永磁同步电机控制方法、负载、控制设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了永磁同步电机控制方法、负载、控制设备及存储介质，涉及电机控制技术领域。为了解决传统控制方法在线计算复杂度高和离线标定繁琐、工作量大、收敛速度不佳等问题，本发明专利技术建立一种电机最佳运行状态决策判据，依托此判据对电流矢量角进行在线补偿，从而实现电机的高效运行，具体步骤为对电机运行时的三相电流进行采样，根据坐标变换得到d

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机控制方法、负载、控制设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体为永磁同步电机控制方法、控制设备及存储介质

技术介绍

[0002]在电机控制领域，提高电机的运行效率是十分重要的目标。由于交直轴磁路不对称，内嵌式永磁同步电机的电磁转矩中同时存在永磁转矩和磁阻转矩。为了充分利用磁阻转矩，减小定子绕组电流，减小铜耗，需对d
‑
q轴电流进行最优分配控制。
[0003]现有技术中d
‑
q轴电流最优分配控制方法主要包括解析法、查表法、在线搜索法、高频信号注入法等，但是解析法需要根据数学模型求解，其求解表达式复杂；查表法需占用较多内存资源，并且只能针对单台电机使用；搜索法受搜索步长影响，在稳定状态下存在周期性振荡，并且在转矩变化过程中可能失效；高频信号注入法结合了数学模型求解与搜索法，是一种较均衡和新颖的方法，但该方法需注入高频正弦信号并对相关高频信号进行提取并解调制，算法复杂度高，实用性受限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供永磁同步电机控制方法、负载、控制设备及存储介质，用于对电流矢量角进行在线补偿，实现对永磁同步电机的高效控制的同时，摆脱对负载、转速的依赖，增强驱动系统对复杂工况的适应能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：永磁同步电机控制方法、负载、控制设备及存储介质，包括：
[0006]电机在线运行时，通过电流测量元件检测三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
，根据位置传感器获取电机转子位置信息，采用Park坐标变换将检测到的三相电流变换为旋转d
‑
q坐标系下的电流值i
d
,i
q
，并定义电流矢量角为β，如下式所示：
[0007][0008]式中，i
s
为电机的定子电流幅值；
[0009]根据内嵌式永磁同步电机特性，基于电机的转矩方程推导出铜耗最小的状态决策判据表达式如下：
[0010][0011]式中，n
p
为极对数，ψ
f
,L
d
,L
q
为电机固有参数，可通过离线测量或在线辨识等方法获取；
[0012]然后通过低通滤波器对i
d
,i
q
进行低通滤波，滤除其中的高频信号分量，将滤波后
的i
d
,i
q
代入前面获取的状态决策判据表达式进行计算，判断电机运行状态，判断依据如下：
[0013]β
‑
β
OPTI
<0，电流矢量角β需逐渐增大，即
[0014]β
‑
β
OPTI
>0，电流矢量角β需逐渐减小，即
[0015]β
‑
β
OPTI
＝0，电流矢量角β收敛到β
OPTI
；
[0016]式中，β
OPTI
为最优电流矢量角。
[0017]根据设计的自适应增益控制律对表示电机运行状态的状态决策判据表达式进行线性化处理，用于调节自适应积分器增益，基于线性化自适应增益控制律的自适应积分器可表示为：
[0018][0019]式中，K
i
为积分增益；
[0020]根据自适应积分器对所得状态决策判据值进行在线积分，并运用电机控制算法将最终计算结果叠加到电流矢量角β的给定值上，调节电机电流控制环路的d
‑
q轴电流给定值配比，电机控制算法包含电流矢量角最优值计算模块和d
‑
q轴电流给定值分配模块，对状态决策判据值进行积分从而完成电机控制的算法实施过程主要包括以下步骤：
[0021]将k时刻电流矢量角最优值计算模块中的自适应积分器输出值β
’
(k)叠加到上一时刻的电流矢量角给定值β
ref
(k
‑
1)上，即新的电流矢量角给定值为β
ref
(k)＝β
’
(k)+β
ref
(k
‑
1)，当系统达到稳定状态后，最优矢量角给定值的最终表达式为：
[0022]其中，β
OPTI
为最优电流矢量角给定值，β
ini
