[發明專利]一種永磁同步電機控制方法及系統

在審

• 申請號: 201611159683.0
• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106712624A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王世明;關慶斌;胡治懌
• 申請（專利權）人: 北京中瑞藍科電動汽車技術有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/20
• 代理公司: 北京中企鴻陽知識產權代理事務所(普通合伙)11487
• 代理人: 郭鴻雁

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，特別涉及一種永磁同步電機控制方法及系統。

背景技術

永磁同步電機(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、和高效率等特點，在電動汽車等調速驅動系統中得到了廣泛的應用。

永磁同步電機的轉子由特定形狀的永磁體構成，磁鏈可以由永磁體自身產生，轉子旋轉時會產生感應電動勢，按照永磁體在轉子上位置的不同，永磁同步電機的轉子磁路結構一般可分為三種：表面式、嵌入式和爪極式。表面式轉子磁路結構又分為插入式和凸出式兩種。

因為人們對永磁同步電機的不斷探索，出現了各種各樣的控制方法，如空間矢量控制、直接轉矩控制、模型參量自適應系統控制等。目前，永磁同步電機調速傳動系統仍以采用矢量控制為多。

矢量控制實際上是對電動機定子電流矢量相位和幅值的控制。當永磁體的勵磁磁鏈和直、交軸電感確定后，電動機的轉矩就取決于id和iq，控制id和iq便可以控制轉矩。通過控制電流跟蹤給定便實現了電動機轉矩和轉速的控制。

弱磁控制大多采用基于磁場定向控制(field-oriented control，FOC)和最大轉矩電流比(maximum torque per ampere，MTPA)控制。MTPA控制主要用于低轉速運行時提高電機效率，而FOC控制主要在于設計d軸、q軸電流調節器。常見的弱磁控制策略有公式計算法、查表法、梯度下降法、負id補償法、單電流調節法、電流角度法等。

但是上述方法分別存在不同程度的不足：

公式計算法的精度依賴于電機數學模型的精度，實際中要想建立一個準確的模型很難，故很少在實際工程中應用。

查表法通過大量的實驗數據并制成表格，減少了電機控制芯片的實時計算量，實現起來較為復雜。梯度下降法計算量大，實現較復雜。

負id補償法實現簡單，但可實現的弱磁區域范圍有限制。

單電流調節法以電壓為調節對象，實現了深度弱磁，具有一定發展前景，同時也存在一定缺點，有待改進。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種永磁同步電機控制方法及系統，可以動態調整勵磁電流，使勵磁電流和扭矩電流的配比在一個最高效率點上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下電機的效率。

為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種永磁同步電機控制方法，包括如下步驟：

步驟S1，根據輸入的需求扭矩和轉速值，以能量最優估計算法確定定子電流的初始幅值和初始相角；

步驟S2，根據步驟S1中計算得到的定子電流的初始幅值和初始相角，以單周電流實時調制PWM控制方法，產生三相永磁同步電機的定子驅動電流，包括：

根據給定的定子電流幅值和相位、以及永磁同步電機的反饋信號進行差值運算，生成差值信號；

對該差值信號進行濾波以生成濾波后信號，對濾波后信號進行放大，生成控制參考量；

比較所述控制參考量和輸入的周期三角波信號，以生成PWM調制信號，將比較后生成的第一至第三相信號輸出，作為永磁同步電機的定子驅動電流，以驅動所述永磁同步電機工作；

步驟S3，獲取永磁同步電機工作時的定子電流測量值，以逐步微擾優化算法對步驟S2中給定定子電流的幅度和相位進行優化，并將優化后的定子電流的幅值和相位作為所述步驟S2中的給定定子電流的幅度和相位，以此循環，實現對永磁同步電機的控制。

進一步，在所述步驟S1中，以能量優化算法計算定子電流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

設置約束條件為：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述約束條件，采用能量優化算法計算下式中的定子電流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn為磁極對數，ψ_r為轉子磁通，L_d為d軸電感值，L_q為q軸電感值，I為定子電流幅值，φ為定子電流相角。

進一步，在所述步驟S2中，所述給定的定子電流幅值和相位，通過以下方式生成：

對輸入的有效電流和反饋電流有效信號進行PI調節，生成幅度輸入信號；

根據輸入的相位和轉子頻率計算得到同步頻率相位；