一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法技术

一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，其特征是无缝切换控制器模块中的控制方法，其控制过程主要包括两个方面，一是启动过程的频率上升阶段切换方法，由I/F矢量控制切换到无感矢量控制过程，二是频率下降阶段由无感矢量控制过程切换到I/F矢量控制过程方法；通过使用软件编程，实现了上述控制算法，在切换方法控制下，永磁同步电机在启动过程频率上升阶段和频率下降阶段，都顺利可以完成无电流冲击的切换，该切换方法快捷有效，切换过程当中不需要任何参数调整，而且通用性强，适用范围广，适用于绝大部分的永磁同步电机。

A seamless switching method of PMSM current source and sensorless vector control

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法
本专利技术涉及永磁同步电机的控制技术，尤其涉及一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法。
技术介绍
永磁同步电机具有能量密度高、寿命长和无污染易维护的优点，在工业控制、能源交通军事装备等领域获得了广泛的应用。现在很多永磁同步电机都采用无位置传感器的控制方式，虽然降低了电机成本和安装难度，提高了系统的可靠性，但是在改变电机控制方式时需要采取有效的切换方法进行切换，防止切换过程中电机转矩不平衡，冲击电流过大，不过由于电机电气参数差异大，不同的电机切换必须进行切换参数的调整，这样增加了调试的时间和精力，甚至参数反复调整后电机依然无法切换成功。目前的永磁同步电机启动过程一般都是采用复合控制策略，低速区采用I/F控制，中高区采用无速度传感器控制，一般情况下在两种矢量控制的切换过程当中会引起转速的波动，特别是在负载转矩突变时切换，会产生电流震荡，甚至会产生失步，一般的做法是直接切换或者线性改变电流源给定电流大小，但都基本没有考虑负载突变的情况，无法保证切换的平滑过渡。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，解决上述两种切换过程中产生的冲击的问题，使得冲击极小，达到无缝切换的性能，保证不同参数的永磁同步电机都能够顺利的切换。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，包括一种控制系统，所述控制系统包括电流控制器模块101、Clarke与Park反变换模块102、Clarke与Park变换模块103、转子速度估计模块104、速度控制器模块105、无缝切换控制器模块106和调制驱动模块107，如附图1所示，是本专利技术永磁同步电机矢量控制系统框图，调制驱动模块107通过逆变器模块109与永磁同步电机PMSM201电连接；本专利技术的控制方法主要是无缝切换控制器模块106中的控制方法，其控制过程主要包括两个方面，一是启动过程的频率上升阶段切换方法，由I/F矢量控制切换到无感矢量控制过程，二是频率下降阶段由无感矢量控制过程切换到I/F矢量控制过程方法。在启动过程中频率上升阶段切换方法包括以下步骤：1、电机采用I/F矢量控制方式启动，同时也启动无感矢量控制中的转子速度估计模块104，励磁电流给定值Id*设置为0，转矩电流给定值Iq*设置为Is，根据运行给定的频率用软件生成旋转角度代替实际转子旋转的角度，此时整个过程处于速度开环，电流闭环的控制状态；2、电机启动后，时刻判断电机的运转频率，判断运行频率是否进入切换频率的范围内，设定的切换频率的范围为设定切换频率上下0.2Hz，然后计算模拟旋转角度与转子速度估计模块104估计的角度Thelt_e之间的角度差值；3、根据计算出的角度差值，判断角度差值是否满足切换的要求，设定的角度差值范围在正负3.6度以内，若满足要求，用转子速度估计模块104估计出的角度Thelt_e代替模拟旋转角度，用转子速度估计器104模块估计出的转速Wr送入到速度控制器模块105作为反馈速度，速度控制器模块105的输出Iq*_s作为转矩电流的给定电流Iq*，此时，整个控制系统处于速度闭环和电流闭环的双闭环状态；4、如果计算的角度差值不满足要求，此时保持运行频率不变，按照正弦函数的规律调整励磁电流给定值Id*的电流逐渐增大，按照余弦函数的规律调整转矩电流给定值Iq*电流逐渐减小，此时，Id*＝Is*sin(tk)，Iq*＝Is*cos(tk)，其中tk是其中中间变量，tk按照线性变换，变换范围为正负90度之内，Is是电机启动前设定的定子电流，在整个调整切换过程当中，总的定子电流幅值始终保持Is不变，在此控制阶段，将转矩电流给定值Iq*反馈到速度控制器模块105作为速度控制器的输出；5、逐渐减小励磁电流Id*，并且开始上升频率，直到给定励磁电流Id*渐减小为0，此时，频率上升阶段的无缝切换过程完成。在频率下降阶段的控制方法包括以下步骤：1、判断当前运行频率是否进入切换频率的范围，切换频率的范围设定为切换频率上下0.2Hz的范围；2、当运行频率运行到切换频率的范围内时，线性增大转矩电流Iq*，同时停止速度控制器模块105的工作；3、直到转矩电流Iq*给定值达到Is，然后逐渐线性减小励磁电流Id*给定值，直到励磁电流为0，同时让中间变量tk＝0，此时，频率下降阶段的无缝切换过程完成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：通过使用软件编程，实现了上述控制算法，在切换方法控制下，永磁同步电机在启动过程频率上升阶段和频率下降阶段，都顺利可以完成无电流冲击的切换，该切换方法快捷有效，切换过程当中不需要任何参数调整，而且通用性强，适用范围广，适用于绝大部分的永磁同步电机。附图说明以下结合附图对本专利技术做进一步详细描述。