内置式永磁同步电机的控制方法技术

本发明专利技术涉及永磁同步电机的控制方法，具体为内置式永磁同步电机的控制方法。解决因电机参数发生非线性变化对永磁同步电机的控制精度造成影响的问题。本发明专利技术对最大转矩电流比的电流角度进行在线计算，根据电机动态参数进行实时修正，获得包含较准确的电机参数信息的电流角度模型，并利用该模型，进而计算得到MTPA角度，同时对最大转矩电流比的电流幅值进行实时修正，以此实现精确的最大转矩电流比控制。该算法能够使电机始终运行在最大转矩电流比运行点，受电机参数变化的影响小，具有良好的参数鲁棒性和动态响应特性。

Control method of built-in permanent magnet synchronous motor

【技术实现步骤摘要】
内置式永磁同步电机的控制方法
本专利技术涉及永磁同步电机的控制方法，具体为内置式永磁同步电机的控制方法。
技术介绍
永磁同步电机具有效率高，功率密度高，结构简单紧凑，运行可靠等优点，随着电力电子器件的发展，被广泛应用于电动汽车、新能源发电以及工业伺服驱动等领域。内置式永磁同步电机因永磁体内埋于转子，其Q轴电感要明显大于D轴电感，这一特性致使电机产生磁阻转矩。为了充分利用磁阻转矩，提高系统的运行效率，通常采用最大转矩电流比(MaximumTorquePerAmpere，MTPA)控制方法。传统最大转矩电流比控制方法通过对电机转矩模型进行求导运算，并控制转矩对电流角变化率为零，得到满足最大转矩电流比的定子电流角度计算式：由于MTPA角度计算式中包含永磁磁链ψf、D-Q轴电感LQ、LD等参数，在实际运行中，这些参数会随着负载波动、温度变化和磁路饱和等因素发生非线性变化，给MTPA角度计算带来比较大的困难。因此，提高电流角计算精确度的方法，成为最大转矩电流比控制的关键之一。永磁同步电机具有功率密度大、效率高等优点，在电车驱动系统中得到了广泛的应用。车用内置式永磁同步电机多处于转矩控制模式，即驱动系统对主控系统下发的转矩指令进行跟踪控制。传统的转矩控制策略多为开环控制，即电机驱动器在接收到转矩指令后，通过电机模型直接计算出交直轴电流给定值，然后通过交直轴电流双闭环PI调节器进行控制。由于根据电机模型计算电流给定值时需要准确的电机参数，而电机参数在实际工况中是不断变化的，因此电机参数的误差对传统转矩控制的精度有较大影响。
技术实现思路
本专利技术解决因电机参数发生非线性变化对永磁同步电机的控制精度造成影响的问题，提供一种内置式永磁同步电机的控制方法。该控制方法通过转矩闭环控制方法和实时而准确的调节电机参数，根据转矩估算调节电流幅值和计算电流角度β，达到对电机电流较精准的分配，进而较精确的控制电机运行，该方法具有良好的稳态控制精度和动态响应速度。本专利技术是采用如下技术方案实现的：内置式永磁同步电机的控制方法，分六个模块，即采样计算模块、定子电流幅值计算模块、电机参数计算模块、电流角度计算模块、电流给定值计算模块、电流前馈解耦计算模块；1)采样计算模块采集逆变器直流母线电压Udc，以及电机定子电流ia、ib；对定子电流ia、ib进行Clarke变换和Park变换，得到同步旋转坐标系中定子电流D轴分量iD和定子电流Q轴分量iQ；通过位置传感器(旋转变压器)采集电机转子位置角θ，并计算得到电机转子电角速度ωr；2)定子电流幅值计算模块定子电流幅值计算模块包含转矩电流计算模块和电机电磁转矩估算模块；转矩电流计算模块的输入变量为给定转矩T*；输出变量为电机给定电流幅值电机电磁转矩估算模块的输入变量为iD、iQ、LD(t)、LQ(iQ,t)、ψf(t)、t；电机电磁转矩估算模块的输出变量为Te，其方程表示为：其中iD、iQ为采样计算模块输出变量；LD(t)、LQ(iQ,t)、ψf(t)、t为电机参数计算模块输出变量；p为电机极对数；将电机给定转矩T*与电机电磁转矩估算Te做差，将所得转矩差值经过转矩PI控制器调节后，输出量ΔiS用来调节给定电流幅值调节后的给定电流幅值iS，其公式如：3)电机参数计算模块电机参数计算模块的输入变量为：iQ为电机定子Q轴电流实际值；iQ0为电感变化率发生转折时的Q轴电流分量；LQ0为在常温状态(或额定温度)下Q轴的电感分量，为常温下测量值或电机设计给定值；LD0为在常温状态(或额定温度)下D轴的电感分量，为常温下测量值或电机设计给定值；ψf0为常温状态(或额定温度)下电机磁链值，为常温下测量值或电机设计给定值；t为磁钢温度；ρ为曲线系数，在Ansoft环境下采用有限元分析方法拟合曲线得到近似值，一般为0.1％-0.3％；γt磁钢温度系数，可从磁钢手册中查找到；其输出变量为：LQ(iQ,t)为Q轴电感随iQ和温度t变化的值，LD(t)为D轴电感随温度t变化的值，LD(t)＝LD0γtt；ψf(t)为电机磁链随温度t变化的值，ψf(t)＝ψf0γtt；ΔLerr0为在常温下Q轴电感LQ0和D轴电感LD0的差值，ΔLerr0＝LQ0-LD0；ΔiQ0为Q轴实际电流iQ和iQ0之间的差值，ΔiQ0＝iQ-iQ0；4)电流角度计算模块电流角度计算模块的输入参数为：电机磁链初始值ψf0、ΔLerr0、ΔiQ0以及调节后的给定电流幅值iS，输出参数为：最大转矩电流比角度β；当iQ＜iQ0时，最大转矩电流比角度β表达式为：当iQ≥iQ0时，最大转矩电流比角度β表达式为：5)电流给定值计算模块电流给定值计算模块输入变量为：最大转矩电流比角度β、调节后的给定电流幅值iS；电流给定值计算模块输出变量为：定子电流给定值和6)电流前馈解耦计算模块电流前馈解耦计算模块的输入参数为：iD、iQ、LQ(iQ,t)、LD(t)、ψf(t)；输出参数为：给定参考电压和ΔuD为D轴电流给定值与D轴电流反馈值iD的差值，再经过PI调节器输出的结果，即D轴电流闭环调节输出；同理，ΔuQ为Q轴电流给定值与D轴电流反馈值iQ的差值，再经过PI调节器输出的结果，即Q轴电流闭环调节输出；电流前馈解耦计算模块输出的给定参考电压和输入到脉冲调制模块，产生调制脉冲以控制电机运行。本专利技术解决了现有最大转矩电流比控制算法易受参数变化影响、动态性能较差、算法复杂等问题；该方法可以保证内置式永磁同步电机平稳运行，且控制方法简单有效、精度高使用性强。1)本专利技术对最大转矩电流比的电流角度进行在线计算，根据电机动态参数进行实时修正，获得包含较准确的电机参数信息的电流角度模型，并利用该模型，进而计算得到MTPA角度，同时对最大转矩电流比的电流幅值进行实时修正，以此实现精确的最大转矩电流比控制。该算法能够使电机始终运行在最大转矩电流比运行点，受电机参数变化的影响小，具有良好的参数鲁棒性和动态响应特性。2)在传统永磁同步电机矢量控制算法的基础上，增加了转矩估算单元，利用估算的转矩来调节给定电流的幅值，以及利用动态电机参数，来寻找到最优的电流角，然后根据电流角算出给定的D-Q轴电流分配，实现内置式永磁同步电机的精确控制。3)通过在前馈电压计算模块中对电机参数(永磁体磁链、D轴电感和Q轴电感)的变化情况进行在线估算，提高参考电压计算精度，达到提高电机控制精度的效果；4)本专利技术与已有方法相比，具有电机参数动态调节和转矩估算功能，提高了电机最大转矩电流比控制的准确性，且提高了电机给定电压的精确性，具有良好参数鲁棒性的同时，无需复杂的高频信号注入、信号提取等步骤，简化采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内置式永磁同步电机的控制方法，其特征在于，分六个模块，即采样计算模块(1)、定子电流幅值计算模块(2)、电机参数计算模块(3)、电流角度计算模块(4)、电流给定值计算模块(5)、电流前馈解耦计算模块(6)；/n1)采样计算模块/n采集逆变器直流母线电压U

