[發(fā)明專利]查表法結(jié)合調(diào)節(jié)器的永磁同步電機(jī)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911304852.9
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN111245328B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉計(jì)龍;肖飛;張偉偉;麥志勤;連傳強(qiáng);高山;陳鵬;朱志超;李科峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/22
• 分類號(hào): H02P21/22;H02P21/20;H02P21/00
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發(fā)明提供了一種查表法結(jié)合調(diào)節(jié)器的永磁同步電機(jī)控制方法，包括以下步驟：分別設(shè)計(jì)d軸電流給定二維表和q軸電流給定二維表，分別查詢d軸電流給定二維表和q軸電流給定二維表得到d軸基礎(chǔ)電流給定和q軸基礎(chǔ)電流給定；設(shè)置轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸出是q軸電流附加調(diào)節(jié)量；設(shè)置弱磁調(diào)節(jié)器，弱磁調(diào)節(jié)器的輸出是d軸電流附加調(diào)節(jié)量，最終使用的d軸電流給定值是d軸基礎(chǔ)電流給定與d軸電流附加調(diào)節(jié)量之和，最終使用的q軸電流給定值是q軸基礎(chǔ)電流給定與q軸電流附加調(diào)節(jié)量之和。本發(fā)明能夠兼顧系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和控制精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種查表法結(jié)合調(diào)節(jié)器的永磁同步電機(jī)控制方法。

背景技術(shù)

和異步牽引電機(jī)相比，永磁同步牽引電機(jī)具有功率因數(shù)高、系統(tǒng)效率高、轉(zhuǎn)矩密度大、變頻器容量小和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。尤其是最近的二十年內(nèi)，稀土永磁材料快速發(fā)展，新型永磁材料具有高剩磁密度、高磁能積和高矯頑力等特點(diǎn)，使得永磁同步電機(jī)得到快速發(fā)展。我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姍C(jī)多為三相電機(jī)，而雙三相電機(jī)可以在較小的繞組電流下，實(shí)現(xiàn)更大的輸出轉(zhuǎn)矩，有利于提高電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。雙三相永磁同步電機(jī)，同時(shí)具備了永磁電機(jī)和多相電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在艦船電力推進(jìn)、軌道交通牽引和電動(dòng)汽車領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。

對(duì)于永磁同步電機(jī)，以轉(zhuǎn)速為控制目標(biāo)的是轉(zhuǎn)速控制模式；以轉(zhuǎn)矩為控制目標(biāo)的是轉(zhuǎn)矩控制模式。即使在轉(zhuǎn)速控制模式下，常常也會(huì)以輸出轉(zhuǎn)矩控制作為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的手段。因此說高效準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩控制對(duì)于永磁同步電機(jī)來講非常重要。軌道交通車輛通常就工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，以跟蹤轉(zhuǎn)矩指令為控制目標(biāo)。此外，對(duì)于需要運(yùn)行在高速區(qū)的永磁同步電機(jī)，需要實(shí)施準(zhǔn)確的弱磁控制，以彌補(bǔ)逆變器直流母線電壓不足的問題。高效準(zhǔn)確的弱磁控制既可以保證電機(jī)的穩(wěn)定性，又可以提高直流母線電壓的利用率，對(duì)于永磁同步電機(jī)來講，同樣非常重要。

轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制對(duì)于永磁同步電機(jī)都非常重要，那么在電機(jī)高速區(qū)能夠兼顧轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制的高性能控制方法研究就更加重要。本發(fā)明內(nèi)容的技術(shù)背景就是考慮轉(zhuǎn)矩控制精度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度、弱磁控制精度、弱磁響應(yīng)速度條件下的永磁同步電機(jī)高性能控制方法。

有一種永磁同步電機(jī)控制方法叫做查表法，其控制框圖如圖1所示，這是一種常用的電機(jī)控制方法。在圖1中，直軸(也稱d軸)電流給定和交軸(也稱q軸)電流給定分別是通過查詢二維電流表和二維電流表得到的，二維電流表的第一個(gè)維度是轉(zhuǎn)矩給定第二個(gè)維度是電機(jī)的歸一化轉(zhuǎn)速ω_u。歸一化轉(zhuǎn)速的表達(dá)式如(1)、(2)所示，其中ω_re是轉(zhuǎn)子電加速度，V_dc是逆變器的直流母線電壓，V_m是直流母線電壓對(duì)應(yīng)的最大相電壓基波峰值。

兩個(gè)二維電流表可以通過電機(jī)的有限元模型仿真得到，也可以通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提取得到。查表法可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令、電機(jī)轉(zhuǎn)速和直流母線電壓情況，快速的得到d軸電流給定和q軸電流給定，具有非常好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。尤其是在電機(jī)的基速以上，既滿足轉(zhuǎn)矩指令要求，又滿足弱磁控制要求，非常的簡單高效。但是由于電機(jī)參數(shù)在運(yùn)行中可能受到環(huán)境影響，出現(xiàn)電機(jī)參數(shù)漂移，查表法往往難以達(dá)到相當(dāng)高的轉(zhuǎn)矩控制精度和弱磁控制精度。

還有一種永磁同步電機(jī)控制方法叫做調(diào)節(jié)器法，其控制框圖如圖2所示，這也是一種常用的永磁同步電機(jī)控制方法。在該方法中，首先通過MTPA控制算法得到基礎(chǔ)的d軸電流給定i_dM和q軸電流給定i_qM，需要特別強(qiáng)調(diào)的是，這里的MTPA算法僅考慮電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令，并根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算出最優(yōu)的d軸電流給定i_dM和q軸電流給定i_qM，如(3)所示，使電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩輸出下繞組電流幅值最小，由于i_dM和i_qM的表達(dá)式過于復(fù)雜，通常用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合得到由計(jì)算i_dM和i_qM的表達(dá)式。這里的MTPA算法沒有將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和直流母線電壓情況考慮進(jìn)來，是在直流母線電壓足夠高的情況下理論計(jì)算值。