本申请公开了一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法，涉及永磁同步电机系统领域，该方法采用双环串级结合前馈负载电流并添加变比例环节，将外环电压环改进为输出电容电流给定值，继而得到双向DC/DC变换器流向逆变器的直流母线的母线电流给定值，由于母线电流给定值包含了负载电流，因此该控制方法具有对负载变化响应快的优点，基于母线电流给定值结合变比例环节得到电感电流给定值，从而控制双向DC/DC变换器使得储能电感跟随电感电流给定值，该控制方法具有快速的母线电压调整性和对双向DC/DC变换器参数变化的鲁棒性，控制性能优良。控制性能优良。控制性能优良。
【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法
[0001]本申请涉及永磁同步电机系统领域，尤其是一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法。
技术介绍
[0002]永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Machine，PMSM)因具有结构简单、效率高、功率密度高和可靠性高的优点而被广泛应用于新能源车辆。诸如新能源车辆、船舶电力、金属削切等需要电机高速作业下的行业中，传统的基于矢量控制的永磁同步电机系统无法满足行业对于电机高转速的需求，而弱磁控制不仅继承了矢量控制的闭环控制属性，还具有一定宽度的调速范围和平滑的弱磁过渡特点，可以使永磁同步电机获得更宽的转速调节范围，被广泛应用于永磁同步电机系统的控制以实现宽调速范围运行，从而满足电机的高转速要求并用于实现新能源车辆的高速行驶。
[0003]但是对于永磁同步电机系统来说，直流母线电压会随着永磁同步电机的工况以及供电电池的电量变化而变化，尤其当供电电池采用新型钠离子电池时，直流母线电压的变化范围更大，这会增大永磁同步电机的弱磁运行范围。而永磁同步电机弱磁扩速范围受电机失磁、系统效率等限制，当供电电池的电压较低时，往往使得永磁同步电机难以具有较宽速度范围，进而影响新能源车辆的高速行驶性能。
[0004]目前有一些做法会在永磁同步电机系统的逆变器前级加入双向DC/DC变换器，理论上双向DC/DC变换器可根据永磁同步电机的工况来实时调节其输出电压，以满足后级的逆变器的输入电压，将永磁同步电机的弱磁范围控制在合理范围内，有利于改善永磁同步电机系统的高速运行性能及效率。但是双向DC/DC变换器的给定电压到输出电压的传递函数的零极点分布受静态工作点影响较大，也即双向DC/DC变换器的调压性能甚至稳定性都受负载工作点影响，而新能源车辆的负载工作点变化范围相对较大，这就导致这种做法实际的控制性能和稳定性都较差，在实际应用时产生的调压效果并不理想。
技术实现思路
[0005]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法，本申请的技术方案如下：
[0006]一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法，永磁同步电机系统包括依次相连的供电电池、双向DC/DC变换器、逆变器以及永磁同步电机，逆变器的直流母线的正极和负极之间跨接直流母线电容C
bus
，该控制方法包括：
[0007]利用外环电压环根据逆变器的母线电压实际值u
bus
计算得到直流母线电容C
bus
的电容电流给定值
[0008]对负载电流i
load
进行前馈并结合电容电流给定值得到双向DC/DC变换器流向逆变器的直流母线的母线电流给定值
[0009]根据母线电流给定值确定双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值
[0010]利用内环电流环根据双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流实际值i
L
及其电感电流给定值产生开关调制信号；
[0011]按照开关调制信号控制双向DC/DC变换器中的开关管。
[0012]其进一步的技术方案为，根据母线电流给定值确定双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值包括确定：
[0013][0014]其中，u
bat
是供电电池的电压，是一个变比例参数。
[0015]其进一步的技术方案为，在双向DC/DC变换器中，开关管S2的集电极连接逆变器的直流母线的正极，开关管S2的发射极连接开关管S1的集电极，开关管S1的发射极连接逆变器的直流母线的负极以及供电电池的负极，开关管S1的集电极通过储能电感和负载电阻连接供电电池的正极；开关管S1和开关管S2的两端分别接反接二极管；
[0016]利用内环电流环产生开关调制信号的方法包括：
[0017]将双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值与电感电流实际值i
L
的差值作为内环电流环中的第二PI控制器的输入；