附图1是本专利技术永磁同步电机矢量控制系统框图；附图2是本专利技术中无缝切换控制器控制流程框图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图1和附图2及具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如附图1和附图2所示，一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，包括一种控制系统，所述控制系统包括电流控制器模块101、Clarke与Park反变换模块102、Clarke与Park变换模块103、转子速度估计模块104、速度控制器模块105、无缝切换控制器模块106和调制驱动模块107，调制驱动模块107通过逆变器模块109与永磁同步电机PMSM201电连接；本专利技术的控制方法主要是无缝切换控制器模块106中的控制方法，其控制过程主要包括两个方面，一是启动过程的频率上升阶段切换方法，由I/F矢量控制切换到无感矢量控制过程，二是频率下降阶段由无感矢量控制过程切换到I/F矢量控制过程方法。一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，包括以下步骤：1、根据转子速度估计模块104估计的转子角度和实际采样逆变器模块109得到的Ia、Ib两相电流，计算出Iq_e电流大小；2、判断系统运行频率上升还是下降；I)若运行频率上升，判断运行频率是否进入切换范围内，设定的切换频率的范围为设定切换频率上下0.2Hz；i)若运行频率不在切换范围内，令励磁电流Id*＝0，上升频率继续运行，然后返回步骤I)；ii)若运行频率在切换范围内，计算模拟旋转角度与转子速度估计模块104估计的角度Thelt_e之间的角度差值，判断所述角度差值是否满足切换的要求，设定的角度差值范围在正负3.6度以内；iii)若角度差值满足切换要求，用转子速度估计模块104估计出的角度Thelt_e代替模拟旋转角度，用转子速度估计器104模块估计出的转速Wr送入到速度控制器模块105作为反馈速度，速度控制器模块105的输出Iq*_s作为转矩电流的给定电流Iq*，此时，整个控制系统处于速度闭环和电流闭环的双闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，其特征是在启动过程中频率上升阶段切换方法包括以下步骤：/n1）电机采用I/F矢量控制方式启动，同时也启动无感矢量控制中的转子速度估计模块（104），励磁电流给定值Id*设置为0，转矩电流给定值Iq*设置为Is，根据运行给定的频率用软件生成旋转角度代替实际转子旋转的角度，此时整个过程处于速度开环，电流闭环的控制状态；/n2）电机启动后，时刻判断电机的运转频率，判断运行频率是否进入切换频率的范围内，然后计算模拟旋转角度与转子速度估计模块（104）估计的角度Thelt_e之间的角度差值；/n3）根据计算出的角度差值，判断角度差值是否满足切换的要求，若满足要求，用转子速度估计模块（104）估计出的角度Thelt_e代替模拟旋转角度，用转子速度估计器（104）模块估计出的转速Wr送入到速度控制器模块（105）作为反馈速度，速度控制器模块（105）的输出Iq*_s作为转矩电流的给定电流Iq*，此时，整个控制系统处于速度闭环和电流闭环的双闭环状态；/n4）如果计算的角度差值不满足要求，此时保持运行频率不变，按照正弦函数的规律调整励磁电流给定值Id*的电流逐渐增大，按照余弦函数的规律调整转矩电流给定值Iq*电流逐渐减小，此时，Id*=Is*sin(tk)，Iq*=Is*cos(tk)，其中tk是其中中间变量，tk按照线性变换，变换范围为正负90度之内，Is是电机启动前设定的定子电流，在整个调整切换过程当中，总的定子电流幅值始终保持Is不变，在此控制阶段，将转矩电流给定值Iq*反馈到速度控制器模块（105）作为速度控制器的输出；/n5）逐渐减小励磁电流Id*，并且开始上升频率，直到给定励磁电流Id*渐减小为0，此时，频率上升阶段的无缝切换过程完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机电流源与无感矢量控制的无缝切换方法，其特征是在启动过程中频率上升阶段切换方法包括以下步骤：
1）电机采用I/F矢量控制方式启动，同时也启动无感矢量控制中的转子速度估计模块（104），励磁电流给定值Id*设置为0，转矩电流给定值Iq*设置为Is，根据运行给定的频率用软件生成旋转角度代替实际转子旋转的角度，此时整个过程处于速度开环，电流闭环的控制状态；
2）电机启动后，时刻判断电机的运转频率，判断运行频率是否进入切换频率的范围内，然后计算模拟旋转角度与转子速度估计模块（104）估计的角度Thelt_e之间的角度差值；
3）根据计算出的角度差值，判断角度差值是否满足切换的要求，若满足要求，用转子速度估计模块（104）估计出的角度Thelt_e代替模拟旋转角度，用转子速度估计器（104）模块估计出的转速Wr送入到速度控制器模块（105）作为反馈速度，速度控制器模块（105）的输出Iq*_s作为转矩电流的给定电流Iq*，此时，整个控制系统处于速度闭环和电流闭环的双闭环状态；
4）如果计算的角度差值不满足要求，此时保持运行频率不变，按照正弦函数的规律调整励磁电流给定值Id*的电流逐渐增大，按照余弦函数的规律调整转矩电流给定值Iq*电流逐渐减小，此时，Id*=Is*sin(tk)，Iq*=Is*cos(tk)，其中tk是其中中间变量，tk按照线性变换，变换范围为正负90度之内，Is是电...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹彭飞，陈敏，徐春红，郭培彬，陈建行，张长元，王伟，
申请(专利权)人：新风光电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37