为最优电流矢量角的初始值，β
’
为根据控制算法以及初始设定的电流矢量角给定值所计算出的补偿量，
[0023][0024]ψ
f*
,L
d*
,L
q*
,R
s*
为电机参数标称值；
[0025]将β
ref
(k)＝β
’
(k)+β
ref
(k
‑
1)作为d
‑
q轴电流给定值分配模块的输入，完成d
‑
q轴电流的重新配比，即：
[0026][0027]经过电流调节器闭环调节后，实际电流值跟踪到给定值，在电机运行过程中，随着控制算法的不断计算和迭代，电流矢量角β不断修正，当最终状态决策判据值收敛至零时，电机达到稳定的最优运行状态。
[0028]进一步的，所述电流矢量角β的初始值为90
°
，即i
d
＝0控制方式，且电流矢量角的设定范围为90
°‑
180
°
。
[0029]进一步的，所述低通滤波器用于滤除传感器测得信号中的噪声及开关频率等高频分量，其传递函数为：
[0030][0031]其中，G0为滤波器的通带增益，ω
cl
为低通滤波器的截止频率。
[0032]进一步的，所述低通滤波器的截止频率ω
cl
为ω
cl
＝100Hz。
[0033]进一步的，所述电机固有参数可以通过电机的稳态电压方程进行在线估计，将估计结果代入状态决策判据表达式并进行计算，具体参数估计过程如下式所示：
[0034][0035]式中，R
s*
为电机参数标称值，ω
e
为电机电角速度，u
d
,u
q
分别为d轴和q轴电压，为q轴电感的估计值，为ψ
f
+L
d
i
d
的估计值。
[0036]进一步的，根据自适应增益控制律对状态决策判据表达式进行线性化处理，得出自适应积分器表达式的过程如下：
[0037]以数学形式描述电流矢量角收敛规律可写为如下表达式：
[0038][0039]上式所示电流矢量角收敛速度直接建立了当前电流矢量角β和最优电流矢量角β
OPTI
间差值的关系，令并对其在β
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：电机在线运行时，通过电流测量元件检测三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
，根据位置传感器获取电机转子位置信息，采用Park坐标变换将检测到的三相电流变换为旋转d
‑
q坐标系下的电流值i
d
,i
q
，并定义电流矢量角为β，如下式所示：式中，i
s
为电机的定子电流幅值；根据内嵌式永磁同步电机特性，基于电机的转矩方程推导出铜耗最小的状态决策判据表达式如下：式中，n
p
为极对数，ψ
f
,L
d
,L
q
为电机固有参数；然后通过低通滤波器对i
d
,i
q
进行低通滤波，滤除其中的高频信号分量，将滤波后的i
d
,i
q
代入前面获取的状态决策判据表达式进行计算，判断电机运行状态，判断依据如下：β
‑
β
OPTI
＜0，电流矢量角β需逐渐增大，即β
‑
β
OPTI
＞0，电流矢量角β需逐渐减小，即β
‑
β
OPTI
＝0，电流矢量角β收敛到β
OPTI
；式中，β
OPTI
为最优电流矢量角；根据设计的自适应增益控制律对表示电机运行状态的状态决策判据表达式进行线性化处理，用于调节自适应积分器增益，基于线性化自适应增益控制律的自适应积分器可表示为：式中，K
i
为积分增益；根据自适应积分器对所得状态决策判据值进行在线积分，并运用电机控制算法将最终计算结果叠加到电流矢量角β的给定值上，调节电机电流控制环路的d
‑
q轴电流给定值配比，电机控制算法包含电流矢量角最优值计算模块和d
‑
q轴电流给定值分配模块，对状态决策判据值进行积分从而完成电机控制的算法实施过程具体包括以下步骤：将k时刻电流矢量角最优值计算模块中的自适应积分器输出值β
’
(k)叠加到上一时刻的电流矢量角给定值β
ref
(k
‑
1)上，即新的电流矢量角给定值为β
ref
(k)＝β
’
(k)+β
ref
(k
‑
1)，当系统达到稳定状态后，最优矢量角给定值的最终表达式为：其中，β
OPTI
为最优电流矢量角给定值，β
ini
为最优电流矢量角的初始值，β
’
为根据控制算法以及初始设定的电流矢量角给定值所计算出的补偿量，ψ
f*
,L
d*
,L
q*
,R
s*
为电机参数；将β
ref
(k)＝β
’
(k)+β
ref
(k
‑
1)作为d
‑
q轴电流给定值分配模块的输入，完成d
‑
q轴电流的

【专利技术属性】
技术研发人员：付兴贺，陈锐，江政龙，夏宏伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：