一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法及系统，现有永磁同步电机当电机的端电压和电流达到极限值之后，通过弱磁控制来提升电机转速，弱磁扩速的前提是电机转矩输出具备驱动电机负载达到目标转速的能力。本发明专利技术在进行弱磁控制之前，先通过目标转速校验模块判断电机是否能够达到目标转速，确定速度调节器实际的给定转速值和d轴电流的限幅值，防止在电机转矩输出能力不足、电机达不到目标转速的情况下盲目增加弱磁深度，导致速度调节器、电流调节器饱和，导致系统功率模块发热严重、效率降低，甚至引起控制系统失控。本发明专利技术通过完善电压反馈法的弱磁控制流程提高系统的稳定性。程提高系统的稳定性。程提高系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机控制的
，尤其涉及到一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来随着电力电子技术的快速发展、稀土永磁材料性价比的提高，永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)由于具有量密度高，体积小，响应快，效率高的特点，目前广泛应用于机床、机器人，电动汽车，变频空调、室内空气净化，矿井隧道通风，风力发电等领域。
[0003]在PMSM调速系统中，随着电机转速升高电机的反电动势和电机端电压增加，电机控制系统由于受到供电电压及电压源逆变器容量的限制，电机的调速范围将受到约束，如果PMSM调速系统要能够上到高速区运行，通常需要采用弱磁控制。目前PMSM调速系统的弱磁控制方法有查表法、电压反馈法、电压前馈法和单电流调节器法等，其中电压反馈法工程中容易实现、参数鲁棒性好、同时方便实现最大转矩电流比控制与弱磁控制的平滑过渡，是工程上较常用的弱磁控制方法。电压反馈法通过比较参考电压矢量的幅值与设定的电压极限值，判断PMSM是否进入弱磁区域，将参考电压矢量幅值、设定的电压极限值输入比例积分调节器，转化为负向直轴电流(即弱磁电流)从而实现弱磁控制。
[0004]工程实践中弱磁控制的稳定性问题是一个关键点，例如为了提高弱磁控制的稳定性，时维国等人在《电机与控制应用》(VOL.45,NO.8)中提出，通过q轴电流误差积分抑制电流调节器饱和，再根据最大转矩电压比曲线对d轴电流限幅，确定q轴电流增量，优化PMSM弱磁电流轨迹，从而提高弱磁系统的稳定性。
[0005]然而上述关于弱磁系统稳定性的研究中只分析了控制系统电流和电压受限制的问题，没有讨论电机输出电磁转矩受限制的问题，实际上任何电机输出转矩都是有限的，并且随着弱磁深度的增加电机转矩输出能力在降低，因此要提高弱磁系统的稳定性，还需要校验电机转矩输出潜力是否大于负载转矩，考虑是否可以升速到目标转速的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，其通过增加目标转速校验，完善现有电压反馈法的弱磁控制流程，从而提高弱磁控制的稳定性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：
[0008]一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，包括：
[0009]S1、在进入弱磁状态之前，采用最大转矩电流比控制模式，通过最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值然后根据d、q轴电流调节器给定值以及实际反馈值i
d
、i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制，d、q轴电流调节器的
输出电压分别为u
d
、u
q
；
[0010]S2、结合d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
，判断电流调节器的输出电压是否饱和，并根据饱和程度来决定是否进入弱磁控制；
[0011]S3、进行目标转速校验：先通过迭代的方法校验电机是否能够达到目标转速ω
set
，然后确定速度调节器的给定转速值ω
ref
和d轴电流的限幅值i
d_max
；
[0012]S4、结合d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
、d轴电流的限幅值i
d_max
，执行电压反馈法的弱磁控制；
[0013]S5、通过检测目标转速ω
set
是否改变，从而判断是否继续弱磁控制。
[0014]进一步地，采用最大转矩电流比控制模式，速度调节器输出定子电流i
s
，根据最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值计算公式如下：
[0015][0016]式中，ψ
f
为永磁体磁链，L
d
、L
q
分别为d、q轴电感。
[0017]进一步地，步骤S2包括：
[0018]根据d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
，按公式计算得到电机端电压u
s
，将逆变器最大输出电压U
lim
减去u
s
后，得到差值Δu＝U
lim
‑
u
s
，再通过Δu判断输出电压是否饱和；其中逆变器最大输出电压U
lim
按关系式进行计算，U
dc
为逆变器的直流母线电压；
