專利名稱：永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁同步電機最大轉矩電流比的控制方法，特別是涉及一種永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法。
背景技術：
永磁同步電機具有高效率、高功率密度、低噪聲，高轉矩電流比、強魯棒性等優勢， 在要求具有寬調速范圍和優良的轉矩特性的驅動控制領域中得到了廣泛的應用。為了能夠充分利用逆變器容量，最大限度的發揮永磁同步電機的轉矩潛能，現有技術以轉子磁場定向的永磁同步電機同步軸系下的數學模型為基礎，根據電磁轉矩與電機參數、定子d、q軸電流的關系，利用定子電感參數LdItl和永磁體磁鏈參數Vf計算出最大電磁轉矩所對應的定子d、q軸電流的給定值，并通過d、q軸電流的閉環控制來實現最大轉矩電流比的控制。檢索國內外專利及相關文獻對比分析，目前尚未發現與本發明方法類似的專利報道，但與本發明接近的國內外文獻有以下兩篇(1)李長紅、陳明俊、吳小役，PMSM調速系統中最大轉矩電流比控制方法的研究， 《中國電機工程學報》，2005，25 (21) 169-174(2) Bing Cheng、Tod R. Tesch, Torque Feedforward Control Technique for Permanent-Magnet Synchronous Motors, IEEE Transactions on Industrial Electronics,2010, 57(3) :969_974文獻(1)給出了一種可工程應用的近似最大轉矩電流比的控制方法，該方法采用拉格朗日乘子算法求取永磁同步電機輸出最大轉矩下同步軸系d、q軸電流的給定值，并通過d、q軸電流的閉環控制實現最大轉矩電流比控制。該方法采用的電磁轉矩與定子d、q軸電流的關系式依賴于電機參數，電機參數的準確性對系統的運行和控制性能有較大影響， 而永磁同步電機在不同運行狀態下，其定子電感和永磁體磁鏈參數受到磁路飽和等因素影響會發生較大變化，由于該方法未考慮電機參數變化帶來的影響，因而在運行范圍較寬的領域內會偏離最大轉矩電流比的運行點，不能最大限度的發揮永磁同步電機的轉矩潛能和充分利用逆變器的容量。文獻⑵采用的電磁轉矩與定子d、q軸電流的關系式仍然依賴于電機參數，為了考慮電機參數變化對最大轉矩電流比控制精確性的影響，依據電機在有限元分析下得到的定子電感Ld、Lq和永磁體磁鏈 隨id、iq電流變化的三維圖，通過查表法得到不同運行狀態下的電機參數，實現了基于轉矩前饋的最大轉矩電流比控制方法。該方法雖然能夠在較寬的運行范圍內維持電機運行于最大轉矩電流比的運行點，但是電機參數三維圖繪制需要專業人員通過有限元分析后得到，計算過程比較復雜，而且針對不同的永磁同步電機必須重新繪制電機參數三維圖，工作量較大，且需要占據大量的存儲區域，此外，該方法還須根據不同電機進行存儲數據的大量修改，因而在工程實際運用中存在較大的局限性。上述方案雖能在一定范圍內滿足永磁同步電機最大轉矩電流比控制的需求，但由于這些方案中所采用的控制模型均局限于采用定子電感參數Ld、Ltl和永磁體磁鏈參數Vf 來得到電磁轉矩與定子d、q軸電流的關系，因而在工程實際運用中急需一種永磁同步電機最大轉矩電流比的新的控制方法來解決現有永磁同步電機最大轉矩電流比的控制方法對定子電感和永磁體磁鏈參數的依賴性，使最大轉矩電流比控制在電機參數變化的條件下仍然具備高精確性，實現充分利用逆變器的容量和最大限度發揮永磁同步電機轉矩潛能的目的。
發明內容
本發明的目的是針對現有永磁同步電機最大轉矩電流比的控制方法的不足，而提供一種永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法。該方法的原理為利用永磁同步電機在同步軸系下的定子磁鏈來檢測電磁轉矩，引入電磁轉矩的增量作為反饋，建立轉矩角(定子電流矢量與同步軸系d軸間的電角度)的自動尋優算法，得到定子d、q軸電流的給定值，因此無需利用定子電感參數Ld、Lq和永磁體磁鏈參數 參與計算，避免了不同運行狀態下電機參數變化造成的影響，實現最大轉矩電流比的精確檢測與控制。本發明提供的永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法，它可以通過以下方案加以實現a)首先通過檢測定子相電流Isa、Isb和轉子位置角θ經abc/dq坐標變換而得到轉子磁場定向的同步軸系下的定子電流分量Isd和Istl ；
I
sd
sq
Il
COS0 cos(0-12O°) cos(0 + 12O°; -sin0 -sin(0-120。)-sin(0 + 12O°
