考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑直流母线电压跌落情况下IPMSM的弱磁控制方法，具体步骤：首先通过离线辨识得到电机的参数，再采用MTPA控制法的公式计算出直轴电流，其次判断是否进入弱磁区，从而算出补偿的直轴电流，再将MTPA控制法下的直轴电流与补偿的直轴电流进行相加，得到给定的直轴电流，最后利用IPMSM的电流极限圆方程计算得出给定的交轴电流。本发明专利技术采用了负直轴电流补偿的弱磁控制方法，消除了直流母线电压变化可能导致电机的基速发生变化从而导致电机在一般控制方法下失控的影响，能够在母线电压大幅跌落情况下，仍维持电机恒转速运行。

IPMSM flux-weakening control method considering DC bus voltage sag

【技术实现步骤摘要】
考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法
本专利技术涉及电机技术，特别是一种考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法。
技术介绍
内置式永磁同步电机(IPMSM)凭借高效率、结构简单及体积小等优势，在交流伺服领域发挥着愈来愈重要的作用。为了拓宽永磁同步电机的电机转速范围，人们提出了各种方法。IPMSM因为永磁体的存在，高速时反电动势会超过加载电压，必须施加弱磁电流来维持电机高速情况下稳定。传统的IPMSM弱磁控制方法是基于直流母线电压是恒值的情况下，主要包括：公式计算法，查表法，梯度下降法等算法。其中公式法完全依赖电机的参数，由于电机在运行中，其电感与磁链参数受到电流的变化而发生变化，则不再适用于直接的公式计算，该方法只具有理论意义，很少在实际中应用；查表法则需要大量的实验数据搭建表格，虽然解决了公式法对电机参数的依赖性，但不具备普遍性，实现困难；而梯度下降法是根据电机的电压极限椭圆的电压递减的方向和恒转矩运行曲线之间的夹角大小，来确定电机运行所在的弱磁区域，该方法避免了使用大量实验数据带来的不便，但实现程序复杂。2011年，JaeHyukLee在《Field-weakeningstrategyinconditionofDC-linkvoltagevariationusingonelectricvehicleofIPMSM》(ElectricalMachinesandSystems(ICEMS)，2011InternationalConferenceon，2011)一文中，提出了根据转速、转矩和母线电压建立了3维指令表的方法，解决了电流调节器饱和带来转速失调的问题，同时也增强了动态性能，但创建表格难度大；2012年，黄苏融，、王维辰等人，在《基于母线电压动态变化的电动汽车永磁同步电机控制策略》(电机与控制应用，2012，39(10):24-29)一文中，提出了将实际母线电压向额定母线电压等效折合，同比调整作为查表依据的电角速度指令值的方法，拓宽了电机工作区的范围，但仍需要创建表格；2013年，陈宁、张跃等人，在《内埋式永磁同步电机驱动系统的弱磁控制》(控制理论与应用，2013，30(06):717-723)一文中，提出了在母线电压跌落时，引入了有效电压矢量的闭环控制，可以实时修正直轴电流，避免了电流调节器饱和的缺点，但由于引入的PI调节器多，调节困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，在IPMSM在母线电压跌落到低于给定转速所需要的母线电压，且电压极限椭圆与电流极限圆有交点时，通过判断电流调节器输出的电压综合矢量与实时直流母线电压的大小，来调整电机直轴电流，从而维持恒定转速。实现本专利技术的技术解决方案为：一种考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，直流母线电压值不是常值，具体步骤：步骤一、构建IPMSM基于直流母线电压跌落情况下的弱磁控制系统，在基速以下搭建MTPA模块，利用IPMSM的交轴电感Lq、直轴电感Ld、永磁体磁链ψf及定子电流is计算得到直轴电流id0。步骤二、实时计算电流调节器输出的电压综合矢量同时与根据母线电压得到的逆变器输出电压极限值进行比较，当us＞ulim时，直轴电流补偿值Δid0为负值；否则的话，Δid0为0。其中，ud为电流调节器输出的直轴电压；uq为电流调节器输出的交轴电压；udc为直流母线电压。步骤三、将MTPA控制法下计算得到的直轴电流id0与母线电压跌落情况下需要补偿的直轴电流Δid0相加，得到给定的直轴电流再利用IPMSM的电流极限圆方程计算得出给定的交轴电流进一步地，所述步骤一中，由于IPMSM的等效电感不相等，即所以具有磁阻转矩。通过搭建MTPA模块，使得IPMSM利用最小的定子电流获得较高的转矩。进一步地，所述步骤一中，IPMSM的交轴电感Lq、直轴电感Ld、永磁体磁链ψf均通过离线辨识得到。进一步地，所述步骤二中，只有当IPMSM的us＞ulim时，将差值Δus＝ulim-us经过PI调节器，再经过积分限幅得到补偿的直轴电流值Δid0，此时Δid0为负值；但当IPMSM的ulim≥us时，补偿的直轴电流值Δid0为0。