一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法技术

本发明专利技术涉及一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法，包括以下步骤：S1电机控制器接收转矩命令后输入到MTPA模块里，根据电机电感与永磁磁链将转矩命令转换为目标交轴电流；S2获得永磁同步电机的实际转速ω，并根据转速与弱磁提前角离线表Look up Table获取实时的弱磁提前角β；S3计算目标直轴电流；S4限制目标交轴电流iq_ref和目标直轴电流id_ref；S5通过传感器获取永磁同步电机的实际A相与C相的电流ia、ic，获取永磁同步电机的实际交轴电流iq和实际直轴电流id；S6获取交轴目标电压uq和直轴目标电压ud；S7获取α轴电压uα与β轴电压uβ；S8进行空间矢量脉宽调制，通过逆变电路完成对永磁同步电机的电压输入。与现有技术相比，本发明专利技术具有简单方便、算法调节器简单易行等优点。

A Feedforward Decoupled Flux Weakening Control Method for Surface Permanent Magnet Synchronous Motor

The invention relates to a feed-forward decoupling flux weakening control method for surface permanent magnet synchronous motor, which includes the following steps: the S1 motor controller receives the torque command and inputs it into the MTPA module, converts the torque command into the target quadrature-axis current according to the motor inductance and permanent magnet flux linkage; the S2 obtains the actual speed_of the permanent magnet synchronous motor, and obtains the look up table offline according to the speed and flux weakening advance angle. Real-time magnetic weakening advance angle beta; S3 calculates target straight axis current; S4 restricts target quadrature axis current iq_ref and target direct axis current id_ref; S5 obtains actual A phase and C phase currents IA and IC of permanent magnet synchronous motor through sensors, obtains actual quadrature axis current IQ and actual direct axis current ID of permanent magnet synchronous motor; S6 obtains quadrature target voltage UQ and direct axis target voltage ud; S7 obtains alpha axis voltage. The space vector pulse width modulation (SVPWM) is used to input the voltage of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) through the inverting circuit. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simplicity and convenience, and the algorithm regulator is simple and feasible.