【技术特征摘要】
1.一种内置式永磁同步电机的控制方法，其特征在于，分六个模块，即采样计算模块(1)、定子电流幅值计算模块(2)、电机参数计算模块(3)、电流角度计算模块(4)、电流给定值计算模块(5)、电流前馈解耦计算模块(6)；
1)采样计算模块
采集逆变器直流母线电压Udc，以及电机定子电流ia、ib；对定子电流ia、ib进行Clarke变换和Park变换，得到同步旋转坐标系中定子电流D轴分量iD和定子电流Q轴分量iQ；
通过位置传感器(旋转变压器)采集电机转子位置角θ，并计算得到电机转子电角速度ωr；
2)定子电流幅值计算模块
定子电流幅值计算模块包含转矩电流计算模块和电机电磁转矩估算模块；
转矩电流计算模块的输入变量为给定转矩T*；输出变量为电机给定电流幅值
电机电磁转矩估算模块的输入变量为iD、iQ、LD(t)、LQ(iQ,t)、ψf(t)、t；
电机电磁转矩估算模块的输出变量为Te，其方程表示为：



其中iD、iQ为采样计算模块输出变量；LD(t)、LQ(iQ,t)、ψf(t)、t为电机参数计算模块输出变量；p为电机极对数；
将电机给定转矩T*与电机电磁转矩估算Te做差，将所得转矩差值经过转矩PI控制器调节后，输出量ΔiS用来调节给定电流幅值调节后的给定电流幅值iS，其公式如：
3)电机参数计算模块
电机参数计算模块的输入变量为：
iQ为电机定子Q轴电流实际值；
iQ0为电感变化率发生转折时的Q轴电流分量；
LQ0为在常温状态下Q轴的电感分量，为常温下测量值或电机设计给定值；
LD0为在常温状态下D轴的电感分量，为常温下测量值或电机设计给定值；
ψf0为常温状态下电机磁链值，为常温下测量值或电机设计给定值；
t为磁钢温度；
ρ为曲线系数，为0.1％-0.3％；
γt磁钢温度系数，可从磁钢手册中查找到；
其输出变量为：
LQ(iQ,t)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨高兴，柴璐军，张瑞峰，詹哲军，梁海刚，张吉斌，路瑶，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14