[發明專利]一種內置式永磁同步電機最佳轉矩角控制系統

有效

• 申請號: 201810729115.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108880380B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 朱孝勇;劉天奇;左月飛
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種內置式永磁同步電機最佳轉矩角控制系統，電機轉速與給定轉速相比較的差值輸入轉速環控制模塊得到給定電流給定電流輸入到控制器中，控制器輸出最佳轉矩角最佳轉矩角與電機的轉子位置角加得到新轉子位置角θ'，新轉子位置角θ'分別輸入到2r/2s坐標變換模塊和2s/2r坐標變換模塊中；控制器由帶通濾波器、低通濾波器和積分調節器組成，給控制器注入一個高頻信號，則給定電流中包含有高頻信號本發明在d軸給定電流為零的控制條件下通過注入高頻信號得到最佳轉矩角，把它補償到位置角中獲得最大的電磁轉矩，不受運行工況和電機參數的影響，具有較強的魯棒性和動態性能。

技術領域

本發明屬于電機控制領域，具體涉及一種內置式永磁同步電機(IPMSM)最佳轉矩角的控制系統，特別適合應用于電動汽車的永磁同步電機等需要快速啟動的應用場合。

背景技術

車用驅動電機作為電動汽車的關鍵執行部件之一，其驅動性能的優劣直接影響電動汽車的整車性能。內置式永磁同步電機憑借其高效率、高轉矩密度、高功率密度等優勢被廣泛應用在電動汽車領域。內置式永磁同步電機由于d、q軸電感不等，輸出的電磁轉矩包含兩部分：勵磁轉矩和磁阻轉矩。傳統的d軸電流i_d＝0控制使得輸出電磁轉矩只與q軸電流呈線性關系，憑借其結構簡單在實際中被廣泛應用，但它只利用了勵磁轉矩，忽略了磁阻轉矩，導致電機的轉矩沒有得到充分利用。為解決這一問題，采用了最大轉矩電流比(MTPA)控制策略，如圖1所示的控制系統，采用光電編碼器采集內置式永磁同步電機的轉子位置角θ，轉子位置角θ經微分器計算得到電機轉速Ω，將電機轉速Ω與給定轉速Ω^*作差得到轉速偏差。轉速偏差經過轉速環后，輸出定子給定電流幅值i_s^*，給定電流幅值i_s-^*經d-q軸電流計算模塊計算得到給定d軸電流i_d^*和給定q軸電流i_q^*，計算公式是：其中β是電流矢量角。此時電機電磁阻轉矩方程為：

其中，p_n為電機極對數；L_d、L_q分別為d軸與q軸電感；ψ_f為電機永磁體產生的磁鏈。

在給定電流幅值i_s^*下，要解得電磁轉矩T_e對電流矢量角β的最大值，即求T_e對β的導數，并令其等于0，得到：

解得：

由此可以得到輸出轉矩最大時對應的最佳電流矢量角β。

將給定d軸電流i_d^*和給定q軸電流i_q^*與反饋的電機實際d軸電流i_d、q軸電流i_q分別作差，分別經過電流環后輸出d軸給定電壓u_d和q軸電壓u_q，d軸給定電壓u_d和q軸電壓u_q經2r/2s坐標變換得到αβ軸給定電壓u_α和u_β，經過SVPWM調制輸出PWM波，經逆變器控制電機。

由此可知：圖1所示的最大轉矩電流比控制系統是在假設d軸電感L_d、q軸電感L_q、磁鏈ψ_f這些電機參數不變的基礎上，再依據公式計算出最佳電流矢量角的。然而，在實際工作應用中，電感L_d、L_q和磁鏈ψ_f會受磁飽和、交叉耦合以及溫度的影響而發生變化，這便導致圖1所示的控制系統不能工作在準確的工作點。