sbb)通過檢測電機旋轉電角速度ω e，建立定子磁鏈檢測電磁轉矩的方程；永磁同步電機在同步軸系下的穩態電壓方程為Usd = RsIsd- eVqUsq = RsIsq+ eVd其中Usd、Ustl為定子控制電壓在同步軸系下的分量況為定子電阻；為電機旋轉電角速度；Vd、為定子磁鏈在同步軸系下的分量。Ψ d、Ψ,的計算式為 ψα = ψ =
RJsd -Usd
usq -RJsqω.上式表明與定子磁鏈ψ(1、Ψ,有關的電機參數只有定子電阻Rs，而與定子電感 LtnLtl和永磁體磁鏈Vf無關。根據a)中得到的Isd和Istl值，利用Usd、Ustl的當前狀態值、檢測得到的值和定子電阻參數民計算出定子磁鏈值。電磁轉矩Tm的計算式為
權利要求
1. 一種永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法，其特征在于，該方法由以下步驟組成a)首先通過檢測定子相電流Isa、Isb和轉子位置角θ經abc/dq坐標變換而得到轉子磁場定向的同步軸系下的定子電流分量Isd和Isq ；“ 乙IsdVIlCOS0 cos(0-12O°) cos(0 + 12O°: -sin0 -sin(0-12O°) -sin(6 + 120°Isbb)通過檢測電機旋轉電角速度ω e，建立定子磁鏈檢測電磁轉矩的方程；永磁同步電機在同步軸系下的穩態電壓方程為 Usd = RsIsd-"e VqU =RI +ω ψ,^sqs sq e ^ α其中Usd、Usq為定子控制電壓在同步軸系下的分量；RS為定子電阻；為電機旋轉電角速度；Vd、Vq為定子磁鏈在同步軸系下的分量。 Vd、Vq的計算式為rJ Sd ~uSdq ^ Usq-RsIsq￥d =上式表明與定子磁鏈Vd、Ψ,有關的電機參數只有定子電阻Rs，而與定子電感Ld、Lq 和永磁體磁鏈Vf無關。根據a)中得到的13(1和Isq值，利用Usd、Ustl的當前狀態值、檢測得到的值和定子電阻參數Rs計算出定子磁鏈值。電磁轉矩Trai的計算式為 Tem = P(VdIsq-Vq1Sd)上式表明由于Vd、Ψ,的值僅受Rs的影響，因此Tem的檢測值也僅受Rs的影響，避免了不同運行狀態磁路飽和程度不同而造成的Ld、Lq和Vf參數發生較大變化對電磁轉矩檢測準確性的影響。再根據定子磁鏈值Vd、Vt^Pa)中所得到的Isd、Isq值計算出電磁轉矩檢測值。c)引入電磁轉矩增量ΔΤΜ反饋并建立轉矩角β的控制方程；Λ Tt — Tem、n) ^ew(w-l) em _rpem(n-\)其中TM(n)、Traiilri)分別為電磁轉矩當前的檢測值和前一次的檢測值。轉矩角β的控制方程為β = β0+ΡΙ(ΔΤεω)其中為定子電流矢量角度的前一運行狀態值；ΡΙ(ΔΤμ)為比例積分控制器的輸出值。d)根據定子電流矢量幅值的給定值和轉矩角β而得到定子d、q軸電流的給定值和；&與定子電流矢量幅值的給定值/丨和轉矩角β的關系式為 Kd =I:COS β Itsq= ι； Sin βe)建立帶有交叉解耦項和前饋項的d、q軸的控制電壓方程； 前饋項Usd ‘和Ust/的值由電壓穩態方程式計算Usd' =RIsd-OeVi Usq' =RIsJOeVd交叉解耦項Usd“和隊/由d軸電流調節器輸出PI (Isd)與q軸電流調節器輸出PI (Isq)計算Usd〃 =R(PI(Isd) }- eLq(PI(Isq)I usq" =R IPI(Isq)I+ eLd (PI(Isd)I d、q軸控制電壓值的計算式為 Usd = Usd ‘ +Usd" U =U' +U “^sq ^sq^sqf)通過d、q軸控制電壓Usd、Ustl和轉子位置角θ經dq/αβ坐標變換而得到定子靜止兩相軸系的電壓分量Usa和Use ；Usa'COS0一 sin0'Usdsin θcos θU,g)通過Usa和Use，按照SVPWM調制方式得到PWM控制信號實現對逆變器的控制。
全文摘要
一種永磁同步電機定子磁鏈檢測電磁轉矩的最大轉矩電流比的控制方法，其特征在于該方法利用永磁同步電機在同步軸系下的定子磁鏈來檢測電磁轉矩，其計算方法無需定子電感Ld、Lq和永磁體磁鏈ψf等隨電機運行狀態變化較大的參數，保證了不同運行狀態下電磁轉矩計算的精確性。引入電磁轉矩計算值的增量作為反饋，建立轉矩角的自動尋優算法并通過轉矩角的閉環控制得到定子d、q軸電流的給定值，在定子d、q軸電流的閉環控制的作用下實現最大轉矩電流比的精確控制。該方法既提高了控制系統魯棒性，又具有良好的穩態控制精度和動態跟蹤能力，特別適用具有寬運行范圍和希望最大限度發揮轉矩潛能的永磁同步電機的控制領域。
文檔編號H02P21/12GK102201779SQ201110145049
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者劉刃, 劉現義, 姚駿, 廖勇, 黃嵩 申請人:重慶大學