[發明專利]一種超高速永磁同步電機轉速控制方法

有效

• 申請號: 201710838852.1
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107659231B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 郭健;沈宏麗;吳益飛;王天野;薛舒嚴;錢抒婷;洪宇;周夢蘭;黃迪;林立斌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/022
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種基于單電流弱磁模式切換的超高速永磁同步電機轉速控制方法。根據速度誤差和定子電流分別進行自適應反步控制和單電流弱磁控制，得到各自的電壓控制量和根據自適應反步控制輸出的電壓控制量計算得到與參考矢量電壓u_smax進行比較，在基速段采用自適應反步控制方法，在基速以上的高速段采用單電流調節的弱磁控制方法對電機轉速進行控制。本發明可以進行模式切換實現超高速永磁同步電機全速域控制，不依賴電機參數，易于實現，提高了電機帶載能力，具有強魯棒性。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種基于單電流弱磁模式切換的超高速永磁同步電機轉速控制方法。

背景技術

超高速永磁同步電機在現代工業中應用越來越廣泛，隨著轉速的提高，逆變器交流輸出側電壓達到最大值時，會引起電流調節的飽和，限制速度的上升。若想在永磁同步電機進行高速段的控制，必須要對其進行弱磁控制。

超高速永磁同步電機由于其本身強耦合、非線性的特性，傳統的PI控制難以滿足電機低速運行時的魯棒性，不能及時克服參數的不確定性及各種未知擾動，因此需要采用非線性控制算法對其進行基速段的控制。

目前，常見的弱磁控制策略有公式計算法、查表法、梯度下降法、負i_d補償法、單電流調節法。公式計算法需要依賴電機的數學模型，實際上電機的模型是非線性、不確定的，在實際工程中很難實現；查表法需要大量的實驗數據，制成相應的表格存放在控制芯片中，實現起來較為復雜；梯度下降法其計算量很大，實現也較為復雜；比較常用的是負i_d補償法，由于其在工程中易于實現，被廣泛應用，但是其無法實現深度弱磁的控制。傳統的單電流調節法雖然大大提高了弱磁深度，但是由于其交軸電壓是一個定值，其電壓利用率低，轉矩輸出能力差。

發明內容

針對超高速永磁同步電機在基速以上存在電壓電流限制轉速的問題，以及在基速段電機不能及時克服參數的不確定性及各種未知擾動，本發明提出一種基于單電流弱磁模式切換的超高速永磁同步電機轉速控制方法，實現電機全速域的穩定控制。

本發明技術方案為：一種基于單電流弱磁模式切換的超高速永磁同步電機轉速控制方法，在矢量控制的模式下，在基速段采用自適應反步控制方法，在基速以上的高速段采用單電流調節的弱磁控制方法對電機轉速進行控制。具體包括以下步驟：

步驟1，根據速度誤差e和d-q兩相旋轉坐標系下定子電流i_d、i_q分別進行自適應反步控制和單電流調節的弱磁控制，分別得到自適應反步控制的電壓輸出量和單電流調節的弱磁控制的電壓輸出量

步驟2，根據自適應反步控制輸出的電壓控制量計算得到參量u_s，然后比較參量u_s與參考矢量電壓u_smax的大小；當電u_smax≥u_s時，將自適應反步控制的電壓輸出量作為對電機施加的電壓控制量u_d和u_q；當u_smax＜u_s時，將單電流調節的弱磁控制的電壓輸出量作為對電機施加的電壓控制量u_d和 u_q；

步驟3，對電壓控制量u_d和u_q進行park逆變換得到α-β坐標系下的電壓控制量u_α和u_β，經過電壓空間矢量計算，對電機轉速進行PWM控制。

進一步，步驟1中，自適應反步控制的電壓輸出量的計算方法為：

對于d-q兩相旋轉坐標系下q軸的電壓輸出量首先按照下式所示Lyapunov函數，計算獲得電流虛擬輸入量