一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法技术

一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法，本发明专利技术实现了电机转速在两轴旋转坐标系下的直接控制。由于方波永磁同步电机的反电势波形非正弦导致其无法像传统正弦永磁同步电机一样进行坐标变换，因此本方法首先根据电动势不变的原则将非正弦反电势波形映射为正弦波，其次，对于每相绕组均虚拟出超前其空间位置90°的绕组，对每相绕组及其虚拟绕组分别进行Park变换，推导出三相坐标系向d‑q坐标系下的换算公式及反算公式，并离线建立电机转子不同位置下控制所需数据库，通过查找数据库在两轴坐标系下进行电流转速双闭环的控制。本发明专利技术能够解决转速控制不平稳等问题，同时可减轻dsp等微处理器的计算负担，提高运行速度进而提高控制精度。

A speed control method of square wave permanent magnet synchronous motor in two axis rotation coordinate system

【技术实现步骤摘要】
一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法
本专利技术涉及方波永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法。
技术介绍
方波永磁同步电机由于其成本低，响应速度快，稳定可靠，功率密度高，寿命长等特点，在汽车工业，民用电器等多个领域得到广泛应用。传统方波永磁同步电机控制方法通常使其处于两相导通工作状态，这样可以充分的利用方波永磁同步电机梯形磁场的平顶部分。但是两相导通方式绕组利用率低，难以实现转矩电流比最大化，另外，两相导通方式在换相期间不可避免存在转矩脉动问题，且受生产工艺的限制使得方波永磁同步电机转子磁场并非标准梯形波加重了转矩脉动，使转速控制不够平稳从而限制方波永磁同步电机在高精尖领域的应用。本专利技术按照正弦波永磁同步电机对其进行控制，采用三相导通方式，以提高绕组利用率同时减小转矩脉动使转速控制更加平稳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过采用三相导通并按照正弦波永磁同步电机对其进行控制的方式来解决绕组利用率低、难以实现转矩电流比最大化以及转矩脉动加重影响转速控制平稳性等问题的一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法。本专利技术采用的技术手段如下：本专利技术所提出的一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法，该方法包括如下步骤：S1、将方波永磁同步电机非正弦反电势常数映射成正弦波；所述反电势常数为非正弦波反电势瞬时值与非正弦波最大值之比，根据不同位置处的反电势常数建立A相不同位置下的反电势常数数据库kA-θ；将A相反电势常数的相反数除以反电势数据库中的最大值kmax再取反正弦函数，即可得到A相的反电势空间矢量角数据库θA-θ，利用该数据库能够直接得到转子位置θ对应的A、B、C各相绕组位置角θA(θ)、θB(θ)＝θA(θ-120°)、θC(θ)＝θA(θ+120°)；S2、建立d、q两轴旋转坐标系并将每相分别进行Park变换，以转子N极实际位置为d轴方向，超前d轴90°方向为q轴方向，建立d-q旋转坐标系，将A、B、C三相绕组分别进行Park变换，变换至d-q旋转坐标系下；S3、获得由a-b-c坐标系与上述d-q坐标系下的转换公式，即电流ABC/dq变换单元计算公式和电压dq/ABC变换单元计算公式；S4、离线获取控制所需数据库，包括A相反电势的空间矢量角数据库、d轴和q轴补偿电压计算单元数据库、电压非对称分量计算单元数据库、电压dq/ABC变换单元数据库；S5、在d-q坐标系下完成方波永磁同步电机转速电流双闭环控制。进一步的，所述S5具体包括以下步骤：(1)将工频交流电源经整流、滤波处理得到直流电源；(2)将直流电源通过逆变器转化成交流电源，向方波永磁同步电机供电；(3)将由位置传感器检测得到的转子位置θ经转速计算单元得到实际转速n；(4)将电机参考转速n*与实际转速n作差输入到速度PI控制器，得到q轴参考电流iq*；(5)由θ经反电势空间矢量角数据库得到A、B、C各相绕组位置角θA、θB、θC；(6)将由电流传感器检测得到的三相实际电流iA、iB、iC和θA、θB、θC输入到电流ABC/dq变换单元得到d轴与q轴实际电流id、iq；(7)将iq*与q轴实际电流iq作差输入到电流PI控制器，得到q轴参考电压uq*；(8)将d轴参考电流id*与d轴实际电流id作差输入到电流PI控制器，得到d轴参考电压ud*；(9)将θA、θB、θC和n输入到补偿电压计算单元得到d、q轴补偿电压ukd、ukq；(10)将θ和n输入到电压非对称分量计算单元得到电压非对称分量u0；(11)将ud*、uq*和ukd、ukq、u0、θA、θB、θC输入到电压dq/ABC变换单元得到三相参考电压uA*、uB*、uC*；uA*、uB*、uC*经PWM发生器产生六个开关管触发信号输入到逆变器中，逆变器根据这六个触发信号将直流电转换为交流电向方波永磁同步电机进行供电。进一步的，所述步骤(6)中，电流ABC/dq变换单元的输入输出变量之间的关系表达式如下：进一步的，所述步骤(9)中，补偿电压计算单元的输入输出变量之间的关系表达式如下：进一步的，所述步骤(10)中，电压非对称分量计算单元的输入输出变量之间的关系表达式如下：u0＝[kA(θ)+kA(θ-120°)+kA(θ+120°)]n进一步的，所述步骤(11)中，电压dq/ABC变换单元的输入输出变量之间的关系表达式如下：其中ud'＝ud*-ukd、uq'＝uq*+ukq、m＝sin(θB-θC)+sin(θC-θA)+sin(θA-θB)。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术主要解决了方波永磁同步电机转速控制不平稳的问题，方波永磁同步电机反电势波形接近梯形波，导致其无法像传统正弦波永磁同步电机那样在两相坐标系下进行控制，控制过程繁琐不易实现，本专利技术将方波反电势常数映射为正弦波后进行控制，使控制简单平稳。另外，本专利技术事先建立控制所需数据库，包括A相反电势的空间矢量角数据库θA-θ、d轴，q轴补偿电压计算单元数据库、电压非对称分量计算单元数据库、电压dq/ABC变换单元数据库，通过实际转子位置查表获得控制过程中所需参数，减轻dsp等微处理器的计算负担，提高了运行速度进而提高控制精度，具有非常理想的技术效果。附图说明图1是本专利技术中非正弦相反电势常数与其映射成正弦波的反电势示意图；图2是本专利技术中反电势空间矢量角与转子实际位置角关系示意图；图3是本专利技术中两轴旋转坐标系即d-q坐标系相对位置示意图；图4是本专利技术中A相绕组与A相虚拟绕组和d-q坐标系位置关系示意图；图5是本专利技术中A相反电势Park变换示意图；图6是本专利技术中对方波永磁同步电机转速电流双闭环控制的结构框图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本专利技术所提出的一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法的具体实施步骤如下：S1，将方波永磁同步电机非正弦反电势常数映射成正弦波。传统正弦波永磁同步电机将三相静止绕组变为两相旋转绕组，并在两相坐标系下完成控制，控制简便平稳；而方波永磁同步电机反电势波形接近梯形波，导致其无法像传统正弦波永磁同步电机那样在两相坐标系下进行控制，控制过程繁琐不易实现。本专利技术将方波反电势常数映射为正弦波后进行控制，将方波永磁同步电机非正弦波反电势常数波形映射成正弦波时依据反电势常数不变的原则进行映射。具体步骤如下：(1)构建A相不同位置下的反电势常数数据库kA-θ。反电势常数为非正弦波反电势瞬时值与非正弦波最大值之比反电势常数的值保持不变，将A相非正弦波反电势常数最大值作为所映射正弦波的最大值，将A相非正弦波反电势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/nS1、将方波永磁同步电机非正弦反电势常数映射成正弦波；/n所述反电势常数为非正弦波反电势瞬时值与非正弦波最大值之比，根据不同位置处的反电势常数建立A相不同位置下的反电势常数数据库k

