一種三相永磁同步電機的控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種三相永磁同步電機的控制方法，包括電機動能外環控制方法和電流內環控制方法，該方法將三相永磁同步電機存儲的動能作為整體反饋，經由給定速度計算的儲能值與實際值相比后產生電機加速功率給定，再加上相應的損耗部分和負載估計值，除以電機的感應電動勢，產生兩相旋轉坐標系下q軸電流給定值i*q和d軸電流給定值i*d。再由電流內環控制方法依次得到電壓給定值U*q、U*d，經Park反變換，再結合設于三相永磁同步電機逆變器的直流側電壓Udc，通過空間矢量脈寬調制最終得到用于驅動三相永磁同步電機逆變器的三相開關序列Sa、Sb、Sc信號。該方法能夠大大提高三相永磁同步電機控制系統的動態響應性能。滿足如電動汽車驅動控制等對于電機響應性能要求更高的場合。
【專利說明】一種三相永磁同步電機的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及控制系統領域、具體涉及一種電機的控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發展，交流調速系統的控制策略得到了迅速發展。20世紀70 年代提出的交流電機矢量控制系統使異步電機在工業中的應用達到了一個新臺階。永磁同 步電機作為交流電機的一種，近年來更是得到廣泛的應用。永磁同步電機與傳統異步電機 相比，具有以下特點：1)高效率、高功率因數：由于永磁同步電機用永磁體代替電勵磁，不 需要無功勵磁電流，因此功率因數得到顯著提高，而且永磁同步電機定子和轉子保持同步， 轉子中沒有鐵心鐵耗，永磁同步電機的效率也要比異步電機高；2)動態響應性能高、轉速 平穩；體積小、重量輕：隨著高性能永磁材料的不斷應用，永磁同步電機的功率密度大大提 高，與同容量異步電機相比，其體積和重量有較大的減少。
[0003] 目前，永磁同步電機的控制策略主要有恒壓頻比控制、矢量控制和直接轉矩控制 三種方法。其中，恒壓頻比控制是在控制過程中始終保持電壓與頻率比為常數，從而保證定 子磁鏈的恒定。它是一種開環控制，速度動態特性較差，電機轉矩利用率低，控制參數還需 要根據負載的不同來做相應的調整。直接轉矩控制是一種較新的控制方法，其理論和實踐 還不成熟，且存在低速性能、帶負載能力差等缺點，而且它對實時性要求高，計算量大。目前 應用最為廣泛的是矢量控制。矢量控制的基本思想是將三相交流電動機等效成直流電機進 行控制，通過矢量坐標變換，將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉矩電 流分量，并使這兩個分量相互垂直，彼此獨立，然后分別調節，以獲得像直流電動機一樣良 好的動態特性，矢量控制能獲得較好的動態性能，現有技術大多采用轉速、電流雙閉環來實 現永磁同步電機的控制，電機的動態響應性能仍不能滿足如電動汽車驅動控制等對于電機 響應性能要求更高的場合。
【發明內容】
[0004]鑒于現有技術之不足，本發明提供一種三相永磁同步電機的控制方法，該方法能 夠大大提高三相永磁同步電機控制系統的動態響應性能。
[0005] 本方法解決上述技術問題的方案如下：
[0006] -種三相永磁同步電機的控制方法，包括電機動能外環控制方法和電流內環控制 方法，具體包括以下步驟：
[0007] 1)電機動能外環控制方法：
[0008] A)分別利用設于三相永磁同步電機上的電流傳感器采集三相永磁同步電機的相 電流ia、ib、i。，利用設于三相永磁同步電機上的光柵編碼器采集三相永磁同步電機的角速 度ω π及轉子位置Θ ;
[0009] Β)通過Clark變換和park變換，按下式〗）將得到的三相永磁同步電機相電流從 三相坐標系下變換至兩相旋轉坐標系下，得到兩相旋轉坐標系下的電流分量id、％ :
[0010]
【權利要求】
1. 一種三相永磁同步電機的控制方法，包括電機動能外環控制方法和電流內環控制方 法，具體包括以下步驟： 1) 電機動能外環控制方法： A)分別利用設于三相永磁同步電機上的電流傳感器采集三相永磁同步電機的相電流 ia、ib、i。，利用設于三相永磁同步電機上的光柵編碼器采集三相永磁同步電機的角速度ω π 及轉子位置Θ ; Β)通過Clark變換和Park變換，按下式I)將得到的三相永磁同步電機相電流從三相 坐標系下變換至兩相旋轉坐標系下，得到兩相旋轉坐標系下的電流分量id、i,:
C) 分別根據三相永磁同步電機的轉動慣量J、定子電阻值Rs、繞組電感量Lm、電磁轉矩 Te依次獲得三相永磁同步電機轉子所儲存的動能實際值i·/%2、三相永磁同步電機定子的 電阻消耗功率Rs(i2d+i2q)、三相永磁同步電機繞組電感內磁場儲能損耗
負載功率1^ = ?； · ωπ，再將三相永磁同步電機轉子所儲存的動能實際值與控制器輸入的 三相永磁同步電機轉子所儲存的動能給定值相比較，再經動能ΡΙ調節器轉換成三相永磁 同步電機的功率給定值Ρ\，然后通過功率累加器將功率給定值Ρ #Α、負載功率Ρ\、電阻消耗 功率Rs(i2d+i2q)以及三相永磁同步電機繞組電感內磁場儲能損耗
.累加，得 到三相永磁同步電機逆變器需要向電機輸出的有功功率P%、； D) 將步驟C)得到的有功功率P%、除以三相永磁同步電機的兩相旋轉坐標系下q軸感 應電動勢eq，得到兩相旋轉坐標系下q軸電流給定值i\，其中感應電動勢e q = KtX c〇m，Kt 為三相永磁同步電機結構常數，由于兩相旋轉坐標系下的d軸為三相永磁同步電機的勵磁 方向，因此兩相旋轉坐標系下的d軸感應電動勢e d = 0,兩相旋轉坐標系下的d軸電流給定 值 i*d = 〇 ; 2) 電流內環控制方法： E) 將兩相旋轉坐標系下q軸電流給定值與電流分量i,比較的差值經電流PI調節 器轉換為兩相旋轉坐標系下q軸電壓差值分量Λ U,，同樣地，將兩相旋轉坐標系下d軸電流 給定值A與電流分量id比較的差值經另一電流PI調節器轉換為兩相旋轉坐標系下d軸 電壓差值分量A Ud F) 忽略三相永磁同步電機電阻上的壓降，將三相永磁同步電機的感應電動勢按下式 II)進行前饋和解稱，分別得到兩相旋轉坐標系下的給定電機電壓值U/、U/ :
II) 式π)中，Ld為永磁同步電機的直軸同步電感，Lq為交軸同步電感； G)對步驟F)得到的兩相旋轉坐標系下的給定電壓值按下式III)做Park反變 換，得到兩相靜止坐標系下的給定電機電壓值U/、U/;
III) Η)將步驟G)得到的兩相靜止坐標系下的給定電機電壓值U/、U/，并結合設于三相永 磁同步電機逆變器上的電壓傳感器采集的三相永磁同步電機逆變器的直流側電壓Ud。，通過 空間矢量脈寬調制最終得到用于驅動三相永磁同步電機逆變器的三相開關序列S a、Sb、Sc信 號。
【文檔編號】H02P21/00GK104300861SQ201410390684
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月10日 優先權日:2014年8月10日
【發明者】姜衛東, 佘陽陽, 胡楊, 趙德勇, 李王敏, 吳志清 申請人:合肥工業大學