【技术实现步骤摘要】
一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法
本专利技术涉及永磁同步电机自动控制领域，尤其是涉及一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法。
技术介绍
受逆变器直流侧最大电压和输出电流能力的限制，电机的定子电压和电流存在极限值，影响了电机驱动系统在恒转矩工作时的最大转速及输出范围。然而，在基速以上时，如果磁通保持不变，电机的反电动势必将大于电机的最大输入电压，造成电机绕组电流的反向流动，这在电机实际运行时是不允许的而弱磁时，磁通反比于定子频率，使感应电动势保持常值而不随转速上升而增加，所以采用弱磁控制方可解决此类问题，且永磁调速系统具有体积小、节能、控制性能好，系统运行噪声低、平滑度和舒适性好等优点。在弱磁控制领域提出了六步电压法，自适应弱磁控制法，基于虚拟瞬时功率的弱磁控制等方法，实现了对永磁同步电机的弱磁控制中采用电流调节器。常用的弱磁方法有前馈法、电压差反馈法、电流差反馈法、转速差反馈法以及查表法等。前馈法是通过电机模型计算直轴电流分量的给定，优点是控制简单，实现方便，但是要依赖电机参数。电压差反馈法将电流调节器输出的电压矢量与固定值的偏差经过PI控制器作为直轴电流的给定，优点是不依赖电机参数，但响应较慢。电流差反馈法将给定的交轴电流与实际交轴电流偏差通过滤波作为直轴电流分量的给定，优点是不依赖电机参数，响应较快，但滤波参数选取要求高，交轴电流有稳态误差。转速差反馈法将给定的转速与实际转速的偏差通过PI控制器作为直轴电流分量的给定，优点是鲁棒性好，交轴电流稳态无误差，但响应较慢。表面式永磁同步电机交直轴电感相同，本申请利用第一种方法，控制表面式永磁同步电机方便简单。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法，包括以下步骤：S1电机控制器接收转矩命令，将转矩命令输入到最大转矩电流比MTPA模块里，MTPA模块根据电机电感与永磁磁链将转矩命令转换为目标交轴电流iq_ref；S2通过传感器获得永磁同步电机的实际转速ω，并根据转速与弱磁提前角离线表LookupTable获取实时的弱磁提前角β；S3根据MTPA交直轴电流的关系计算目标直轴电流id_ref；S4限制目标交轴电流iq_ref和目标直轴电流id_ref，使其均不超过极限值；S5通过传感器获取永磁同步电机的实际A相与C相的电流ia、ic，分别进行克拉克变换与帕克变换后获取永磁同步电机的实际交轴电流iq和实际直轴电流id；S6将iq_ref1与iq的差值与前馈解耦量输入到交轴PI控制器中获取交轴目标电压uq，将id_ref1与id的差值与前馈解耦量输入到直轴PI控制器中获取直轴目标电压ud；S7将直轴目标电压ud和交轴目标电压uq分别进行帕克反变换得到α轴电压uα与β轴电压uβ；S8进行空间矢量脉宽调制并控制三相逆变器的开关，通过逆变电路完成对永磁同步电机的电压输入。所述的步骤S3中，目标直轴电流id_ref的计算式为：id_ref＝tanβ×iq_ref。所所述的步骤S4中，根据允许最大电流Imax与弱磁提前角β限制目标交轴电流iq_ref和目标直轴电流id_ref，具体为：当iq_ref≤Imax·cosβ时，则使iq_ref1＝iq_ref；iq_ref＞Imax·cosβ时，则使iq_ref1＝Imax·cosβ；当|id_ref|≤Imax·sinβ时，则使id_ref1＝id_ref；当|id_ref|＞Imax·sinβ时，则使id_ref1＝Imax·sinβ；其中，Imax·cosβ、Imax·sinβ为对应的极限值。所述的步骤5)中，实际直轴电流id由永磁同步电机转矩公式计算获得。所述的永磁同步电机的转矩公式为：T＝1.5p·(ψd*iq+ψq*id)其中，ψq、ψd分别为电机交直轴磁链，p为磁极对数。所述的交轴目标电压uq和直轴目标电压ud满足以下条件：其中，uref为极限电压。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术利用表面式永磁电机交直轴电感相同的特点，选择的直接控制量仅有交轴电流，与传统控制方法相比简单可靠，并且本方法基于电流和电压极限圆，逆变器一直工作在电压极限状态，由iq间接调节id并对电流进行限制，防止深度弱磁时的电压饱和，具有控制简单方便、算法调节器简单易行的优点。附图说明图1为本专利技术的控制方法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，本专利技术提供一种基于电子液压制动系统的表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法。控制方法通过传感器测得电机转速，根据转速查询MPTA转速与弱磁提前角离线表得到弱磁提前角，通过目标交直轴电流的关系获得目标直轴电流。由转速计算前馈解耦量后将其与目标、实际交直轴电流共同输入电流调节器获得目标交直轴电压并进行空间矢量脉宽调制进而控制逆变器的开关从而实现弱磁控制。具体包括以下步骤：S1:电机控制器接收转矩命令，将转矩命令输入到最大转矩电流比MTPA模块里。表面式永磁同步电机交直轴电感相等，MTPA模块根据电机电感与永磁磁链根据电磁转矩方程将转矩命令转换成为目标交轴电流iq_ref请求；S2:通过传感器测出实际电机转速ω，根据由MTPA得到转速与弱磁提前角离线表LookupTable得到实时的弱磁提前角β；S3:由S1、S2中的iq_ref与β，根据MTPA控制交直轴电流的关系(id_ref＝iq_ref*tanβ)得到目标直轴电流id_ref；S4:根据允许最大电流Imax与弱磁提前角β限制iq_ref与id_ref，使它们都不能超过极限值(Imax*cosβ与Imax*sinβ)得iq_ref1与id_ref1；S5:传感器测出实际的电机A相与C相电流ia、ic并进行克拉克变换与帕克变换得到实际的电机交直轴电流iq与id；S6:将iq_ref1与iq的差值与前馈解耦量输入交轴PI控制器得到交轴的目标电压uq，将id_ref1与id的差值与前馈解耦量输入直轴PI控制器得到直轴的目标电压ud；S7:将ud、uq进行帕克反变换得到uα与uβ；S8:进行空间矢量脉宽调制进而控制三相逆变器的开关，通过逆变电路完成对驱动电机的电压输入。本专利技术实施例永磁同步电机转矩公式T＝1.5p*(ψd*iq+ψq*id)(其中ψq、ψd分别为电机交直轴磁链，p为磁极对数)根据本专利技术中id由iq计算获得，可由转矩命令及电机磁链获得目标iq。本专利技术实施例中根据电流极限圆的要求对目标交直轴电流进行限制。若iq_ref绝对值大小小于Imax*cosβ，则取原值，反之，则iq_ref的值取Imax*cosβ，id_ref取iq_ref*tanβ，若其值为正则取负号。本专利技术实施例根据电压极限圆的要求，在2个PI控制器输出ud、uq后对ud、uq进行限制，使其满足ud^2+uq^2小于uref^2(uref为极限电压)，若不限制将会造成逆变器饱和导致电机失控。本专利技术对弱磁状态下既满足电流与电压极限圆，又满足最佳电流转矩比曲线的转速与弱磁提前角进行了统计，制订了转速与弱磁提前角离线表。控制器根据传感器测量后计算所得的电机转速，可以立刻获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1电机控制器接收转矩命令，将转矩命令输入到最大转矩电流比MTPA模块里，MTPA模块根据电机电感与永磁磁链将转矩命令转换为目标交轴电流iq_ref；S2通过传感器获得永磁同步电机的实际转速ω，并根据转速与弱磁提前角离线表Look up Table获取实时的弱磁提前角β；S3根据MTPA交直轴电流的关系计算目标直轴电流id_ref；S4限制目标交轴电流iq_ref和目标直轴电流id_ref，使其均不超过极限值；S5通过传感器获取永磁同步电机的实际A相与C相的电流ia、ic，分别进行克拉克变换与帕克变换后获取永磁同步电机的实际交轴电流iq和实际直轴电流id；S6将iq_ref1与iq的差值与前馈解耦量输入到交轴PI控制器中获取交轴目标电压uq，将id_ref1与id的差值与前馈解耦量输入到直轴PI控制器中获取直轴目标电压ud；S7将直轴目标电压ud和交轴目标电压uq分别进行帕克反变换得到α轴电压uα与β轴电压uβ；S8进行空间矢量脉宽调制并控制三相逆变器的开关，通过逆变电路完成对永磁同步电机的电压输入。

