电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法技术

本发明专利技术的电动汽车永磁同步电机电流前馈‑电压反馈弱磁控制方法，采集电动汽车内置式永磁同步电机的电流信号，并进行坐标变换得到定子电流直轴分量和定子电流交轴分量；采集电压信号，得到电压源型逆变器直流母线电压；采集内置永磁同步电机上的旋转变压器信号，并通过计算得到电机的转子位置角和机械转速；在传统公式计算法的基础上加入了模糊PI反馈环节。为了能够使电机在恒转矩区和恒功率区平滑、稳定地切换，提出了基于加权函数的平滑切换方法。本发明专利技术的方法简单、可行，能够有效提高电机在恒功率区的动态性能，具有较强的参数鲁棒性，并且能够在恒转矩区和恒功率区平滑、稳定地切换。

Current Feedforward-Voltage Feedback Flux Weakening Control Method for Permanent Magnet Synchronous Motor of Electric Vehicle

The current feed-forward and voltage feedback flux weakening control method of the electric vehicle permanent magnet synchronous motor collects the current signal of the built-in permanent magnet synchronous motor of the electric vehicle, and obtains the stator current straight axis component and the stator current quadrature axis component by coordinate transformation; collects the voltage signal, obtains the DC bus voltage of the voltage source inverter; collects the rotation variation on the built-in permanent magnet synchronous motor. The position angle of the rotor and the mechanical speed of the motor are obtained by calculating the voltage signal, and the fuzzy PI feedback link is added on the basis of the traditional formula calculation method. In order to make the motor switch smoothly and stably in the constant torque region and the constant power region, a smooth switching method based on weighted function is proposed. The method of the invention is simple and feasible, can effectively improve the dynamic performance of the motor in the constant power region, has strong parameter robustness, and can switch smoothly and stably in the constant torque region and the constant power region.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机。特别是涉及一种电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法。
技术介绍
内置式永磁同步电机(InteriorPermanentmagnetsynchronousmachine，IPMSM)由于具有高功率密度、高可靠性和高效率等优点，在电动汽车、机床主轴驱动系统等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。随着微处理器性能不断提升以及电机控制算法不断改进和优化，另外永磁同步电机的本体设计也在不断优化，永磁同步电机驱动系统在近些年受到国内外学者的青睐，其应用领域也越来越广。当永磁同步电机应用在电动汽车驱动系统时，需要电机具有较宽的调速范围。实际中随着电机的转速的不断上升，永磁同步电机的反电势也随之上升，直到达到逆变器最大输出电压值，若继续升高转速，则会出现电机的运行点超出电压极限椭圆的情况。为了保证电机的运行点重新回到电压椭圆内，必须增大定子电流的去磁分量，削弱电机永磁体磁场，这样来维持电压平衡，从而使电机转速可以继续升高而保证电机的反电势不大于逆变器最大输出电压值，从而能够获得弱磁效果，实现电机能够运行在恒功率区域的目的，内置式永磁同步电机弱磁控制一直是国内外学者研究的热点问题。国内外学者对电动汽车内置式永磁同步电机弱磁控制策略的研究大致可以分成两个主要方向：一是传统经典弱磁控制策略，二是新型智能弱磁控制策略。传统经典弱磁控制策略大多基于电机的数学模型，控制算法容易受到电机参数变化、负载扰动等外界环境变化的影响。