[发明专利]一种改善永磁同步电机过调制区输出转矩的电流控制方法

说明书

所属技术领域

本发明属于驱动电机的功率变换器控制技术领域，具体涉及采用谐振控制的永磁同步电机调速系统的性能改善方法。

背景技术

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）具有结构简单、运行可靠、功率密度高等优点，广泛应用于数控机床、航空航天和电动汽车等领域。随着工业现代化进程的加速，对PMSM控制系统的要求已不再局限于额定工况等传统应用环境，而是逐渐扩展至基速以上恒功率运行区域。目前，过调制策略和弱磁控制是实现上述要求的有效方法。

过调制策略可以提高逆变器输出的基波电压幅值，提高直流母线电压利用率，进而扩大电机的调速范围。过调制策略可以分为两区域过调制策略和单区域过调制策略。两区域调制策略根据调制系数不同将过调制过程分为两个区域：过调制一区和过调制二区。过调制一区中逆变器输出的电压矢量与参考电压矢量的相角相同，幅值等比例缩减；过调制二区中同时改变参考矢量的幅值和相角。在两区域调制策略基础上，一些学者为了简化调制算法将两个过调制区域合并为一个过调制区，即形成单区域过调制策略。该方法的特点是改变逆变器输出电压矢量的相角，而保持幅值不变。该算法不需要查表，更易于工业应用，但由于其输出电压高次谐波含量较大，易引起负载电流中产生相同频率的高次谐波，进而导致转矩脉动、绕组发热等问题。

弱磁控制策略通过注入直轴（d轴）电流达到弱磁升速的目的，具体包括前馈补偿和反馈补偿两种实现方法。前馈补偿法利用永磁同步电机模型和给定转速，计算电机两相旋转坐标系d-q轴电流值作为前馈补偿量，并根据实际转速与额定转速之差来判断弱磁控制起始点，当电机转速超过额定转速时，注入d轴电流达到弱磁升速目的。由于前馈补偿对于电机参数和工作环境有较强的依赖性，学者们提出反馈补偿弱磁控制算法。1997年，韩国学者提出一种基于电压外环的反馈补偿弱磁控制算法。该算法将直流母线电压与电流控制器输出参考电压作为弱磁控制器的输入，控制器输出为d轴电流参考值，从而实现对d轴电流的控制，该算法鲁棒性强。目前，弱磁控制方法的主要瓶颈是直流母线电压利用率偏低。针对这一问题，学者们将过调制策略和弱磁控制策略相结合，实现电机运行范围及基速以上带载能力的进一步拓展。但是该类方法的主要问题是系统高次谐波含量较大。

发明内容

为有效抑制永磁同步电机弱磁过调制控制中产生的电流谐波和转矩波动，实现永磁同步电机在基速以上区域平稳运行，本发明提出一种永磁同步电机谐振电流控制方法，技术方案如下：

一种改善永磁同步电机过调制区输出转矩的电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）电机三相定子电流采样分别为i_a、i_b、i_c，角位置采样为θ，直流母线电压采样为u_dc，将电机的三相定子电流分别经过abc/dq坐标变换为两相旋转坐标系下的dq轴电流分量i_d、i_q，通过角位置计算电机转速ω；

（2）转速环采用PI控制器，其输入为转速给定ω^*与采样转速ω的差值，输出为q轴电流给定值i_q^*；

（3）dq轴电流环采用基于谐振控制的电流控制器：电流控制器输入为dq轴电流给定值id^*、i_q^*和d_q轴电流反馈值i_d、i_q之差，电流控制器输出为电压矢量dq轴分量u_d^*、u_q^*，dq轴电流控制器相同，传递函数均为：