[發(fā)明專利]一種大功率表面式永磁同步電機(jī)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610370891.9
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN105811837B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑞峰;詹哲軍;李學(xué)亮;張雅琨;李昊;霍雨翔;李曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵路總公司;中車永濟(jì)電機(jī)有限公司
• 主分類號: H02P21/16
• 分類號: H02P21/16
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

1.一種大功率表面式永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟a在步驟d開始前運(yùn)行；

步驟b和步驟c在步驟d開始后與步驟d同時(shí)運(yùn)行；

a.參數(shù)的離線辨識過程：

a1.在離線辨識開始時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的永磁同步電機(jī)定子溫度值T查詢定子的溫度阻值對照表，得到定子電阻值R_s4；

a2.定子電感的離線辨識過程：

對永磁同步電機(jī)施加一個(gè)固定矢量的電壓，并將該電壓維持一定時(shí)間，由此對永磁同步電機(jī)的直軸進(jìn)行定位；在定位過程中，永磁同步電機(jī)的永磁體磁鏈的直軸與所施加的電壓方向一致，且永磁同步電機(jī)靜止；此時(shí)，記錄U相電流的穩(wěn)態(tài)值；

待定位結(jié)束后，停止對永磁同步電機(jī)施加電壓，使得定子電流逐漸下降至零；此時(shí)，重新對永磁同步電機(jī)施加一個(gè)相同矢量的電壓，使得定子電流逐漸上升并穩(wěn)定，同時(shí)測量得到U相電流從施加電壓開始到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的0.632倍時(shí)所需的時(shí)間t_0.632；

根據(jù)公式(1)，辨識得到離線的定子電感值公式(1)表示為：

Ls1^=Rs4t0.632---(1);]]>

a3.永磁體磁鏈的離線辨識過程：

永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示為：

ud=Rsid+Ldpid-ωLdiquq=Rsiq+Lqpiq+ωLdid+ωψf---(2);]]>

當(dāng)永磁同步電機(jī)采用i_d＝0控制，且運(yùn)行到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，R_si_d＝0、L_dpi_d＝0、L_qpi_q＝0、ωL_di_d＝0，公式(2)由此簡化為：

ud=ωLqiquq=Rsiq+ωψf---(3);]]>

由可得：

ψf=us2-(ωLqiq)2-Rsiqω=us2-(ωLqiq)2-Rsiq2πf---(4);]]>

令永磁同步電機(jī)在i_d＝0且空載的情況下運(yùn)行，則i_q為極小值，且包含i_q的項(xiàng)均可忽略，公式(4)由此等效為：

ψf1^=usω=us2πf---(5)]]>

公式(5)中：u_s表示定子電壓值；ω表示電角速度；f表示定子頻率；

根據(jù)公式(5)，辨識得到離線的永磁體磁鏈值然后，關(guān)停永磁同步電機(jī)；

b.參數(shù)的在線辨識過程：

b1.采用模型參考自適應(yīng)的方法，并采用通過Popov超穩(wěn)定理論所得到的自適應(yīng)率，得到在線辨識公式；在線辨識公式表示為：

1L^s=1Ls_old+Ki2∫0t(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))dt+Kp2(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))---(6);]]>

R^sL^s=Rs_oldLs_old-Ki1∫0t((id-i^d)i^d+(iq-i^q)i^q)dτ-Kp1((id-i^d)i^d+(iq-i^q)i^q)---(7);]]>

ψ^fL^s=ψf_oldLs_old-Ki3∫0tω(iq-i^q)dt-Kp3ω(iq-i^q)---(8);]]>

公式(6)-(8)中：R_{s_old}表示上一拍估計(jì)出的定子電阻值；L_{s_old}表示上一拍估計(jì)出的定子電感值；ψ_{f_old}表示上一拍估計(jì)出的永磁體磁鏈值；表示本拍估計(jì)出的定子電阻值；表示本拍估計(jì)出的定子電感值；表示本拍估計(jì)出的永磁體磁鏈值；表示在線辨識過程中估計(jì)出的定子電流勵(lì)磁分量；表示在線辨識過程中估計(jì)出的定子電流轉(zhuǎn)矩分量；和可利用估計(jì)出的電機(jī)參數(shù)并根據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到；

b2.在永磁同步電機(jī)的運(yùn)行控制過程中，實(shí)時(shí)獲取d軸電壓值u_d、q軸電壓值u_q、定子電流勵(lì)磁分量i_d、定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_q、電角速度值ω；

在在線辨識開始時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的永磁同步電機(jī)定子溫度值T查詢定子的溫度阻值對照表，得到定子電阻值R_s4；

將定子電阻值R_s4、離線的定子電感值離線的永磁體磁鏈值作為在線辨識的初始值；

設(shè)定三組PI參數(shù)：PI參數(shù)K_i1、PI參數(shù)K_p1、PI參數(shù)K_i2、PI參數(shù)K_p2、PI參數(shù)K_i3、PI參數(shù)K_p3；

b3.根據(jù)公式(6)、估計(jì)出的定子電流勵(lì)磁分量估計(jì)出的定子電流轉(zhuǎn)矩分量上一拍估計(jì)出的定子電感值L_{s_old}，辨識得到本拍估計(jì)出的定子電感值

b4.根據(jù)公式(7)、估計(jì)出的定子電流勵(lì)磁分量估計(jì)出的定子電流轉(zhuǎn)矩分量上一拍估計(jì)出的定子電感值L_{s_old}、上一拍估計(jì)出的定子電阻值R_{s_old}，辨識得到本拍估計(jì)出的定子電阻值