新型智能弱磁控制策略，如神经网络控制、鲁棒控制等，解决了传统经典弱磁控制策略中存在的一些问题，但是其实现过程较复杂，限制了其在实际中的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够有效提高电动汽车电机在弱磁区动态性能的永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法，包括如下步骤：1)采集电动汽车内置式永磁同步电机的电流信号，并进行坐标变换得到定子电流直轴分量id和定子电流交轴分量iq；采集电压信号，得到电压源型逆变器直流母线电压udc；采集内置永磁同步电机上的旋转变压器信号，并通过计算得到电机的转子位置角θ和机械转速ωr；2)将转速设定值ωr*与所述的机械转速ωr做差，得到转速差值，并经过速度外环PI控制器得到定子电流交轴分量参考值iq*；进而在电流前馈环节，分别通过MTPA算法计算出电机在恒转矩区运行时定子电流直轴分量计算值id1*和通过弱磁算法计算出电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量计算值id2*；当电机运行在恒功率区时，将定子电流直轴分量计算值id2*和经过电压反馈环节得到的定子电流直轴分量补偿值Δid2*相加得到电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量最终值id3*；然后根据电机的机械转速ωr判断电机当前运行区域，当电机运行区域为恒转矩区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id1*；当电机运行区域为恒功率区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id3*；当电机在恒转矩区和恒功率区之间切换时，定子电流直轴分量参考值id*由基于加权函数的平滑切换算法得到；将定子电流直轴分量参考值id*减去定子电流直轴分量id得到定子电流直轴分量误差值，将定子电流交轴分量参考值iq*减去定子电流交轴分量iq得到定子电流交轴分量误差值；定子电流直轴分量误差值和定子电流交轴分量误差值分别经过PI控制器作用得到定子电压直轴分量参考值ud*和定子电压交轴分量参考值uq*，再经过反Park变换得到定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*。3)利用步骤1)得到的转子位置角θ和步骤2)得到的定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*，采用空间矢量脉宽调制方法得到6路PWM脉冲触发信号，控制电压源型逆变器工作，从而驱动电机旋转。步骤2)中所述的在电流前馈环节，通过MTPA算法计算出电机在恒转矩区运行时定子电流直轴分量计算值id1*的计算式如下：式中，Ld、Lq分别为电机的直轴电感和交轴电感，ψf为永磁体磁链，iq*为定子电流交轴分量参考值；步骤2)中所述的在电流前馈环节，通过弱磁算法计算出电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量计算值id2*的计算式如下：式中，Ld、Lq分别为电机的直轴电感和交轴电感，ψf为永磁体磁链，iq*为定子电流交轴分量参考值，udc为逆变器直流母线电压值，ωr为机械转速。步骤2)中所述的电压反馈环节包括：(1)将逆变器最大输出电压值usmax与电机输出电压幅值u做差得到电压差值e，并对电压差值e求微分得到电压差值变化率Δe；(2)根据电压差值e和电压差值变化率Δe，利用模糊控制器，得到定子电流直轴分量补偿值Δid2*；第(1)步中所述电压差值e的数学表达式如下：e＝umax-u其中式中，usmax为逆变器最大输出电压值，u为电机输出电压幅值，udc为逆变器直流母线电压值，ud*、uq*分别为定子电压直轴分量参考值、定子电压交轴分量参考值。第(2)步中所述的模糊控制器为两输入-单输出模糊控制器，输入为电压差值e和电压差值变化率Δe，输出为定子电流直轴分量补偿值Δid2，所设计的隶属度函数包括：所述电压差值e的隶属度函数的表达式如下：式中，电压差值e分为小、中、大三个等级，PLe(x)、PMe(x)和PHe(x)是电压差值e为小、中、大时对应的输入隶属度函数；所述电压差值变化率Δe的隶属度函数的表达式如下：式中，电压差值变化率Δe分为小、中、大三个等级，PLΔe(y)、PMΔe(y)和PHΔe(y)是电压差值e为小、中、大时对应的输入隶属度函数；所述定子电流直轴分量补偿值id2*的隶属度函数的表达式如下：式中，定子电流直轴分量补偿值id2*分为小、中、大三个等级，PLi(z)、PMi(z)和PHi(z)是电压差值e为小、中、大时对应的输出隶属度函数。第(2)步中所述的模糊控制器的模糊规则如下：(2.1)如果电压差值e为PLe(x)且电压差值变化率Δe为PLΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PLi(z)；(2.2)如果电压差值e为PLe(x)且电压差值变化率Δe为PMΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PLi(z)；(2.3)如果电压差值e为PLe(x)且电压差值变化率Δe为PHΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PMi(z)；(2.4)如果电压差值e为PMe(x)且电压差值变化率Δe为PLΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PLi(z)；(2.5)如果电压差值e为PMe(x)且电压差值变化率Δe为PMΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PMi(z)；(2.6)如果电压差值e为PMe(x)且电压差值变化率Δe为PHΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PMi(z)；(2.7)如果电压差值e为PHe(x)且电压差值变化率Δe为PLΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PMi(z)；(2.8)如果电压差值e为PHe(x)且电压差值变化率Δe为PMΔe(y)，则定子电流直轴分量补偿值id2*为PHi(z)；(2.9)如果电压差值e为P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车永磁同步电机电流前馈‑电压反馈弱磁控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