一种凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法技术

本发明专利技术涉及凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法，其特征在于：以转子同步旋转坐标系下的d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*进行电机的矢量控制，实现电机最大转矩输出。相比传统控制方法具有以下优点：1)离线进行电流指令值的计算，实时控制只需进行查找工作，极大的简化了实时运算，降低对于控制器处理能力的要求。2)采用d轴电流指令查表与q轴电流指令精确计算相结合，能够减小查表所引入的误差，提高转矩控制精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种凸极式永磁同步电机矢量控制方法，特别是涉及能够实现最大转矩控制的d轴电流指令i/、q轴电流指令的电流生成方法，属于交流电机传动

技术介绍
永磁同步电机由于具有体积小、重量轻、效率高、结构简单、运行可靠以及调速范围宽等显著优点，广泛应用于电牵引系统中，包括高速铁路电驱动系统、汽车电驱动系统、 电梯无齿拽引系统等。凸极式永磁同步电机，采用永磁体内埋入转子的结构，相对表面贴装式具有更大的凸极率，能够产生大的磁阻转矩，高效率的输出转矩。凸极式永磁同步电机矢量控制的核心就是选择合适的瞬时电流矢量，来保证电机的转矩输出。也就是说，永磁同步电机的矢量控制方法中，需要生成瞬时的控制以使电机的电流满足所需转矩要求的合适的电流指令， 如何构成从转矩指令生成电流指令的方法是矢量控制方法的重要部分。电流指令的生成方法，有使电动机效率最大化的方法、使电动机功率因数为1的方法、使对某一交链磁通量得到的转矩最大化的方法、使对某一电流得到的转矩最大化的方法等，但是在用于电牵引的控制时，使对某一电流得到的转矩最大化的方法(简称“最大转矩控制”)使电动机能够高效运转，而且逆变器额定电流最小，电机铜耗和逆变器损耗也实现最小化，因此是合适的。作为相关的已有技术，中国专利CN1016^216A，名称为一种基于永磁同步电机的弱磁控制系统及其控制方法，公开了如下所述的方法，即在基速以下建立转矩-电流查表模块，接收转矩指令，输出直轴电流i/、q轴电流i:，在高于基速时介入弱磁模块根据输出的电压进行直轴电流i/的补偿。其转矩-电流表根据交轴电感、直轴电感、电机极对数、永磁磁链、交直轴电流、输出转矩计算得到，是建立在大量实验数据的基础上总结出来的特定扭矩下的最优的矢量控制电流值。CN1016^216A所述方法的缺陷在于，为了生成特定扭矩下的最优的矢量控制电流值，必须实施电动机在各种转矩状况下测量电流，决定最适合的d轴电流id、q轴电流i,的操作，生成过程复杂。基速以上的调节过程中引入弱磁模块，对直轴电流指令i/进行补偿而没有综合考虑、的影响，这样势必导致电流工作点偏离最大转矩控制的要求。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出，提供一种能够在超过基速区综合考虑d轴电流、q轴电流补偿，实现最大转矩控制的d轴电流指令i/、q轴电流指令的输出的方法。本专利技术的思想在于根据实验测定的转子永磁磁链、交轴电感、直轴电感、电机极对数、定子绕组电阻值，在基速以下区域(恒转矩区)，以最小电流为目标，转矩输出为约束条件，建立控制方程实现最大转矩输出；在基速以上区域(恒功率区)，以最大转矩输出控制为目标，以电压极限约束、电流约束为条件，综合考虑d轴电流、q轴电流在基速以上运行区的补偿，进行最大转矩控制点的精确计算，建立二维转矩转速-电流查找表。实时的运行中只需要查找电流表就能够得到电流指令值。技术方案，其特征在于以转子同步旋转坐标系下的d轴电流指令icf和q轴电流指令iq*进行电机的矢量控制，实现电机最大转矩输出，具体得到d轴电流指令icf和q轴电流指令iq*的步骤如下步骤1 计算电机转矩指令= Α*Τ_(ω)，其中为油门踏板指令输入， Τ_(ω)为电机输出的最大转矩；步骤2根据电机转矩指令f确定d轴电流指令icf 情况1 当检测转速ω低于额定转速时，采用第一 d轴电流查找表得到d轴电流指令icT ；所述第一 d轴电流查找表以电机转矩指令T*与d轴电流指令icf的一维表，具体构建步骤如下步骤(1)以电机电流最小为目标函数，输出转矩为约束条件，构建最小电流控制 Max is = ^i1d+i]在方程组权利要求1. ，其特征在于以转子同步旋转坐标系下的d轴电流指令i(f和q轴电流指令iq*进行电机的矢量控制，实现电机最大转矩输出，具体得到d轴电流指令i(f和q轴电流指令iq*的步骤如下步骤1 计算电机转矩指令Τ* :Τ* = Α*Τ-(ω)，其中:Α*为油门踏板指令输入，Τ·χ(ω) 为电机输出的最大转矩；步骤2根据电机转矩指令f确定d轴电流指令icf 情况1 当检测转速ω低于额定转速时，采用第一 d轴电流查找表得到d轴电流指令id*；所述第一 d轴电流查找表以电机转矩指令T*与d轴电流指令icf的一维表，具体构建步骤如下步骤(1)以电机电流最小为目标函数，输出转矩为约束条件，构建最小电流控制在方 Max is =^i2d+ξ 程组3 「 , 、η，其中Ld为d轴电感，Ltl为q轴电感，￥f为转子永磁磁链，ρ为电机极对数，Te为电机输出转矩，is为电流矢量；步骤( 运用拉格朗日乘数法求解q轴电流指令iq*表 f _￥f-yf+AjLd-Lqfi2 lq~2(Ld-Lq)；步骤( 联立q轴电流指令iq*表达和转矩方程，得到d轴电流指令icf表达式 \p^f+{Ld-Lq)i'd]-{Ld-Lq)r =Q步骤⑷以固定步长给定一系列电机转矩指令I"，根据步骤(3)的d轴电流指令icf表达计算得到一系列电流指令，得到第一 d轴电流查找表；情况2:当检测转速ω高于额定转速时，采用第二 d轴电流查找表得到d轴电流指令 所述第二 