凸極式永磁同步電機精確轉矩輸出的自適應容錯控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電動汽車用凸極式永磁同步電機（IPMSM)精確轉矩輸出的自適應容 錯控制方法，用于實現凸極式永磁同步電機在復雜運行工況下的精確轉矩輸出。
【背景技術】
[0002] 在汽車動力電氣化的技術發展趨勢W及"節能減排、改善環境"的國策鼓勵下，新 能源電動汽車是國家大力發展的重點方向之一。電動汽車電驅動系統不僅要求有較高的 轉矩輸出能力和較寬的調速范圍，而且具有較高的轉矩控制精度。IPMSM具有高效率、高功 率密度和寬調速范圍等特點，廣泛用于電動汽車電驅動系統，大多基于矢量控制實現IPMSM 轉矩控制，即基于轉矩指令查表或在線計算獲得定子tq軸電流指令，再通過電流雙閉環 PI控制實現IPMSM電磁轉矩的動態控制。然而IPMSM存在參數不確定性，溫度變化、鐵磁材 料的磁導率隨溫度變化及磁路飽和程度不同呈現出的非線性變化是IPMSM存在參數不確 定的重要原因，具體表征為電機負載運行所伴隨的溫度變化將導致電機永磁體磁鏈、定子 電感W及電樞電阻的變化；磁路飽和將導致定子電感及永磁體磁鏈的變化。電機參數不確 定性的存在將直接影響基于PI控制的IPMSM系統精確轉矩控制性能，輕則導致系統性能下 降，重則引起系統運行失穩等現象。
[0003] 為了實現IPMSM精確轉矩控制，有效解決方案之一是在系統運行中通過電機參數 的在線辨識實現控制器參數與前饋解禪量的自適應更新，但該方案存在計算量較大即系統 實現較繁瑣的技術不足，且辨識精度直接影響系統的運行性能及穩定性。擾動觀測器也是 可供選擇的解決方案之一，其實現思路是基于IPMSM數學模型設計擾動觀測器，在線估計 參數不確定產生的擾動量再進行前饋補償抵消未知擾動對系統的影響，提高系統的控制性 能與魯椿性。基于擾動觀測器的IPMSM控制方案，系統控制結構較為復雜，且擾動觀測結果 直接影響系統的控制性能。
【發明內容】
[0004] 本發明是為了克服現有技術方案的不足，提出一種車用凸極式永磁同步電機精確 轉矩輸出的自適應容錯控制方法，實現電動汽車電驅動系統在復雜運行工況下的精確轉矩 輸出。
[0005] 本發明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0006] 本發明凸極式永磁同步電機精確轉矩輸出的自適應容錯控制方法，設置凸極式永 磁同步電機的控制系統中各模塊包括；電流指令表、電流調節器、無模型自適應控制器、自 適應容錯轉矩調節器、電流傳感器、位置傳感器；所述電流調節器包括直軸電流PI調節器 和交軸電流PI調節器；所述自適應容錯轉矩調節器包括轉矩PI調節器和故障判斷模塊；
[0007] 本發明凸極式永磁同步電機精確轉矩輸出的自適應容錯控制方法按W下步驟進 行；
[0008] 步驟一、設置控制系統運行的采樣周期為L，假設當前采樣時刻為第k個采樣周 期，k〉0,且k為整數；
[0009] 步驟二、按如下方式獲得第k個采樣周期的實際定子直軸電流id化)，第k個采樣 周期的實際定子交軸電流i。化)，第k個采樣周期的實際轉子電角度0化）和第k個采樣周 期的實際轉子電角速度《。化）；
[0010] (1)、利用由電流傳感器檢測獲得的第k個采樣周期定子a相電流ig似和第k個 采樣周期定子b相電流ib化)，W及由位置傳感器檢測獲得的第k個采樣周期實際轉子電角 度0化)，按式（1)進行坐標變換獲得基于轉子磁場定向的同步旋轉坐標系下凸極式永磁 同步電機第k個采樣周期的實際定子直軸電流id(k)和第k個采樣周期的實際定子交軸電 流ia似：
[0011]
【主權項】
1. 一種凸極式永磁同步電機精確轉矩輸出的自適應容錯控制方法，設置凸極式永磁同 步電機的控制系統中各模塊包括：電流指令表、電流調節器、無模型自適應控制器、自適應 容錯轉矩調節器、電流傳感器、位置傳感器；所述電流調節器包括直軸電流PI調節器和交 軸電流PI調節器；所述自適應容錯轉矩調節器包括轉矩PI調節器和故障判斷模塊；其特 征在于：所述凸極式永磁同步電機精確轉矩輸出的自適應容錯控制方法按以下步驟進行； 步驟一、設置控制系統運行的采樣周期為Ts，假設當前采樣時刻為第k個采樣周期， k>0,且k為整數； 步驟二、按如下方式獲得第k個采樣周期的實際定子直軸電流id(k)，第k個采樣周期 的實際定子交軸電流iq(k)，第k個采樣周期的實際轉子電角度Θ (k)和第k個采樣周期的 實際轉子電角速度ωε〇〇 ; (1) 、利用由電流傳感器檢測獲得的第k個采樣周期定子a相電流ia (k)和第k個采樣 周期定子b相電流ib(k)，以及由位置傳感器檢測獲得的第k個采樣周期實際轉子電角度 Θ (k)，按式（1)進行坐標變換獲得基于轉子磁場定向的同步旋轉坐標系下凸極式永磁同 步電機第k個采樣周期的實際定子直軸電流i d(k)和第k個采樣周期的實際定子交軸電流 iq(k)：
(2) 、利用所述第k個采樣周期實際轉子電角度Θ (k)計算獲得第k個采樣周期的實際 轉子電角速度ωε〇〇 ; 步驟三、按如下方式獲得第k個采樣周期定子直軸電流指令爾k)和第k個采樣周期的 定子交軸電流指令（(k): (1)、利用式（2)計算獲得第k個采樣周期的轉矩擾動估計量Δ^(Ι<):
式（2)中，P為凸極式永磁同步電機極對數，ε為設定值； △i'd(k-l)為無模型自適應控制器輸出的第k-Ι個采樣周期的直軸參考電壓擾動量； <-1)為第k-Ι個采樣周期的交軸參考電壓擾動量； 若 k-1 = O 時，則有：￥,(0)=0、AR1(O)=O; 利用式（3)計算獲得第k個采樣周期的轉矩估計7^.(k):
式⑶中，Ld。為凸極式永磁同步電機直軸標稱電感、Lq。為凸極式永磁同步電機交軸標 稱電感，Φ π。為凸極式永磁同步電機永磁體標稱基波磁鏈； (2) 、按如下方式獲得第k個采樣周期的轉矩指令修正量Δ7：(1<): a、 在故障判斷模塊中將所述第k個采樣周期的轉矩擾動估計量:Δ^(Ι<)丨的絕對值 Δ7>)|與第k個采樣周期的轉矩誤差閾值γ |T/(k) I進行比較； 若：卜7>和沖/；；(k)|，則生成第k個采樣周期的邏輯判斷結果為O ; 若：|δ^(1<)| > ;/|7^(k)|，則生成第k個采樣周期的邏輯判斷結果為1 ; 取 γ = 5% ; b、 利用所述第k個采樣周期的邏輯判斷結果與第k-l、…、k-9個采樣周期的邏輯判