一种永磁同步电机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了永磁同步电机控制方法及系统，该方法包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩进行闭环控制输出q轴给定电流，根据q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对q轴给定电流以及d轴最优电流进行修正并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据磁链给定和电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据q轴输出电压和d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将开关脉冲发送给对应逆变器；将电流控制和直接转矩控制结合起来，实现对转矩和电流的同时控制，解决一般直接转矩控制方法中的全部缺点。

Permanent magnet synchronous motor control method and system

The invention discloses a method and system for control of permanent magnet synchronous motor, the method comprises: receiving the feedback according to the given torque and torque closed-loop control of output shaft Q given current, according to the q axis d axis is calculated by the given current optimal current; revised and modified results and the corresponding current feedback loop control of q axis flux d axis, q axis current flux, and given d axis current given on the q axis and d axis of the given current optimal current; according to the flux and current is given and the corresponding feedback flux calculation, q axis and d axis output voltage output voltage; the output voltage according to the q axis and d axis of the output voltage, using SVPWM control method calculate the corresponding switch pulse, and the pulse is sent to the corresponding switch inverter; combine current control and direct torque control, the torque and current of the same Time control solves all the shortcomings of the general direct torque control method.

【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
永磁同步电机即由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁同步电机可以将电机整体地安装在轮轴上，形成整体直驱系统，即一个轮轴就是一个驱动单元，省去了一个齿轮箱。其具有功率效率高以及功率因数高；发热小，对应电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小；允许的过载电流大，可靠性显著提高；由于没有齿轮箱，可对转向架系统随意设计：如柔式转向架、单轴转向架，使列车动力性能大大提高等特点，广泛使用在机车中。目前，直接转矩控制(DTC)在异步电机控制中已经很成熟，但应用在永磁同步电机控制中还存在以下问题：第一：转矩谐波较大；第二：需要更改磁链给定大小，实现永磁电机最大转矩电流比(MTPA)控制；第三：对电机定子电流大小无法直接控制。对于上述问题二要实现MTPA控制，就不能采用恒磁通控制，要根据运行工况实时优化磁链给定大小。由于永磁同步电机定子磁链大小和转矩大小的数学表达式非常复杂，目前只能通过曲线拟合的方式得到磁链给定。该方法能减小在恒磁通控制下电机电流偏大的问题，但在实际工程应用中，由于电机参数误差、磁链观测偏差等无法保证实际电流准确地按照MTPA曲线运行，因而该适应性较差。对于问题三由于直接转矩控制策略本身不直接控制电流造成的，因此无法像矢量控制技术那样，直接对电机电流进行限制和保护。在负载异常过大时，可能会导致电机电流超过限定值，严重时可能会发生过流。因此，如何解决上述技术问题，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种永磁同步电机控制方法及系统，将电流控制和直接转矩控制结合起来，实现对转矩和电流的同时控制，解决一般直接转矩控制方法中的全部缺点。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种永磁同步电机控制方法，所述方法包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩，进行闭环控制输出q轴给定电流，并根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正，并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据所述q轴输出电压和所述d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将所述开关脉冲发送给对应逆变器。可选的，根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流，包括：根据所述q轴给定电流Iq,mtpa*利用公式Id,mtpa*＝-kmtpa|Iq,mtpa*|计算得到d轴最优电流Id,mtpa*；其中，kmtpa为比例系数。可选的，利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定，包括：利用修正结果以及对应反馈电流，按照MTPA曲线进行闭环控制得到q轴电流给定Iqm*和d轴电流给定Idm*；根据所述q轴电流给定Iqm*以及q轴电感Lq，利用公式ψq*＝LqIqm*计算得到q轴磁链给定ψq*；根据所述d轴电流给定Idm*以及d轴电感Ld，利用公式ψd*＝LdIdm*+ψf计算得到d轴磁链给定ψd*；其中，ψf为永磁体磁链幅值。可选的，根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压，包括：根据所述q轴磁链给定ψq*、所述q轴电流给定Iqm*以及q轴反馈磁链ψq，利用公式计算q轴给定电压Uq*；根据所述d轴磁链给定ψd*、所述d轴电流给定Idm*以及d轴反馈磁链ψd，利用公式计算d轴给定电压Ud*；通过位置信号θR对所述q轴给定电压Uq*以及d轴给定电压Ud*进行坐标变换得到α轴输出电压Uα*和β轴输出电压Uβ*；其中，Rs为定子电阻，Tp为PWM开关周期，ωR为转子电角速度。