【技术特征摘要】
1.一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1电机控制器接收转矩命令，将转矩命令输入到最大转矩电流比MTPA模块里，MTPA模块根据电机电感与永磁磁链将转矩命令转换为目标交轴电流iq_ref；S2通过传感器获得永磁同步电机的实际转速ω，并根据转速与弱磁提前角离线表LookupTable获取实时的弱磁提前角β；S3根据MTPA交直轴电流的关系计算目标直轴电流id_ref；S4限制目标交轴电流iq_ref和目标直轴电流id_ref，使其均不超过极限值；S5通过传感器获取永磁同步电机的实际A相与C相的电流ia、ic，分别进行克拉克变换与帕克变换后获取永磁同步电机的实际交轴电流iq和实际直轴电流id；S6将iq_ref1与iq的差值与前馈解耦量输入到交轴PI控制器中获取交轴目标电压uq，将id_ref1与id的差值与前馈解耦量输入到直轴PI控制器中获取直轴目标电压ud；S7将直轴目标电压ud和交轴目标电压uq分别进行帕克反变换得到α轴电压uα与β轴电压uβ；S8进行空间矢量脉宽调制并控制三相逆变器的开关，通过逆变电路完成对永磁同步电机的电压输入。2.根据权利要求1所述的一种表面式永磁同步电机前馈解耦弱磁控制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，目标直轴电流id_ref的计算式为...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊璐，蒙子漾，韩伟，余卓平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31