采集电动汽车内置式永磁同步电机的电流信号，并进行坐标变换得到定子电流直轴分量id和定子电流交轴分量iq；采集电压信号，得到电压源型逆变器直流母线电压udc；采集内置永磁同步电机上的旋转变压器信号，并通过计算得到电机的转子位置角θ和机械转速ωr；2)将转速设定值ωr*与所述的机械转速ωr做差，得到转速差值，并经过速度外环PI控制器得到定子电流交轴分量参考值iq*；进而在电流前馈环节，分别通过MTPA算法计算出电机在恒转矩区运行时定子电流直轴分量计算值id1*和通过弱磁算法计算出电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量计算值id2*；当电机运行在恒功率区时，将定子电流直轴分量计算值id2*和经过电压反馈环节得到的定子电流直轴分量补偿值Δid2*相加得到电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量最终值id3*；然后根据电机的机械转速ωr判断电机当前运行区域，当电机运行区域为恒转矩区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id1*；当电机运行区域为恒功率区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id3*；当电机在恒转矩区和恒功率区之间切换时，定子电流直轴分量参考值id*由基于加权函数的平滑切换算法得到；将定子电流直轴分量参考值id*减去定子电流直轴分量id得到定子电流直轴分量误差值，将定子电流交轴分量参考值iq*减去定子电流交轴分量iq得到定子电流交轴分量误差值；定子电流直轴分量误差值和定子电流交轴分量误差值分别经过PI控制器作用得到定子电压直轴分量参考值ud*和定子电压交轴分量参考值uq*，再经过反Park变换得到定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*。3)利用步骤1)得到的转子位置角θ和步骤2)得到的定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*，采用空间矢量脉宽调制方法得到6路PWM脉冲触发信号，控制电压源型逆变器工作，从而驱动电机旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采集电动汽车内置式永磁同步电机的电流信号，并进行坐标变换得到定子电流直轴分量id和定子电流交轴分量iq；采集电压信号，得到电压源型逆变器直流母线电压udc；采集内置永磁同步电机上的旋转变压器信号，并通过计算得到电机的转子位置角θ和机械转速ωr；2)将转速设定值ωr*与所述的机械转速ωr做差，得到转速差值，并经过速度外环PI控制器得到定子电流交轴分量参考值iq*；进而在电流前馈环节，分别通过MTPA算法计算出电机在恒转矩区运行时定子电流直轴分量计算值id1*和通过弱磁算法计算出电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量计算值id2*；当电机运行在恒功率区时，将定子电流直轴分量计算值id2*和经过电压反馈环节得到的定子电流直轴分量补偿值Δid2*相加得到电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量最终值id3*；然后根据电机的机械转速ωr判断电机当前运行区域，当电机运行区域为恒转矩区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id1*；当电机运行区域为恒功率区时，定子电流直轴分量参考值id*等于id3*；当电机在恒转矩区和恒功率区之间切换时，定子电流直轴分量参考值id*由基于加权函数的平滑切换算法得到；将定子电流直轴分量参考值id*减去定子电流直轴分量id得到定子电流直轴分量误差值，将定子电流交轴分量参考值iq*减去定子电流交轴分量iq得到定子电流交轴分量误差值；定子电流直轴分量误差值和定子电流交轴分量误差值分别经过PI控制器作用得到定子电压直轴分量参考值ud*和定子电压交轴分量参考值uq*，再经过反Park变换得到定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*。3)利用步骤1)得到的转子位置角θ和步骤2)得到的定子电压α轴分量参考值uα*和定子电压β轴分量参考值uβ*，采用空间矢量脉宽调制方法得到6路PWM脉冲触发信号，控制电压源型逆变器工作，从而驱动电机旋转。2.根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法，其特征在于，步骤2)中所述的在电流前馈环节，通过MTPA算法计算出电机在恒转矩区运行时定子电流直轴分量计算值id1*的计算式如下：式中，Ld、Lq分别为电机的直轴电感和交轴电感，ψf为永磁体磁链，iq*为定子电流交轴分量参考值；步骤2)中所述的在电流前馈环节，通过弱磁算法计算出电机在恒功率区运行时定子电流直轴分量计算值id2*的计算式如下：式中，Ld、Lq分别为电机的直轴电感和交轴电感，ψf为永磁体磁链，iq*为定子电流交轴分量参考值，udc为逆变器直流母线电压值，ωr为机械转速。3.根据权利要求1所述的电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法，其特征在于，步骤2)中所述的电压反馈环节包括：(1)将逆变器最大输出电压值usmax与电机输出电压幅值u做差得到电压差值e，并对电压差值e求微分得到电压差值变化率Δe；(2)根据电压差值e和电压差值变化率Δe，利用模糊控制器，得到定子电流直轴分量补偿值Δid2*。4.根据权利要求3所述的电动汽车永磁同步电机电流前馈-电压反馈弱磁控制方法，其特征在于，第(1)步中所述电压差值e的数学表达式如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧敏，张雪锋，李翀元，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12