[發明專利]一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201910000036.2
• 申請日: 2019-01-01
• 公開（公告）號: CN109660164B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 朱磊;肖燁然;劉忠舉
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置及方法，由轉矩對應表、極坐標控制器和動態控制器組成，極坐標控制器由調節器和極坐標變換兩部分構成；采用該方法能夠提高永磁同步電機高速弱磁運行的穩定性、動態響應速度和轉矩控制精度，適用于電動汽車、混合動力汽車及其它以永磁同步電機作為驅動動力的交通運輸設備。

技術領域

本發明屬于電力電子設備及其控制技術領域，具體涉及一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置，以及其控制方法。

背景技術

在電動車輛、船舶推進等領域，永磁同步電機得到廣泛應用。常用的三相永磁同步電機一般由逆變器供電，電流傳感器和位置傳感器等采集控制所需的信號，送至逆變器的控制電路，經由全數字控制芯片進行計算調節，得到逆變器功率器件的PWM驅動信號，從而控制永磁同步電機的供電電壓頻率相位和幅值，進而控制其電流和轉矩。

用于直驅驅動時，永磁同步電機需要寬的轉速調節范圍，其最高轉速可能數倍于額定轉速。而永磁同步電機在高速運行時，過高的反電勢會導致電流失控，因此需引入弱磁控制技術，減弱電機氣隙磁場，使電機始終運行在穩定范圍內。高速弱磁運行時，電機的參數變化及D軸、Q軸的交叉耦合使控制穩定性下降，動態響應速度變慢，轉矩控制精度降低，傳統的基于雙電流調節器的矢量控制很難滿足高性能驅動控制的要求。

發明內容

針對以上問題，本發明提出一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置及方法，可提高永磁同步電機穩定性、動態性能及轉矩控制精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置，由轉矩對應表、極坐標控制器和動態控制器組成，不包含傳統矢量控制中的D軸電流調節器；所述的轉矩對應表以轉矩給定T*和轉速n作為輸入，以D軸電流給定id*和Q軸電流給定iq*作為輸出；所述的極坐標控制器由調節器和極坐標變換兩部分構成，調節器以iq*和iq的誤差值作為輸入，以電壓角度β作為調節器的輸出，對電壓幅值Vs和電壓角度β進行極坐標系到直角坐標系的變換，得到D軸電壓vd0和Q軸電壓vq；所述的動態控制器以id誤差作為輸入，以D軸電壓vd1作為輸出，其輸出vd1與D軸電壓vd0相加后得到vd；vd和vq經坐標變換和調制后，生成PWM驅動信號。

其中，所述的調節器可以采用PID調節器、PI調節器或積分器。

其中，所述的動態控制器以諧振控制器（PR）的形式出現。

一種永磁同步電機深度弱磁控制方法，用于控制具有逆變器、電流采樣、位置信號采集、調制和坐標變換模塊的永磁同步電機時，步驟如下：

轉矩給定T*和轉速n輸入轉矩對應表，輸出D軸電流給定id*和Q軸電流給定iq*，id*與id相減，得到id誤差，iq*與iq相減，得到iq誤差；iq誤差輸入極坐標控制器的調節器，輸出β；固定值vs和β輸入極坐標變換，輸出D軸電壓vd0和Q軸電壓vq；所述的極坐標控制器由調節器和極坐標變換兩部分構成，以iq*和iq的誤差值作為輸入；id誤差輸入動態控制器，輸出D軸電壓vd1，vd1與D軸電壓vd0相加后得到vd； D軸電壓vd0和vd1相加得到最終輸出vd，vd和vq經坐標變換和調制后，生成PWM驅動信號，控制逆變器輸出電壓，進而控制永磁同步電機的電流和轉矩。

本發明的有益效果是：本發明方法用于逆變器供電的三相永磁同步電機及其控制系統時，采用極坐標控制器、動態控制器和轉矩對應表可實現高轉速下的深度弱磁控制；采用該方法能夠提高永磁同步電機高速弱磁運行的穩定性、動態響應速度和轉矩控制精度，適用于電動汽車、混合動力汽車及其它以永磁同步電機作為驅動動力的交通運輸設備。

附圖說明

圖1為本發明控制裝置的示意圖。

圖2為本發明極坐標控制器的結構示意圖；

圖3為使用本發明控制方法的永磁同步電機示意圖。