[发明专利]永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机控制装置及其方法，尤其是涉及一种应用于永磁同步电机矢量控制装置在零速或极低速时抗转子扰动的装置及其方法。

背景技术

随着永磁材料、电力电子技术和电机控制理论的快速发展，永磁同步电机以优越的性能和牢固性等优点，在数控机床、工业机器人、航空航天、电动汽车等领域得到日益广泛的应用。永磁同步电机的基本结构和转动原理如下所述：

同步电机有旋转磁极式和旋转电枢式两种结构形式，大中容量的同步电动机多采用旋转磁极式。根据转子形状的不同，旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种，分别如附图1和附图2所示。

如附图3所示，以旋转磁极式永磁同步电机为例，永磁同步电机的转动原理为：永磁同步电动机工作时，转子由永磁体产生基本恒定的静止磁场，定子的三相绕组中通入三相对称电流；在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。

随着技术的发展和进步，永磁同步电机的控制越来越多地采用矢量控制技术。在电压型永磁同步电机的矢量控制中，大部分采用交流电流传感器采集电流、位置传感器测算速度的闭环控制方案（内部含有速度调节器、电流调节器或转矩调节器）。永磁同步电机矢量控制的数学模型如下所述：

假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗、转子无阻尼绕组，则基于转子磁场定向坐标系（d、q轴），永磁同步电动机的数学模型为：

磁链方程：

                               （1）

电压方程：

                            （2）

转矩方程：

                       （3）

也即：

            （4）

其中：U_d、U_q分别为定子d、q轴电压；Ψ_d，Ψ_q分别为定子d、q轴磁链分量；Ψ_m为永磁体磁链；i_d、i_q分别为定子d、q轴电流分量；R为电机定子电阻；L_d、L_q分别为电机定子d、q轴电阻；ω为转子转速；T_em为电机转矩；p为电机极对数。

如附图4所示为应用永磁同步电动机的数学模型的永磁同步电机矢量控制基本框图：

其中：1为直流电源，2为IGBT逆变功率单元，3为永磁同步电机，4为Clarke坐标变换，5为Park坐标变换，6为d轴电流PI调节，7为q轴电流PID调节，8为逆Park坐标变换，9为SVPWM脉宽调制单元，10为根据传感器的速度计算环节，11为速度给定的PI调节，12为速度设定。

在实际的应用过程中，永磁同步电机的矢量控制存在一定程度的控制不准、转矩扰动的问题。特别是在电机零速或极低速附近，这种扰动有时甚至达到令人无法接受的程度。因此，在永磁同步电机的零速或极低速时，转子的抗扰动问题是一个必须解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法，解决在使用电压型空间矢量脉宽调制的永磁同步电机矢量控制系统中，永磁同步电机在零速或极低速时转子扰动的技术问题。