一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统，首先通过电机基速标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；离线数据处理得到基速以上各转速点对应的关系数据集，并拟合考虑非线性效应的MTPV曲线方程，电机基速以上运行时，根据当前转速和目标转矩查关系数据集获得初始目标电流；以逆变器最大输出电压和电压反馈构建弱磁环，将输出叠加到初始交轴电流，并实时计算出满足驱动电流轨迹在当前实际执行的电流圆及考虑非线性效应的MTPV曲线运行的直轴电流。本发明专利技术考虑了电机实际工作时的非线性效应，弱磁效果好，易于实现。

A Control Method and System of Magnetic Weakening for Permanent Magnet Synchronous Motor

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统
本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统。
技术介绍
永磁同步电机由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求，对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。为实现电机最优控制，将电机运行区域分为最大转矩电流比(MTPA)区、弱磁I区和弱磁II区。MTPA区：基速以下，电机运行在恒转矩区域，采用线性最大转矩电流比控制，使得永磁同步电机获得最大的电磁转矩；弱磁I区：随着转速的升高，电机将沿着最大转矩电流比曲线和最大转矩电压比MTPV曲线之间的恒功率曲线运行；弱磁II区：在更高的转速范围，电机沿着MTPV曲线运行。电机运行在基速以上，反电动势变大，受电动汽车动力电池电压限制，永磁同步电机需要弱磁扩速。工程中常采用负id补偿法(id为电机d轴电流)。当电机端电压达到极限值后，增大直轴去磁电流；优点是方法简单，不依赖参数，缺点是稳定性随转速上升而下降，甚至发生电机失控，且不适用弱磁II区。电压反馈交轴电流增量法在传统负id补偿法的基础上进行改进，对处于负向补偿的d轴电流设置限值，限定在MTPV曲线与电流极限圆交点处的d轴电流值，比较限幅前后的d轴电流差值，并将电流增量叠加到切换点处的交轴电流上，实现II区弱磁的MTPV控制。但是此方法在电机到达弱磁II区前采用负id法增大直轴去磁电流，到达弱磁II区后切换到交轴电流增量法减小交轴电流幅值，过程复杂；且此方法对电机参数依赖较大，电机参数不准将导致MTPV曲线方程与实际偏差较大、弱磁效果差。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统，解决了永磁同步电机稳定性随转速上升而下降、理想电机参数算出的MTPV曲线方程不准确、弱磁效果差的问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，在额定直流电压和基速下对永磁同步电机进行标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；步骤二，根据所述电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点，将电压调制比按转速等比例放大，并舍去电机基速全电流域关系数据集中电压调制比大于1的对应数据，得到基速以上各转速点对应的关系数据集，提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程；步骤三，根据基速以上各转速点对应的关系数据集及MTPV曲线方程，在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法。前述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述步骤一，具体过程为：测功机拖动永磁同步电机以基速n1旋转，控制器输入额定直流电压udc；控制器按电流控制模式运行，以设定电流步长和角度步长作为间隔，给定电机运行的若干组电流值is和电流角度值γ，记录电机稳定运行后的实际输出转矩T、电压调制比M；将各组电流值is、电流角度值γ及对应的实际输出转矩T、电压调制比M离线整理，生成电机基速全电流域关系数据集。前述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述基速以上各转速点对应的关系数据集，获取过程为：根据电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点nx下，将电压调制比M按转速等比例放大为Mx，将电机基速全电流域关系数据集中的电压调制比M用Mx代替，并舍去Mx>1对应数据，得到基速以上各转速点nx对应的关系数据集。前述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程，具体为：提取基速以上各转速点对应的关系数据集中输出转矩最大且不在电流极限圆上的数据，将电流值和电流角度值从极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到直轴电流id、交轴电流iq，拟合成id与iq的关系曲线id＝f(iq)。前述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述步骤三，具体为：电机基速以上运行时，控制器根据电机当前转速n和目标转矩T*查基速以上各转速点对应的关系数据集获得电机当前转速下的初始电流值is0、初始电流角度值γ0，并由极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到初始直轴电流和初始交轴电流以逆变器最大输出电压和电压反馈构建弱磁环；将弱磁环输出值叠加到初始交轴电流得到新交轴电流将新交轴电流代入当前实际执行的电流圆方程，计算出电流圆对应直轴电流将新交轴电流代入所述考虑非线性效应的MTPV曲线方程，计算出MTPV曲线对应直轴电流当新直轴电流取当新直轴电流取利用新直轴电流和新交轴电流驱动电流驱动永磁同步电机运转。一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，包括：标定模块，用于在额定直流电压和基速下对永磁同步电机进行标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；基速以上各转速点对应的关系数据集和MTPV曲线方程获取模块，用于根据所述电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点，将电压调制比按转速等比例放大，并舍去电机基速全电流域关系数据集中电压调制比大于1的对应数据，得到基速以上各转速点对应的关系数据集，提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程；交轴电流补偿法弱磁控制模块，用于根据基速以上各转速点对应的关系数据集及MTPV曲线方程，在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法。