基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于电机控制技术领域，提供了一种基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法及系统，该方法包括：基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速；基于所述电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；基于定子电流值计算第一定子电压，基于功角值计算第二定子电压；基于第一定子电压及第二定子电压分别获取电流PWM占空比及功角PWM占空比；基于第一定子电压计算电压调制系数M；基于电压调制系数M控制电流PWM占空比或功角PWM占空比输出至逆变器。通过功角来控制定子电压，以解决电流反馈控制方法在高速运行条件下存在的电磁转矩控制性能变差或失效的问题。

Electromagnetic torque control method and system for permanent magnet synchronous motor based on current and power angle

The invention is applicable to the technical field of motor control, provides a current and power angle of permanent magnet synchronous motor electromagnetic torque control method and system based on this method, including: torque command read battery voltage and rotor speed based on the current; the electromagnetic torque, stator current current battery voltage and current of motor rotor speed respectively, find the corresponding value and power angle value based on the stator current value; calculate the stator voltage based on the calculation, second stator voltage angle based on stator voltage; first and two stator voltage respectively to obtain the current PWM duty ratio and power angle of PWM duty cycle based on voltage modulation coefficient M; calculating the first stator voltage based on voltage modulation; the coefficient of M current control PWM duty cycle or angle PWM output to the inverter based on the duty ratio. The stator voltage is controlled by the power angle to solve the problem of the electromagnetic torque control performance deterioration or failure under the condition of high speed operation under the current feedback control method.

【技术实现步骤摘要】
基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法及系统
本专利技术属于电机控制
，提供了一种基于电流和功角的永磁同步电极电磁转矩控制方法及系统。
技术介绍
由于能量密度大和效率高，永磁同步电机在新能源汽车领域获得了广泛的应用，电磁转矩是永磁同步电机的一个重要外特性变量，要得到快速、准确的控制，以满足人们对汽车的性能要求，由于成本、精度、可靠性、安装、信号处理及响应带宽等方面的考虑，基于转矩传感器的电磁转矩直接反馈控制往往难以实现，故此在实际应用中电磁转矩的控制通常是间接实现的，目前最常用的电磁转矩控制方法是基于定子电流反馈来控制定子电压指令，最终由逆变器执行电压指令，从而达到控制转矩控制的目的，在工程应用中，电流反馈控制方法存在的问题是：在高速运行条件下，电磁转矩控制性能变差或失效。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于电流和功角的永磁同步电极电磁转矩控制方法，旨在解决电流反馈控制方法在高速运行条件下，电磁转矩控制性能变差或失效的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，所述方法包括：S1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值；S2、基于所述电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；S3、基于所述定子电流值及所述功角值分别计算定子电压，即基于所述定子电流值计算第一定子电压，基于所述功角值计算第二定子电压；S4、基于所述第一定子电压及所述第二定子电压分别获取电流PWM占空比及功角PWM占空比；S5、基于所述第一定子电压计算电压调制系数M；S6、基于所述电压调制系数M控制电流PWM占空比或功角PWM占空比输出至逆变器，以使所述逆变器基于电流PWM占空比或功角PWM占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。进一步的，基于所述功角值计算第二定子电压的计算方法具体如下：基于电池电压Vdc及所述功角δ值计算第二定子电压，计算公式具体如下：其中，V2d和V2q分别为第二定子电压的d-轴和q-轴分量。进一步的，所述电压调制系数M的计算公式具体如下：其中，V1d和V1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，Vdc为电池电压。进一步的，当M小于M1，或M大于M1且趋向于M2时，将电流PWM占空比输出至逆变器；当M小于M2，或M小于M2且趋向于M1时，将功角PWM占空比输出至逆变器。本专利技术还提供了一种基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统，所述系统包括：定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流PWM获取单元、电压调制系数计算单元、功角读取单元、第二定子电压计算单元、功角PWM获取单元，模式切换单元；定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流PWM获取单元、电压调制系数计算单元、及模式切换单元依次连接，功角读取单元、第二定子电压计算单元、及功角PWM获取单元依次连接，电流PWM获取单元及功角PWM获取单元通过单刀双掷开关与逆变器连接，其中，定子电流读取单元，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-电流表中读取定子电流；第一定子电压计算单元，基于定子电流计算第一定子电压；电流PWM获取单元，基于第一定子电压获取电流PWM占空比；电压调制系数计算单元，基于第一定子电压计算电压调制系数；功角值读取单元，基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值，且基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速从转矩-功角表中读取功角值；第二定子电压计算单元，基于功角值计算第二定子电压；功角PWM获取单元，基于第二定子电压获取功角PWM占空比；模式切换单元，基于电压调制系数控制单刀双掷开关掷向电流PWM获取单元或功角PWM获取单元，即控制电流PWM获取单元或功角PWM获取单元与逆变器连接，以使逆变器基于电流PWM获取单元输出的电流PWM占空比或功角PWM获取单元输出的功角PWM占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。进一步的，基于所述第二定子电压计算单元基于电池电压Vdc及所述功角δ值计算第二定子电压，计算公式具体如下：其中，V2d和V2q分别为第二定子电压的d-轴和q-轴分量。进一步的，所述电压调制系数M的计算公式具体如下：其中，V1d和V1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，Vdc为电池电压。进一步的，当M小于M1，或M大于M1且趋向于M2时，模式切换单元控制单刀双掷开关掷向电流PWM获取单元，电流PWM获取单元将电流PWM占空比输出至逆变器；当M小于M2，或M小于M2且趋向于M1时，模式切换单元控制单刀双掷开关掷向功角PWM获取单元，功角PWM获取单元将功角PWM占空比输出至逆变器。在永磁同步电机低速运行时，采用基于定子电流来控制定子电压，在永磁同步电机高速运行时，基于功角来控制定子电压，以解决电流反馈控制方法在高速运行条件下存在的电磁转矩控制性能变差或失效的问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的功角定义示意图；图3是本专利技术实施例提供的电流控制模式及功角控制模式的滞环控制方法的示意图；图4为本专利技术实施例专利技术实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统的结构示意图；11.定子电流读取单元、12.第一定子电压计算单元、13.电流PWM获取单元、14.电压调制系数计算单元、15.功角读取单元、16.第二定子电压计算单元、17.功角PWM获取单元，18.模式切换单元、19.逆变器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在永磁同步电机低速运行时，采用基于定子电流来控制定子电压，在永磁同步电机高速运行时，基于功角来控制定子电压，以解决电流反馈控制方法在高速运行条件下存在的电磁转矩控制性能变差或失效的问题。图1是本专利技术实施例提供的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法的流程图，为了便于说明，仅示出与本专利技术实施例相关的部分。S1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，该转矩指令中携带有电磁转矩值；电池电压为动力电池电压，电机转子转速为永磁同步电机的转子转速。S2、基于电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；在本专利技术实施例中，在永磁同步电机的功角被定义为deqe旋转坐标系中定子电压矢量和反电动势矢量之间的夹角，如图2所示的δ角，由下列公式(1)可知：电池电压和转子转速保持不变的情况下，电磁转矩是功角的单调函数，这构成了基于功角的控制永磁同步电机电磁转矩的理论基础。其中，Vdc为电池电压，τe为电磁转矩，ωe为转子速度，λm为转子磁链，Ld为d-轴电感，Lq为q-轴电感，P为转子极对数，δ为功角。在本专利技术实施例中，转矩-电流表为以电池电压、电机转子转速和电磁转矩为输入变量，电流值为输出变量的三维表格，基于电磁转矩值、当前电池电压、及当前电机转子转速在转矩-电流表中查找对应的电流值；转矩-功角表为以电池电压、电机转子转速和电磁转矩为输入变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值；S2、基于所述电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；S3、基于所述定子电流值及所述功角值分别计算定子电压，即基于所述定子电流值计算第一定子电压，基于所述功角值计算第二定子电压；S4、基于所述第一定子电压及所述第二定子电压分别获取电流PWM占空比及功角PWM占空比；S5、基于所述第一定子电压计算电压调制系数M；S6、基于所述电压调制系数M控制电流PWM占空比或功角PWM占空比输出至逆变器，以使所述逆变器基于电流PWM占空比或功角PWM占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。