b5.根據(jù)公式(8)、估計(jì)出的定子電流勵(lì)磁分量估計(jì)出的定子電流轉(zhuǎn)矩分量上一拍估計(jì)出的定子電感值L_{s_old}、上一拍估計(jì)出的永磁體磁鏈值ψ_{f_old}，辨識得到本拍估計(jì)出的永磁體磁鏈值

c.參數(shù)的校正過程：

c1.根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的永磁同步電機(jī)定子溫度值T查詢定子的溫度阻值對照表，得到定子電阻值R_{s_new}；將定子電阻值R_{s_new}與本拍估計(jì)出的定子電阻值作差得到差值ΔR_s；

c2.將差值ΔR_s取絕對值后與設(shè)定值ε1作差得到差值a；

c3.若差值a震蕩的幅值大于設(shè)定值b，則表明在線辨識未趨于穩(wěn)定，此時(shí)調(diào)整三組PI參數(shù)，并返回步驟b；

若差值a的平均值大于0，則表明在線辨識的精度未滿足要求，此時(shí)調(diào)整三組PI參數(shù)，并返回步驟b；

若差值a的幅值小于等于設(shè)定值b，且差值a的平均值小于等于0，則表明在線辨識趨于穩(wěn)定，且在線辨識的精度滿足要求，此時(shí)將本拍估計(jì)出的定子電感值作為在線的定子電感值將本拍估計(jì)出的永磁體磁鏈值作為在線的永磁體磁鏈值并將在線的定子電感值在線的永磁體磁鏈值運(yùn)用到永磁同步電機(jī)的運(yùn)行控制過程中；

d.永磁同步電機(jī)的運(yùn)行控制過程：

控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生6路PWM信號，并通過6路PWM信號控制永磁同步電機(jī)的三相逆變器，由此控制永磁同步電機(jī)的運(yùn)行；

所述步驟d的控制算法如下：

通過溫度傳感器實(shí)時(shí)獲取永磁同步電機(jī)定子溫度值T；

通過旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)時(shí)獲取電角速度值ω、轉(zhuǎn)子位置信息θ；

給定電角速度值ω^*與電角速度值ω的差值通過PI調(diào)節(jié)器實(shí)時(shí)計(jì)算得到參考定子電流轉(zhuǎn)矩分量

通過電流傳感器實(shí)時(shí)獲取U相電流值i_u、V相電流值i_v、W相電流值i_w；

U相電流值i_u、V相電流值i_v、W相電流值i_w通過3s/2s變換器實(shí)時(shí)變換得到α軸電流值i_sα、β軸電流值i_sβ；

α軸電流值i_sα、β軸電流值i_sβ通過2s/2r變換器實(shí)時(shí)變換得到定子電流勵(lì)磁分量i_d、定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_q；

定子電流勵(lì)磁分量i_d、定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_q、參考定子電流勵(lì)磁分量參考定子電流轉(zhuǎn)矩分量離線的定子電感值離線的永磁體磁鏈值在線的定子電感值在線的永磁體磁鏈值查表得到的定子電阻值R_{s_new}、電角速度值ω通過復(fù)合控制器實(shí)時(shí)計(jì)算得到d軸電壓值u_d、q軸電壓值u_q；

d軸電壓值u_d、q軸電壓值u_q通過2r/2s變換器實(shí)時(shí)變換得到α軸電壓值u_sα、β軸電壓值u_sβ；

α軸電壓值u_sα、β軸電壓值u_sβ通過復(fù)合PWM調(diào)制部分實(shí)時(shí)產(chǎn)生6路PWM信號；

所述復(fù)合控制器的控制算法如下：

i_d1＝Fr1(s)*i_d(9)；

Fr1(s)=α1s+1λ1s+1---(10);]]>

i_q1＝Fr2(s)*i_q (11)；

Fr2(s)=α2s+1λ2s+1---(12);]]>

ud=(i*d-id1)*PI1-(i*q-iq1)*PI2*ωLq3^Rs_new+Lq3^s---(13);]]>

uq=(i*q-iq1)*PI2+(i*q-id1)*PI1*ωLd3^Rs_new+Ld3^s+ωψf3^---(14);]]>

公式(9)-(14)中：Fr1(s)表示第一濾波器的傳遞函數(shù)；Fr2(s)表示第二濾波器的傳遞函數(shù)；PI1表示第一PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；PI2表示第二PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；在參數(shù)的離線辨識過程結(jié)束后，在參數(shù)的在線辨識過程和校正過程結(jié)束后，

所述第一PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)采用如下方法進(jìn)行微調(diào)：當(dāng)永磁同步電機(jī)的運(yùn)行處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，將參考定子電流勵(lì)磁分量與定子電流勵(lì)磁分量i_d的差值Δi_d進(jìn)行多拍比較；若差值Δi_d的絕對值大于設(shè)定值ε3，則進(jìn)一步微調(diào)第一PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，直至差值Δi_d小于設(shè)定值ε3；設(shè)定值ε3的選取根據(jù)具體工況確定；

所述第二PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)采用如下方法進(jìn)行微調(diào)：當(dāng)永磁同步電機(jī)的運(yùn)行處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，將參考定子電流轉(zhuǎn)矩分量與定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_q的差值Δi_q進(jìn)行多拍比較；若差值Δi_q的絕對值大于設(shè)定值ε4，則進(jìn)一步微調(diào)第二PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，直至差值Δi_q小于設(shè)定值ε4；設(shè)定值ε4的選取根據(jù)具體工況確定。