前述的一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，所述获取电机基速全电流域关系数据集，具体过程为：测功机拖动永磁同步电机以基速n1旋转，控制器输入额定直流电压udc；控制器按电流控制模式运行，以设定电流步长和角度步长作为间隔，给定电机运行的若干组电流值is和电流角度值γ，记录电机稳定运行后的实际输出转矩T、电压调制比M；将各组电流值is、电流角度值γ及对应的实际输出转矩T、电压调制比M离线整理，生成电机基速全电流域关系数据集。前述的一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，所述基速以上各转速点对应的关系数据集，具体获取过程为：根据电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点nx下，将电压调制比M按转速等比例放大为Mx，将电机基速全电流域关系数据集中的电压调制比M用Mx代替，并舍去Mx>1对应数据，得到基速以上各转速点nx对应的关系数据集。前述的一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，所述提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程，具体为：提取基速以上各转速点对应的关系数据集中输出转矩最大且不在电流极限圆上的数据，将电流值和电流角度值从极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到直轴电流id、交轴电流iq，拟合成id与iq的关系曲线id＝f(iq)。前述的一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，所述在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法，具体为：电机基速以上运行时，控制器根据电机当前转速n和目标转矩T*查基速以上各转速点对应的关系数据集获得电机当前转速下的初始电流值is0、初始电流角度值γ0，并由极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到初始直轴电流和初始交轴电流以逆变器最大输出电压和电压反馈构建弱磁环；将弱磁环输出值叠加到初始交轴电流得到新交轴电流将新交轴电流代入当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，在额定直流电压和基速下对永磁同步电机进行标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；步骤二，根据所述电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点，将电压调制比按转速等比例放大，并舍去电机基速全电流域关系数据集中电压调制比大于1的对应数据，得到基速以上各转速点对应的关系数据集，提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程；步骤三，根据基速以上各转速点对应的关系数据集及MTPV曲线方程，在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，在额定直流电压和基速下对永磁同步电机进行标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；步骤二，根据所述电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点，将电压调制比按转速等比例放大，并舍去电机基速全电流域关系数据集中电压调制比大于1的对应数据，得到基速以上各转速点对应的关系数据集，提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程；步骤三，根据基速以上各转速点对应的关系数据集及MTPV曲线方程，在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述步骤一，具体过程为：测功机拖动永磁同步电机以基速n1旋转，控制器输入额定直流电压udc；控制器按电流控制模式运行，以设定电流步长和角度步长作为间隔，给定电机运行的若干组电流值is和电流角度值γ，记录电机稳定运行后的实际输出转矩T、电压调制比M；将各组电流值is、电流角度值γ及对应的实际输出转矩T、电压调制比M离线整理，生成电机基速全电流域关系数据集。3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述基速以上各转速点对应的关系数据集，获取过程为：根据电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点nx下，将电压调制比M按转速等比例放大为Mx，将电机基速全电流域关系数据集中的电压调制比M用Mx代替，并舍去Mx>1对应数据，得到基速以上各转速点nx对应的关系数据集。4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程，具体为：提取基速以上各转速点对应的关系数据集中输出转矩最大且不在电流极限圆上的数据，将电流值和电流角度值从极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到直轴电流id、交轴电流iq，拟合成id与iq的关系曲线id＝f(iq)。5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述步骤三，具体为：电机基速以上运行时，控制器根据电机当前转速n和目标转矩T*查基速以上各转速点对应的关系数据集获得电机当前转速下的初始电流值is0、初始电流角度值γ0，并由极坐标系转换到d-q轴坐标系，得到初始直轴电流和初始交轴电流以逆变器最大输出电压和电压反馈构建弱磁环；将弱磁环输出值叠加到初始交轴电流得到新交轴电流将新交轴电流代入当前实际执行的电流圆方程，计算出电流圆对应直轴电流将新交轴电流代入所述考虑非线性效应的MTPV曲线方程，计算出MTPV曲线对应直轴电流当新直轴电流取当新直轴电流取利用新直轴电流和新交轴电流驱动电流驱动永磁同步电机运转。6.一种永磁同步电机弱磁控制系统，其特征在于，包括：标定模块，用于在额定直...

【专利技术属性】
技术研发人员：石春虎，温传新，黄全全，云阳，王蕤，骆健，俞拙非，杨志宏，朱金大，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32