磁场削弱电动机控制系统技术方案

一种用于电机的控制系统包括磁通减弱模块，所述磁通减弱模块包括用来接收ｄ轴和ｑ轴指令电压并产生电压幅度的电压幅度计算器。误差电路将所述电压幅度与参考电压进行比较并产生误差信号。控制器接收所述误差信号并产生反馈磁通校正信号。限制器将所述反馈磁通校正信号限制到预定的磁通值并产生受限的反馈磁通校正信号。前馈定子磁通产生电路产生前馈定子磁通信号。加法电路将所述所需前馈定子磁通和所述受限的反馈磁通校正信号相加，产生最终定子磁通指令。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在恒定转矩和磁通减弱区域中永磁(PM)电动机的控制，更具体地说，涉及调节磁通以改善永磁电动机在超出基本速度之外的性能。
技术介绍
矢量控制的PWM电压源逆变器可用来激励PM电动机，例如内永磁(IPM)电动机。利用此方法可以提供精确的转矩控制、改进的动态响应以及提高的电动机效率。减少电动机内的磁通，也称为磁通或磁场削弱，可以提供较高速度下PM电动机的改进的电源性能。PM电动机中的磁通减弱可以通过调节定子激励来实现。在恒定转矩区域中，闭环电流调节器控制着所加的PWM电压激励，所以瞬时相电流随它们的指令值而变。但是，当电动机的端子电压达到PWM逆变器的最大电压时，在较高速度时会发生电流调节器的饱和。超过这一点，磁通就应减弱以维持适当的电流调节直到最大电动机速度。传统的磁场削弱方法依赖于电压控制环路或电流角度控制环路。电压控制环路固有地具有较差的动态性能。此外，对于具有磁阻和磁通的IPM电机，把电压控制环路用于磁场削弱不能保证在磁场削弱区域中有每安培最佳转矩。电流角度控制环路方法不能用于高反电动势(EMF)PM电机，因为在较高速度下不加转矩时所述环路不能注入任何磁场削弱电流。此外，对于给定的恒定转矩指令，当驱动进入磁场削弱并达到最大速度时，电流角度控制环路方法不会维持恒定的已形成转矩(即转矩-->的线性)。
技术实现思路
用于永磁电机的磁通减弱模块包括前馈定子磁通项和补偿反馈磁通校正项。前馈定子磁通项提供主磁场削弱磁通值。反馈磁通校正项在动态条件下改进稳定性，并且在稳态下补偿参数变化。加入所述两项并对其进行限制以提供最终定子磁通指令。用于具有转子的永磁(PM)电机的控制系统包括电压指令模块，它接收所需转矩指令、DC链路电压、PM电机转子的角速度、最终定子磁通指令以及转子的角位置。电压指令模块产生d轴和q轴指令电压。指令模块利用转子的角位置来对d轴和q轴指令电压进行矢量旋转，以产生第一和第二稳态电压指令。脉冲宽度调制(PWM)逆变器接收所述第一和第二稳态电压指令，产生用于PM电机的相电压信号。磁场削弱模决利用前馈定子磁通指令和反馈磁通校正指令产生最终定子磁通指令。在其它特征方面，电压指令模块包括转矩限制器，它将所需转矩指令限制在上下极限之间并产生修改的所需转矩指令。d轴电流模块基于计算的最终定子磁通指令和修改的所需转矩指令产生d轴电流指令信号。q轴电流模块基于计算的最终定子磁通指令和修改的所需转矩指令产生q轴电流指令信号。在其它特征方面，同步电流调节器接收d轴和q轴电流指令信号，并产生d轴和q轴电压指令信号。电压指令模块包括同步到稳态模块，所述同步到稳态模块接收所述d轴和q轴电压指令信号以及转子位置，并产生第一和第二稳态电压指令。在还有的其它特征方面，转子位置变换器测量转子位置并产生转子位置信号。或者，转子位置估算器估算转子位置并产生转子位置信号。本专利技术可适用的其它领域从以下提供的详细说明中可一目了-->然。应理解，详细说明和具体实例示明了本专利技术的优选实施例，但仅是为了说明，而非旨在限制本专利技术的范围。附图说明从详细说明和附图可以更充分地理解本专利技术，附图中：图1A是按照本专利技术的用于永磁电动机的电动机控制系统的功能方框图；图1B是图1A的电动机控制系统的更详细的功能方框图；图2示出直接轴(d轴)电流(Id)、所需转矩以及计算的最终定子磁通指令的示范查阅表；图3示出正交轴(q轴)电流(Iq)、所需转矩以及计算的最终定子磁通指令的示范查阅表；图4是显示示范实施例中转矩瞬态期间恒定电动机速度下的磁场削弱性能的曲线图；图5是显示示范实施例中速度瞬态期间50％的恒定指令转矩下的磁场削弱性能的曲线图；图6是显示示范实施例中速度瞬态期间100％的恒定指令转矩下的磁场削弱性能的曲线图；以及图7是图解说明按照本专利技术的磁场削弱控制系统中的工作区域的曲线图。