[0018]根据第二PI控制器输出的双向DC/DC变换器中的储能电感上的电压给定值得到开关调制信号，开关调制信号指示双向DC/DC变换器中的开关管S1的占空比和开关管S2的占空比
[0019]按照开关调制信号指示的占空比控制双向DC/DC变换器中的开关管S1和开关管S2的通断。
[0020]其进一步的技术方案为，确定双向DC/DC变换器中的开关管S1和开关管S2的占空比为：
[0021][0022]其中，是双向DC/DC变换器中的开关管S1的输出电压平均值，且有u
bat
是供电电池的电压。
[0023]其进一步的技术方案为，第二PI控制器的PI参数满足的关系而将内环电流环等效为一阶惯性环节，使得内环电流环的带宽为时间常数
[0024][0025]其中，k
p2
是第二PI控制器的比例参数，k
i2
是第二PI控制器的积分参数，R
L
是负载电阻的阻值，L是储能电感的感值。
[0026]其进一步的技术方案为，该控制方法还包括：
[0027]根据确定内环电流环的传递函数为：
[0028][0029]根据内环电流环的传递函数确定当满足的关系时，内环电流环的传递函数等效为一阶惯性环节其中，s是s平面的参数。
[0030]其进一步的技术方案为，确定母线电流给定值G(s)表示对负载电流i
load
进行前馈时的补偿函数，s是s平面的参数，母线电流给定值中包含了负载电流i
load
。
[0031]其进一步的技术方案为，利用外环电压环确定电容电流给定值的方法包括：将母线电压给定值u
E
与母线电压实际值u
bus
的差值V
E
‑
u
bus
作为外环电压环中的第一PI控制器的输入，得到第一PI控制器输出的电容电流给定值
[0032]本申请的有益技术效果是：
[0033]本申请公开了一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法，该控制方法采用双环串级结合前馈负载电流并添加变比例环节，将外环电压环改进为输出电容电流给定值，继而得到双向DC/DC变换器流向逆变器的直流母线的母线电流给定值，由于母线电流给定值包含了负载电流，因此该控制方法具有对负载变化响应快的优点，基于母线电流给定值结合变比例环节得到电感电流给定值，从而控制双向DC/DC变换器使得储能电感跟随电感电流给定值，在该控制方法下，母线电压变化对零极点分布影响极小，具有快速的母线电压调整性和对双向DC/DC变换器参数变化的鲁棒性，不管是双向DC/DC变换器的参数发生变化还是负载功率发生变化，该控制方法都有良好的控制性能。
附图说明
[0034]图1是包含双向DC/DC变换器的永磁同步电机系统的系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机系统中的双向DC/DC变换器的控制方法，所述永磁同步电机系统包括依次相连的供电电池、双向DC/DC变换器、逆变器以及永磁同步电机，所述逆变器的直流母线的正极和负极之间跨接直流母线电容C
bus
，其特征在于，所述控制方法包括：利用外环电压环根据所述逆变器的母线电压实际值u
bus
计算得到所述直流母线电容C
bus
的电容电流给定值对负载电流i
load
进行前馈并结合所述电容电流给定值得到所述双向DC/DC变换器流向所述逆变器的直流母线的母线电流给定值根据母线电流给定值确定所述双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值利用内环电流环根据所述双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流实际值i
L
及其电感电流给定值产生开关调制信号；按照所述开关调制信号控制所述双向DC/DC变换器中的开关管。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据母线电流给定值确定所述双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值包括确定：其中，u
bat
是所述供电电池的电压，是一个变比例参数。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述双向DC/DC变换器中，开关管S2的集电极连接所述逆变器的直流母线的正极，开关管S2的发射极连接开关管S1的集电极，开关管S1的发射极连接所述逆变器的直流母线的负极以及所述供电电池的负极，开关管S1的集电极通过储能电感和负载电阻连接所述供电电池的正极；开关管S1和开关管S2的两端分别接反接二极管；利用内环电流环产生开关调制信号的方法包括：将所述双向DC/DC变换器中的储能电感的电感电流给定值与电感电流实际值i
L
的差值作为内环电流环中的第二PI控制器的输入；根据所述第二PI控制器输出的所述双向DC/DC变换器中的储能电感上的电...
【专利技术属性】
技术研发人员：谈正言，廖勇，
申请(专利权)人：无锡凌博电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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