[0019]若Δu≥0，则系统不进入弱磁控制，返回步骤S1，维持在最大转矩电流比控制模式运行；
[0020]若Δu＜0，表明输出电压达到饱和，则转入步骤S3。
[0021]进一步地，步骤S3包括：
[0022]S3
‑
1、暂停最大转矩电流比控制模式，改由目标转速校验模块计算d轴电流调节器的给定值i
dref
和q轴电流调节器的给定值i
qref
，弱磁控制模块的直流输出电流i
dfw
暂设为零；
[0023]S3
‑
2、d轴电流调节器的给定值i
dref
负向逐步增加，q轴电流调节器的给定值i
qref
按电流极限圆约束方程计算，计算公式如下：
[0024]i
dref
(n)＝i
dref
(n
‑
1)
‑
i
step
[0025][0026]其中，i
step
为每次迭代计算d轴电流的负向增量，i
dref
(n
‑
1)为第(n
‑
1)次迭代运算中d轴电流调节器的给定值，i
dref
(n)、i
qref
(n)分别为第(n)次迭代运算中d轴和q轴电流调节器的给定值，i
max
是电机定子绕组可持续运行的最大电流；
[0027]S3
‑
3、根据d、q轴电流调节器给定值i
dref
和i
qref
以及实际反馈值i
d
和i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制，在电机的速度达到稳定后，检测本次迭代的电机稳定速度ω(n)，判断
ω(n)是否大于目标转速ω
set
，若ω(n)>ω
set
转步骤S3
‑
4，否则转步骤S3
‑
5；
[0028]S3
‑
4、ω(n)>ω
set
表明在目标转速处电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括：S1、在进入弱磁状态之前，采用最大转矩电流比控制模式，通过最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值然后根据d、q轴电流调节器给定值以及实际反馈值i
d
、i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制，d、q轴电流调节器的输出电压分别为u
d
、u
q
；S2、结合d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
，判断电流调节器的输出电压是否饱和，并根据饱和程度来决定是否进入弱磁控制；S3、进行目标转速校验：先通过迭代的方法校验电机是否能够达到目标转速ω
set
，然后确定速度调节器的给定转速值ω
ref
和d轴电流的限幅值i
d_max
；S4、结合d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
、d轴电流的限幅值i
d_max
，执行电压反馈法的弱磁控制；S5、通过检测目标转速ω
set
是否改变，从而判断是否继续弱磁控制。2.根据权利要求1所述的一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，采用最大转矩电流比控制模式，根据最大转矩电流比算法计算得到d轴电流调节器的给定值和q轴电流调节器的给定值计算公式如下：式中，ψ
f
为永磁体磁链，L
d
、L
q
分别为d、q轴电感，i
s
为速度调节器输出定子电流。3.根据权利要求1所述的一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S2包括：根据d、q轴电流调节器的输出电压u
d
、u
q
，按公式计算得到电机端电压u
s
，将逆变器最大输出电压U
lim
减去u
s
后，得到差值Δu＝U
lim
‑
u
s
，再通过Δu判断输出电压是否饱和；其中逆变器最大输出电压U
lim
按关系式进行计算，U
dc
为逆变器的直流母线电压；若Δu≥0，则系统不进入弱磁控制，返回步骤S1，维持在最大转矩电流比控制模式运行；若Δu＜0，表明输出电压达到饱和，则转入步骤S3。4.根据权利要求1所述的一种基于目标转速校验的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤S3包括：S3
‑
1、暂停最大转矩电流比控制模式，改由目标转速校验模块计算d轴电流调节器的给定值i
dref
和q轴电流调节器的给定值i
qref
，弱磁控制模块的直流输出电流i
dfw
暂设为零；S3
‑
2、d轴电流调节器的给定值i
dref
负向逐步增加，q轴电流调节器的给定值i
qref
按电流极限圆约束方程计算，计算公式如下：i
dref
(n)＝i
dref
(n
‑
1)
‑
i
step
其中，i
step
为每次迭代计算d轴电流的负向增量，i
dref
(n
‑
1)为第(n
‑
1)次迭代运算中d轴电流调节器的给定值，i
dref
(n)、i
qref
(n)分别为第(n)次迭代运算中d轴和q轴电流调节器的给定值，i
max
是电机定子绕组可持续运行的最大电流；S3
‑
3、根据d、q轴电流调节器给定值i
dref
和i
qref
以及实际反馈值i
d
和i
q
分别对d、q轴电流进行PI控制，在电机的速度达到稳定后，检测本次迭代的电机稳定速度ω(n)，判断ω(n)是否大于目标转速ω

【专利技术属性】
技术研发人员：童怀，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：