具体实施方式以下对优选实施例的说明仅是示范性质，绝不旨在限制本专利技术，其应用或使用。在本文中，术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、控制器、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它适合的组件。在同步旋转参考系中IPM的电压方程可以用以下矩阵形式表-->示：VdseVqse=Rs-ωeLqsωeLdsRsidseiqse+0ωeφf---(1)]]>Veds和Veqs为同步参考系中d轴和q轴电动机端子电压。ieds和ieqs为同步参考系中d轴和q轴电动机端子电流。Lds和Lqs为d轴和轴定子自感。Rs是定子电阻。φf是永磁磁通匝数。ωe为电角速度。IPM已形成的转矩方程表示如下：Te=3P4[φfiqse+(Lds-Lqs)iqseidse]---(2)]]>式中P为极数。DC链路电压和PWM策略限制最大电压Vsmax。逆变器的电流额定值和电机的热额定值限定最大电流Ismax。所以，电动机的电压和电流具有以下的极限值：Vdse2+Vqse2≤Vsmax2---(3)]]>idse2+iqse2≤Ismax2---(4)]]>按照本专利技术的磁场削弱算法在方程(3)和(4)划定的极限值范围内工作。虽然本说明是关于IPM电机，但专业技术人员应理解按照本专利技术的磁场削弱方法适用于内永磁(或埋置磁体)电机、表面安装磁体电机、同步磁阻型电机以及其它类似电机。根据给定转矩，转矩方程(2)代表dq电流平面上的恒定转矩曲线。在恒定转矩线上，磁通幅度作为d轴电流的函数可表达如下：|λdqn|2=(ρLdniqn)2+(φfn+Ldnidn)2=ρ2Ldn2Te2{φfn-(ρ-1)Ldnidn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于永磁电机的磁通减弱模块，它包括：电压幅度计算器，它接收ｄ轴和ｑ轴指令电压并产生定子电压幅度；误差电路，它将所述电压幅度与参考电压进行比较并产生误差信号；控制器，它接收所述误差信号并产生反馈磁通校正信号；　 　限制器，它将所述反馈磁通校正信号限制到预定磁通值并产生受限的反馈磁通校正信号；前馈定子磁通产生电路，它产生前馈定子磁通；以及加法电路，它将所述前馈定子磁通和所述受限的反馈磁通校正信号相加，产生计算的最终定子磁通指令。

【技术特征摘要】
US 2004-9-13 10/9395531.一种用于永磁电机的磁通减弱模块，它包括：电压幅度计算器，它接收d轴和q轴指令电压并产生定子电压幅度；误差电路，它将所述电压幅度与参考电压进行比较并产生误差信号；控制器，它接收所述误差信号并产生反馈磁通校正信号；限制器，它将所述反馈磁通校正信号限制到预定磁通值并产生受限的反馈磁通校正信号；前馈定子磁通产生电路，它产生前馈定子磁通；以及加法电路，它将所述前馈定子磁通和所述受限的反馈磁通校正信号相加，产生计算的最终定子磁通指令。2.如权利要求1所述的磁通减弱模块，其中还包括限制器，所述限制器限制所述计算的最终定子磁通指令。3.如权利要求1所述的磁通减弱模块，其中所述控制器是防缠绕比例积分控制器。4.如权利要求1所述的磁通减弱模块，其中所述前馈定子磁通产生电路基于所述参考电压和所述PM电机转子的角速度来产生所述前馈定子磁通指令。5.一种用于包括转子的永磁(PM)电机的控制系统，所述系统包括：电压指令模块，它接收所需转矩指令、DC链路电压、所述PM电机转子的角速度、计算的最终定子磁通以及转子的角位置，所述电压指令模块产生d轴和q轴指令电压并利用所述转子的角位置矢量旋转所述d轴和q轴指令电压，以产生第一和第二稳态电压指令；磁场削弱模块，它接收所述d轴和q轴指令电压并产生反馈定子磁通校正；以及脉冲宽度调制(PWM)逆变器，它接收所述第一和第二稳态电压指令，并产生用于所述PM电机的相电压信号。6.如权利要求5所述的控制系统，其中所述电压指令模块包括转矩限制器，所述转矩限制器将所述所需转矩指令限制在上和下极限值之间并产生修改的所需转矩指令。7.如权利要求5所述的控制系统，其中所述电压指令模块包括：d轴电流模块，它根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：NR帕特尔，SE舒尔兹，SK苏，BH贝，
申请(专利权)人：通用汽车公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]