基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统及其方法，控制系统在计算电机的最佳工作点时采用预测滚动优化方法；控制系统根据电机的转速差值计算出电机实时转矩，后通过计算此刻工况下的电流、电流角、以及转速，预测下一拍所有开关状态所对应的转矩预测值，根据预测结果输出最优开关信号。相比于传统的矢量弱磁控制，在转折速度以下该方法可以获得更大的输出转矩，同时电机的启动速度更快，动态响应速度更快；当电机状态进入弱磁控制区域，转矩开始下降输出功率逐渐稳定于设定恒定值，比传统方法具有更宽的恒功率运行范围。

Flux weakening control system and its method for permanent magnet synchronous motor based on torque predictive control

The invention discloses a permanent magnet synchronous motor based on direct torque control of weak magnetic control system and method, control system adopts the predictive method in the calculation of the motor's optimum operating point; control system according to the speed difference of the motor to calculate the motor torque in real time, by calculating the current and current condition of the moment angle and speed. Prediction of next beat torque corresponding to all of the switch state prediction value, according to the results of the optimal switching signal output. Compared with the traditional vector field weakening control, at the turning speed following the method can obtain higher output torque, the motor start faster, faster dynamic response speed; when the motor enters the state of weak magnetic control area, torque output power began to decline gradually stabilized to set a constant value, has a wider range of constant power operation compared with the traditional method.

【技术实现步骤摘要】
基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统及其方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机弱磁控制系统及其方法，具体涉及一种基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统及其方法，属于电力传动及其控制

技术介绍
与传统的内燃机牵引汽车相比，将内埋式永磁同步电机应用于电动汽车不仅拓宽了恒功率速度范围(ConstantPowerSpeedRange，CPSR)，还减小了整车驱动系统的大小。内埋式永磁同步电机驱动的电动汽车在基速以下恒转矩运行时，为提高电机运行效率和降低系统损耗，通常采用最大转矩电流比(MaximumTorqueperAmpere，MTPA)控制方法，最大限度地提高单位定子电流的转矩输出能力，以满足汽车对启动、加速、负荷爬坡和频繁启停等复杂工况动力性的需求。同时在汽车以恒定负荷稳定运行时，所需定子电流和由此产生的电机铜耗均最小，提高了驱动系统的运行效率。当电机运行于基速以上恒功率区时，由于受到逆变器输出最大电压和最大电流的限制，需采用弱磁(FluxWeakening，FW)控制策略，以拓宽电机恒功率运行时的电机速度范围，从而提高汽车最大巡航速度，满足超车等要求。永磁同步电机驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，控制系统在计算电机的最佳工作点时采用预测滚动优化方法；控制系统根据电机的转速差值计算出电机实时转矩，后通过计算此刻工况下的电流、电流角、以及转速，预测下一拍所有开关状态所对应的转矩预测值，根据预测结果输出最优开关信号；其中，下一周期的转矩预测值通过

【技术特征摘要】
1.基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，控制系统在计算电机的最佳工作点时采用预测滚动优化方法；控制系统根据电机的转速差值计算出电机实时转矩，后通过计算此刻工况下的电流、电流角、以及转速，预测下一拍所有开关状态所对应的转矩预测值，根据预测结果输出最优开关信号；其中，下一周期的转矩预测值通过计算获取，系统滚动优化中采用价值函数为g(min)＝kT·gT+kc·gc+kL·gL，此外，价值函数用于保证系统的收敛性和稳定性；以上各式中，上标k表示当前时刻，则k+1表示下一采样时刻的值；Te表示电磁转矩；P为电机极对数；ψf为永磁磁链；id、iq分别为d、q轴电流分量；Ld、Lq分别为d、q轴电感；gT为转矩误差；gc与gL是与转速相关的价值函数；kT，kc，kL是各自对应的权值系数。2.基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：(1)首先测量电流、电机转速和转子位置信息；(2)对电流和转矩进行预测；(3)判断转速运行范围，并根据其大小选择不同的价值函数：当电机工作在弱磁区域时，即ω>ωr，ω为电机转速，ωr为电机进入弱磁区域的转折速度，则选择的价值函数为：g(min)＝kT·gT+kc·gc+kL·gLgc＝gFWgImax为MTPA限流函数，gumax为弱磁区域约束限制函数，gstab为弱磁区域稳定性约束函数；gFW为弱磁控制价值函数；当电机工作在基速以下区域时，即ω<ωr，则选择的价值函数为：g(min)＝kT·gT+kc·gc+kL·gLgc＝gMTPA其中，gdir为MTPA限制函数；(4)最后进行滚动优化，输出最优开关状态：结合以上的步骤(2)和步骤(3)可知，预测控制包括两部分：状态预测和价值函数的选择；逆变器共有八种状态，而以上步骤(2)中转矩和电流的预测以及步骤(3)中价值函数的选择，每次只能执行一种状态，所以需要执行滚动优化，将八种运行状态遍历之后，选择最后开关状态进行输出。3.根据权利要求1所述的基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤(1)中，电流的测量是通过电路中所采用的电流传感器实现，电机转速和转子位置通过电机端所链接的位置传感器获取，或者采用无传感器计算法计算出电机实际所处的位置。4.根据权利要求1所述的基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电流和转矩的预测方法如下：当采用两电平逆变器时，总共有八种有效的开关状态；根据步骤(1)中所采集的三种电机运行信号，可以判断出电机此刻的工作状态；将此刻的电机工作状态设为初始状态，依次推演计算出逆变器八种不同的开关状态所对应的下一拍的各种可能的电机工作状态，从而实现对电流和转矩的预测。5.根据权利要求1所述的基于转矩预测控制的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤(3)中，当电机工作在弱磁区域时，首先需满足逆变器输出最大电压的限制，即有：λ为电压约束安全系数，Vdc为直流侧电压；当电机高速运行时，为防止控制系统出现不稳定情况，需将状态工作点约束在最大转矩电压比MTPV运行曲线的右侧，则高速时的稳定性约束为所以全速域运行控制系统滚动优化中采用价值函数为g(min)＝kT·gT+kc·gc+kL·gL上式中，kc为与区域收敛函数g对应的权值系数，当ω<ωr时，有gc＝gMTPA且gL＝gImax+gdir；当ω>ωr时，有gc＝gFW且gL＝gImax+gumax+gstab；对于kc的调节，在进入弱磁区域后要减小，以使弱磁轨迹沿电流圆进行；当永磁电机的运行电流轨迹达到最大电流极限时，其运行轨迹将受到最大电压的限制，运行轨迹将沿着MTPV曲线进行移动；其定子电压限制为：us为当前电压值，Vsmax为逆变器的电压极限值；由式(1)知，电压约束为以(id,iq)＝(-Ψf/Ld,0)为中心的椭圆，假设将式(2)所示的坐标变换代入式...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，方磊，李浩，殷实，徐海奇，曹晓冬，何凤有，张晓，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32