permanentmagnetsynchronousmachine，PMSM)由于其高功率密度、和高效率等特点，在电动汽车等调速驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机的转子由特定形状的永磁体构成，磁链可以由永磁体自身产生，转子旋转时会产生感应电动势，按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、嵌入式和爪极式。表面式转子磁路结构又分为插入式和凸出式两种。因为人们对永磁同步电机的不断探索，出现了各种各样的控制方法，如空间矢量控制、直接转矩控制、模型参量自适应系统控制等。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制为多。矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩就取决于id和iq，控制id和iq便可以控制转矩。通过控制电流跟踪给定便实现了电动机转矩和转速的控制。弱磁控制大多采用基于磁场定向控制(field-orientedcontrol，FOC)和最大转矩电流比(maximumtorqueperampere，MTPA)控制。MTPA控制主要用于低转速运行时提高电机效率，而FOC控制主要在于设计d轴、q轴电流调节器。常见的弱磁控制策略有公式计算法、查表法、梯度下降法、负id补偿法、单电流调节法、电流角度法等。但是上述方法分别存在不同程度的不足：公式计算法的精度依赖于电机数学模型的精度，实际中要想建立一个准确的模型很难，故很少在实际工程中应用。查表法通过大量的实验数据并制成表格，减少了电机控制芯片的实时计算量，实现起来较为复杂。梯度下降法计算量大，实现较复杂。负id补偿法实现简单，但可实现的弱磁区域范围有限制。单电流调节法以电压为调节对象，实现了深度弱磁，具有一定发展前景，同时也存在一定缺点，有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种永磁同步电机控制方法及系统，可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。进一步，在所述步骤S1中，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：设置约束条件为：Te＝1.5Pn[ψrIsin(φ)+(Ld-Lq)I2sin(φ)cos(φ)]；以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：其中，Pn为磁极对数，ψr为转子磁通，Ld为d轴电感值，Lq为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。进一步，在所述步骤S2中，所述给定的定子电流幅值和相位，通过以下方式生成：对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。进一步，在所述步骤S3中，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：根据约束条件Te＝1.5Pn[ψrIsin(φ)+(Ld-Lq)I2sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：I＝f(Te，φ)；对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：对上述非线性方程，可以级数方式展开：(D(0)+D(1)+D(2)+…)(φ(0)+φ(1)+φ(2)+…)＝0通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。本专利技术实施例还提出一种永磁同步电机控制系统，包括：能量最优估计装置、PWM控制装置和微扰优化装置，其中，所述能量最优估计装置用于根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；所述PWM控制装置用于根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，其中，所述PWM控制装置包括：差值运算模块、滤波放大模块、三角波载波模块、比较输出模块和功率驱动模块，所述差值运算模块与永磁同步电机相连，用于根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；所述滤波放大模块与所述差值运算模块相连，用于对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；所述三角波载波模块用于生成周期三角波信号；所述比较输出模块与所述滤波放大模块和所述三角波载波模块相连，用于比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流；所述功率驱动模块与所述比较输出模块相连，用于根据所述比较输出模块输出的定子驱动电流，驱动所述永磁同步电机工作；所述微扰优化装置与所述能量最优估计装置、PWM控制装置和所述永磁同步电机相连，用于获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述PWM控制装置的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。进一步，所述能量优化装置以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：设置约束条件为：Te＝1.5Pn[ψrIsin(φ)+(Ld-Lq)I2sin(φ)cos(φ)]；以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：其中，Pn为磁极对数，ψr为转子磁通，Ld为d轴电感值，Lq为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。进一步，本专利技术实施例的永磁同步电机控制系统还包括：电机控制算法模块，用于提供给定的定子电流幅值和相位，包括：比例积分PI调节模块、相位处理模块和直接数字式DDS模块，所述PI调节模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。2.如权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：设置约束条件为：Te＝1.5Pn[ψrIsin(φ)+(Ld-Lq)I2sin(φ)cos(φ)]；以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：其中，Pn为磁极对数，ψr为转子磁通，Ld为d轴电感值，Lq为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。3.如权利要求2所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述给定的定子电流幅值和相位，通过以下方式生成：对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；对所述同步频率相位进行相位累加得到相位信息，将所述相位信息转换为对应的正弦幅度数字信号，根据所述幅度输入信号和所述正弦幅度数字信号生成数字化波形序列，将所述数字波形化序列经过数模转换以生成第一至第三相信号，作为给定的定子电流幅值和相位，与永磁同步电机的反馈信号进行差值运算。4.如权利要求3所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，包括：以逐步微扰法逼近局部极小值，优化给定定子电流的幅值与相位：根据约束条件Te＝1.5Pn[ψrIsin(φ)+(Ld-Lq)I2sin(φ)cos(φ)]，进一步得到方程：I＝f(Te，φ)；对于给定扭矩Te，定子电流幅值I取极值的条件为：对上述非线性方程，可以级数方式展开：(D(0)+D(1)+D(2)+…)(φ(0)+φ(1)+φ(2)+…)＝0通过取多级微扰项，进行微扰逼近运算，求得使得电流幅值I极小化的相角φ。5.一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：能量最优估计装置、PWM控制装置和微扰优化装置，其中，所述能量最优估计装置用于根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；所述PWM控制装置用于根据计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世明，关庆斌，胡治怿，
申请(专利权)人：北京中瑞蓝科电动汽车技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11