进一步地，所述步骤三中，将计算得到MTPA控制下的直轴电流id0与母线电压跌落情况下为维持电机恒定转速所需要补偿的直轴电流Δid0相加，得到给定的直轴电流最后利用IPMSM的电流极限圆方程计算出给定的交轴电流本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术考虑了IPMSM是凸极机，气隙不均匀，存在磁阻转矩，则采用MTPA模块可以很好的利用电磁转矩中磁阻转矩的部分，从而在给定的转矩条件下消耗最小的定子电流，达到单位电流下电机输出转矩最大。(2)本专利技术考虑了直流母线电压的跌落，即电机的电压极限值是变小的；传统的弱磁控制是默认母线电压udc是恒定不变的，即电机的电压极限值us为常值。(3)本专利技术通过判断电压极限值与电流调节器输出的电压综合矢量值来决定是否需要补偿的直轴电流，从而解决电机直流母线电压跌落造成电机转速失控的问题。附图说明图1为本专利技术考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法的框图。图2为IPMSM在MTPA控制下的框图。图3为IPMSM弱磁部分控制框图。图4为IPMSM在直流母线电压跌落情况下计算给定的交直轴电流的框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。由于内置式永磁同步电机(IPMSM)转子结构稳定，凸极率较高，可通过弱磁调速获得较宽的调速范围，同时凭借高功率密度、高功率因数、高效率的特点，在家用电器、交通运输、数控机床等交流伺服控制领域占有愈加重要的作用。高性能的永磁同步电机矢量控制系统需要实时获得电机转子位置和转速，来作为磁场定向依据和转速环的反馈。但电机的直流母线电压跌落的幅值很大的时候，就可能造成电机的转折速度发生变化，导致电机的转速失控。本专利技术提出了在母线电压突然大幅跌落的情况下，采用负直轴电流补偿的弱磁控制方法。该方法有效的解决了IPMSM母线电压突然跌落导致转速失调的问题，而且能够迅速稳定转速，使电机仍旧维持未跌落之前的转速。在电机基速以下，考虑了内置式永磁同步电机的磁阻转矩的影响，采用最大转矩电流比(MTPA)控制。该控制方法实现同等输出转矩的情况下，消耗最小的定子电流，从而减小电机和逆变器的损耗。此时，电机定子端电压未达到电压极限值。随着转速的上升，由于电机定子端电压受到了逆变器母线电压的限制，不能够继续以较大的电磁转矩。结合图1，本专利技术所述的考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，具体步骤：步骤一、构建IPMSM基于直流母线电压跌落情况下的弱磁控制系统，在基速以下搭建MTPA模块，利用IPMSM的交轴电感Lq、直轴电感Ld、永磁体磁链ψf及定子电流is计算得到直轴电流id0。首先要计算MTPA控制下的直轴电流，下面分析在MTPA控制下的计算公式。首先假设：忽略IPMSM的铁心饱和，忽略涡流及磁滞损耗，且IPMSM的电流为三相正弦波的电流。假设IPMSM三项绕组对称，忽略高次谐波、涡流损耗，则在基于转子磁场定向的dq坐标系下的定子电压方程为：式中：ud、uq、id、iq、ψd、ψq、ωe、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，其特征在于，直流母线电压值不是常值，具体步骤：步骤一、构建IPMSM基于直流母线电压跌落情况下的弱磁控制系统，在基速以下搭建MTPA模块，利用IPMSM的交轴电感Lq、直轴电感Ld、永磁体磁链ψf及定子电流is计算得到直轴电流id0。步骤二、实时计算电流调节器输出的电压综合矢量

【技术特征摘要】
1.一种考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，其特征在于，直流母线电压值不是常值，具体步骤：步骤一、构建IPMSM基于直流母线电压跌落情况下的弱磁控制系统，在基速以下搭建MTPA模块，利用IPMSM的交轴电感Lq、直轴电感Ld、永磁体磁链ψf及定子电流is计算得到直轴电流id0。步骤二、实时计算电流调节器输出的电压综合矢量同时与根据母线电压得到的逆变器输出电压极限值进行比较，当us＞ulim时，直轴电流补偿值Δid0为负值；否则的话，Δid0为0。其中，ud为电流调节器输出的直轴电压；uq为电流调节器输出的交轴电压；udc为直流母线电压。步骤三、将MTPA控制法下计算得到的直轴电流id0与母线电压跌落情况下需要补偿的直轴电流Δid0相加，得到给定的直轴电流再利用IPMSM的电流极限圆方程计算得出给定的交轴电流2.根据权利要求1所述的考虑直流母线电压跌落情况下的IPMSM弱磁控制方法，其特征在于：所述步骤一中，由于IPMSM的等效电感不相等，即L...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚超，颜建虎，应展烽，张旭东，周鑫昇，宋同月，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32