【技术特征摘要】
1.一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1、将方波永磁同步电机非正弦反电势常数映射成正弦波；
所述反电势常数为非正弦波反电势瞬时值与非正弦波最大值之比，根据不同位置处的反电势常数建立A相不同位置下的反电势常数数据库kA-θ；
将A相反电势常数的相反数除以反电势数据库中的最大值kmax再取反正弦函数，即可得到A相的反电势空间矢量角数据库θA-θ，利用该数据库能够直接得到转子位置θ对应的A、B、C各相绕组位置角θA(θ)、θB(θ)＝θA(θ-120°)、θC(θ)＝θA(θ+120°)；
S2、建立d、q两轴旋转坐标系并将每相分别进行Park变换，以转子N极实际位置为d轴方向，超前d轴90°方向为q轴方向，建立d-q旋转坐标系，将A、B、C三相绕组分别进行Park变换，变换至d-q旋转坐标系下；
S3、获得由a-b-c坐标系与上述d-q坐标系下的转换公式，即电流ABC/dq变换单元计算公式和电压dq/ABC变换单元计算公式；
S4、离线获取控制所需数据库，包括A相反电势的空间矢量角数据库、d轴和q轴补偿电压计算单元数据库、电压非对称分量计算单元数据库、电压dq/ABC变换单元数据库；
S5、在d-q坐标系下完成方波永磁同步电机转速电流双闭环控制。


2.根据权利要求1所述的一种方波永磁同步电机两轴旋转坐标系下的转速控制方法，其特征在于：所述S5具体包括以下步骤：
(1)将工频交流电源经整流、滤波处理得到直流电源；
(2)将直流电源通过逆变器转化成交流电源，向方波永磁同步电机供电；
(3)将由位置传感器检测得到的转子位置θ经转速计算单元得到实际转速n；
(4)将电机参考转速n*与实际转速n作差输入到速度PI控制器，得到q轴参考电流iq*；
(5)由θ经反电势空间矢量角数据库得到A、B、C各相绕组位置角θA、θB、θC；
(6)将由电流传感器检测得到的三相实际电流iA、iB、iC和θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珍国，孙启航，王鹏磊，郝苗，张雪瑞，郭栋，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13