[發明專利]內置式永磁同步電機的控制方法

有效

• 申請號: 201911036389.4
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110729941B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 楊高興;柴璐軍;張瑞峰;詹哲軍;梁海剛;張吉斌;路瑤
• 申請（專利權）人: 中車永濟電機有限公司
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14;H02P21/20
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及永磁同步電機的控制方法，具體為內置式永磁同步電機的控制方法。解決因電機參數發生非線性變化對永磁同步電機的控制精度造成影響的問題。本發明對最大轉矩電流比的電流角度進行在線計算，根據電機動態參數進行實時修正，獲得包含較準確的電機參數信息的電流角度模型，并利用該模型，進而計算得到MTPA角度，同時對最大轉矩電流比的電流幅值進行實時修正，以此實現精確的最大轉矩電流比控制。該算法能夠使電機始終運行在最大轉矩電流比運行點，受電機參數變化的影響小，具有良好的參數魯棒性和動態響應特性。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機的控制方法，具體為內置式永磁同步電機的控制方法。

背景技術

永磁同步電機具有效率高，功率密度高，結構簡單緊湊，運行可靠等優點，隨著電力電子器件的發展，被廣泛應用于電動汽車、新能源發電以及工業伺服驅動等領域。

內置式永磁同步電機因永磁體內埋于轉子，其Q軸電感要明顯大于D軸電感，這一特性致使電機產生磁阻轉矩。為了充分利用磁阻轉矩，提高系統的運行效率，通常采用最大轉矩電流比(Maximum Torque Per Ampere，MTPA)控制方法。

傳統最大轉矩電流比控制方法通過對電機轉矩模型進行求導運算，并控制轉矩對電流角變化率為零，得到滿足最大轉矩電流比的定子電流角度計算式：

由于MTPA角度計算式中包含永磁磁鏈ψ_f、D-Q軸電感L_Q、L_D等參數，在實際運行中，這些參數會隨著負載波動、溫度變化和磁路飽和等因素發生非線性變化，給MTPA角度計算帶來比較大的困難。因此，提高電流角計算精確度的方法，成為最大轉矩電流比控制的關鍵之一。

永磁同步電機具有功率密度大、效率高等優點，在電車驅動系統中得到了廣泛的應用。車用內置式永磁同步電機多處于轉矩控制模式，即驅動系統對主控系統下發的轉矩指令進行跟蹤控制。傳統的轉矩控制策略多為開環控制，即電機驅動器在接收到轉矩指令后，通過電機模型直接計算出交直軸電流給定值，然后通過交直軸電流雙閉環PI調節器進行控制。由于根據電機模型計算電流給定值時需要準確的電機參數，而電機參數在實際工況中是不斷變化的，因此電機參數的誤差對傳統轉矩控制的精度有較大影響。

發明內容

本發明解決因電機參數發生非線性變化對永磁同步電機的控制精度造成影響的問題，提供一種內置式永磁同步電機的控制方法。該控制方法通過轉矩閉環控制方法和實時而準確的調節電機參數，根據轉矩估算調節電流幅值和計算電流角度β，達到對電機電流較精準的分配，進而較精確的控制電機運行，該方法具有良好的穩態控制精度和動態響應速度。

本發明是采用如下技術方案實現的：內置式永磁同步電機的控制方法，分六個模塊，即采樣計算模塊、定子電流幅值計算模塊、電機參數計算模塊、電流角度計算模塊、電流給定值計算模塊、電流前饋解耦計算模塊；

1)采樣計算模塊

采集逆變器直流母線電壓U_dc，以及電機定子電流i_a、i_b；對定子電流i_a、i_b進行Clarke變換和Park變換，得到同步旋轉坐標系中定子電流D軸分量i_D和定子電流Q軸分量i_Q；

通過位置傳感器(旋轉變壓器)采集電機轉子位置角θ，并計算得到電機轉子電角速度ω_r；

2)定子電流幅值計算模塊

定子電流幅值計算模塊包含轉矩電流計算模塊和電機電磁轉矩估算模塊；

轉矩電流計算模塊的輸入變量為給定轉矩T^*；輸出變量為電機給定電流幅值