d轴电流查找表是以检测转速ω为横坐标，以转矩指令Τ*为纵坐标的二维表，表中数据为d轴电流指令icf ；具体构建步骤如下步骤a 以最大转矩为目标函数，电压极限为约束条件，构建电流控制方程如下 式中Ilim为最大电流幅值，Uliffl为最大电压幅值，Rs为电机绕组相电阻； 步骤b求解电流控制方程首先，以一定步长选取一组转速ω和转矩指令f，以各转矩指令绘制等转矩曲线；然后给定某转速ω 1，确定电压约束曲线，采用数值方法求取电压约束曲线与转矩曲线的交点，重复即可得到各转速下的交点；接着进行交点筛选，当转矩曲线与转速曲线相切时，此时能够输出最大转矩，存在两个交点是，选择d轴电流较小的交点有利于提高系统效率；最后，将所选择的交点处的d轴电流为第二 d轴电流查找表中数据；步骤3 根据转矩指令T*和d轴电流指令icf，计算q轴电流指令 ，全文摘要本专利技术涉及凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法，其特征在于以转子同步旋转坐标系下的d轴电流指令id*和q轴电流指令iq*进行电机的矢量控制，实现电机最大转矩输出。相比传统控制方法具有以下优点1)离线进行电流指令值的计算，实时控制只需进行查找工作，极大的简化了实时运算，降低对于控制器处理能力的要求。2)采用d轴电流指令查表与q轴电流指令精确计算相结合，能够减小查表所引入的误差，提高转矩控制精度。文档编号H02P21/14GK102223133SQ201110147940公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日专利技术者刘卫国, 杨南方, 窦满峰, 骆光照 申请人:西北工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种凸极式永磁同步电机的最大转矩控制方法，其特征在于：以转子同步旋转坐标系下的ｄ轴电流指令ｉｄ＊和ｑ轴电流指令ｉｑ＊进行电机的矢量控制，实现电机最大转矩输出，具体得到ｄ轴电流指令ｉｄ＊和ｑ轴电流指令ｉｑ＊的步骤如下：步骤１：计算电机转矩指令Ｔ＊：Ｔ＊＝Ａ＊Ｔｍａｘ（ω），其中：Ａ＊为油门踏板指令输入，Ｔｍａｘ（ω）为电机输出的最大转矩；步骤２根据电机转矩指令Ｔ＊确定ｄ轴电流指令ｉｄ＊：情况１：当检测转速ω低于额定转速时，采用第一ｄ轴电流查找表得到ｄ轴电流指令ｉｄ＊；所述第一ｄ轴电流查找表以电机转矩指令Ｔ＊与ｄ轴电流指令ｉｄ＊的一维表，具体构建步骤如下：步骤（１）：以电机电流最小为目标函数，输出转矩为约束条件，构建最小电流控制在方程组：其中：Ｌｄ为ｄ轴电感，Ｌｑ为ｑ轴电感，ψｆ为转子永磁磁链，ｐ为电机极对数，）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）由此得到进行电机的矢量控制的ｄ轴电流指令ｉｄ＊和ｑ轴电流指令ｉｑ＊。?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）］（／ｍｏｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）ｉ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）１．５（／ｍｎ）?（ｍｉ）ｐ（／ｍｉ）?（ｍｏ）［（／ｍ较小的交点有利于提高系统效率；最后，将所选择的交点处的ｄ轴电流为第二ｄ轴电流查找表中数据；步骤３：根据转矩指令Ｔ＊和ｄ轴电流指令ｉｄ＊，计算ｑ轴电流指令（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍ＊，以各转矩指令绘制等转矩曲线；然后给定某转速ω１，确定电压约束曲线，采用数值方法求取电压约束曲线与转矩曲线的交点，重复即可得到各转速下的交点；接着进行交点筛选，当转矩曲线与转速曲线相切时，此时能够输出最大转矩，存在两个交点是，选择ｄ轴电流０（／ｍｎ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（／ｍａｔｈ）式中：Ｉｌｉｍ为最大电流幅值，Ｕｌｉｍ为最大电压幅值，Ｒｓ为电机绕组相电阻；步骤ｂ求解电流控制方程：首先，以一定步长选取一组转速ω和转矩指令Ｔ（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｕ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｌｉｍ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｐｓｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｉ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｉ）＆ｏｍｅｇａ；（／ｍｉ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（／ｍｓ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（ｍｏ）．（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｒ（／ｍＬ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｌ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｑ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｄ（／ｍｉ）ｐｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆光照，杨南方，刘卫国，窦满峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87