【技术特征摘要】
1.一种基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、基于转矩指令读取当前的电池电压及电机转子转速，所述转矩指令中携带有电磁转矩值；S2、基于所述电磁转矩值、当前电池电压及当前电机转子转速来分别查找对应的定子电流值及功角值；S3、基于所述定子电流值及所述功角值分别计算定子电压，即基于所述定子电流值计算第一定子电压，基于所述功角值计算第二定子电压；S4、基于所述第一定子电压及所述第二定子电压分别获取电流PWM占空比及功角PWM占空比；S5、基于所述第一定子电压计算电压调制系数M；S6、基于所述电压调制系数M控制电流PWM占空比或功角PWM占空比输出至逆变器，以使所述逆变器基于电流PWM占空比或功角PWM占空比来控制永磁同步电机电磁转矩。2.如权利要求1所述的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，其特征在于，基于所述功角值计算第二定子电压的计算方法具体如下：基于电池电压Vdc及所述功角δ值计算第二定子电压，计算公式具体如下：其中，V2d和V2q分别为第二定子电压的d-轴和q-轴分量。3.如权利要求1所述的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，其特征在于，所述电压调制系数M的计算公式具体如下：其中，V1d和V1q为第一定子电压的d-轴和q-轴分量，Vdc为电池电压。4.如权利要求1所述的基于电流和功角的永磁同步电机电磁转矩控制方法，其特征在于，当M小于M1，或M大于M1且趋向于M2时，将电流PWM占空比输出至逆变器；当M小于M2，或M小于M2且趋向于M1时，将功角PWM占空比输出至逆变器。5.一种基于电流和功角的永磁同步电机的电磁转矩控制系统，其特征在于，所述系统包括：定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流PWM获取单元、电压调制系数计算单元、功角读取单元、第二定子电压计算单元、功角PWM获取单元，模式切换单元；定子电流读取单元、第一定子电压计算单元、电流PWM获取单元、电压调制系数计算单元、及模式切换单元依次连接，功角读取单元、第二定子电压计算单元、及功角PWM获取单元依次连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长江，玉国成，杨柏禄，尹红利，戴胜骏，
申请(专利权)人：江西精骏电控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36