可选的，所述反馈转矩、所述反馈电流以及所述反馈磁链的获取，包括：根据采样的永磁同步电机的电流、电压、转子电角速度以及位置信号计算所述反馈转矩、所述反馈电流以及所述反馈磁链。可选的，对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正，包括：根据前一次计算得到的q轴磁链给定和d轴磁链给定，计算磁链幅值给定和负载角；对所述磁链幅值给定进行闭环控制得到磁链修正值；根据所述磁链修正值以及所述负载角，计算q轴修正电流和d轴修正电流；利用所述q轴修正电流和所述d轴修正电流对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正。可选的，根据所述磁链修正值以及所述负载角，计算q轴修正电流和d轴修正电流，包括：根据所述磁链修正值以及所述负载角δ*，利用公式计算q轴修正电流和利用公式计算d轴修正电流其中，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感。本专利技术还提供一种永磁同步电机控制系统，所述系统包括：d轴最优电流计算模块，用于根据接收的给定转矩和反馈转矩，进行闭环控制输出q轴给定电流，并根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流；磁链给定计算模块，用于对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正，并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；输出电压计算模块，用于根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；SVPWM调制模块，用于根据所述q轴输出电压和所述d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将所述开关脉冲发送给对应逆变器。可选的，所述磁链给定计算模块，包括：电流给定计算单元，用于利用修正结果以及对应反馈电流，按照MTPA曲线进行闭环控制得到q轴电流给定Iqm*和d轴电流给定Idm*；磁链给定计算单元，用于根据所述q轴电流给定Iqm*以及q轴电感Lq，利用公式ψq*＝LqIqm*计算得到q轴磁链给定ψq*；根据所述d轴电流给定Idm*以及d轴电感Ld，利用公式ψd*＝LdIdm*+ψf计算得到d轴磁链给定ψd*；其中，ψf为永磁体磁链幅值。可选的，所述输出电压计算模块，包括：给定电压计算单元，用于根据所述q轴磁链给定ψq*、所述q轴电流给定Iqm*以及q轴反馈磁链ψq，利用公式计算q轴给定电压Uq*；根据所述d轴磁链给定ψd*、所述d轴电流给定Idm*以及d轴反馈磁链ψd，利用公式计算d轴给定电压Ud*；输出电压计算单元，用于通过位置信号θR对所述q轴给定电压Uq*以及d轴给定电压Ud*进行坐标变换得到α轴输出电压Uα*和β轴输出电压Uβ*；其中，Rs为定子电阻，Tp为PWM开关周期，ωR为转子电角速度。本专利技术所提供的一种永磁同步电机控制方法，包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩进行闭环控制输出q轴给定电流，根据q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对q轴给定电流以及d轴最优电流进行修正并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据磁链给定和电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据q轴输出电压和d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将开关脉冲发送给对应逆变器。可见，该方法将电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩，进行闭环控制输出q轴给定电流，并根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正，并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据所述q轴输出电压和所述d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将所述开关脉冲发送给对应逆变器。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩，进行闭环控制输出q轴给定电流，并根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对所述q轴给定电流以及所述d轴最优电流进行修正，并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据所述q轴输出电压和所述d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将所述开关脉冲发送给对应逆变器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述q轴给定电流计算得到d轴最优电流，包括：根据所述q轴给定电流Iq,mtpa*利用公式Id,mtpa*＝-kmtpa|Iq,mtpa*|计算得到d轴最优电流Id,mtpa*；其中，kmtpa为比例系数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定，包括：利用修正结果以及对应反馈电流，按照MTPA曲线进行闭环控制得到q轴电流给定Iqm*和d轴电流给定Idm*；根据所述q轴电流给定Iqm*以及q轴电感Lq，利用公式ψq*＝LqIqm*计算得到q轴磁链给定ψq*；根据所述d轴电流给定Idm*以及d轴电感Ld，利用公式ψd*＝LdIdm*+ψf计算得到d轴磁链给定ψd*；其中，ψf为永磁体磁链幅值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述q轴磁链给定、所述d轴磁链给定、所述q轴电流给定、所述d轴电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压，包括：根据所述q轴磁链给定ψq*、所述q轴电流给定Iqm*以及q轴反馈磁链ψq，利用公式计算q轴给定电压Uq*；根据所述d轴磁链给定ψd*、所述d轴电流给定Idm*以及d轴反馈磁链ψd，利用公式计算d轴给定电压Ud*；通过位置信号θR对所述q轴给定电压Uq*以及d轴给定电压Ud*进行坐标变换得到α轴输出电压Uα*和β轴输出电压Uβ*；其中，Rs为定子电阻，Tp为PWM开关周期，ωR为转子电角速度。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述反馈转矩、所述反馈电流以及所述反馈磁链的获取，包括：根据采样的永磁同步电机的电流、电压、转子电角速度以及位置信号计算所述反馈转矩、所述反馈电流以及所述反馈磁链。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述q轴给定电流以及所述d轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，许峻峰，郑汉锋，梅文庆，刘勇，文宇良，张朝阳，甘韦韦，黄佳德，曾小凡，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43