[发明专利]内置式永磁同步电机弱磁控制方法

说明书

技术领域

本发明属于内置式永磁同步电机领域，具体应用于需要大调速范围的内置式永磁同步电机的弱磁控制。

背景技术

永磁同步电机是将绕线式同步电机的直流励磁绕组用永磁体代替。它的优点是和异步电机相比，没有了励磁绕组铜损，具有很高的功率密度，因此电机效率很高，转子的惯量较小，转子的结构强度也很高。由于以上的优点，现在中小功率电动汽车一般都会选择永磁同步电机作为汽车的牵引电机。

永磁同步电机分为面装式和内置式两种。面装式电机的永磁体均匀地安装在转子的表面，因此它的励磁磁场也是均匀的，d轴和q轴方向上的励磁电感也是相同的。而内置式电机正好相反，它的励磁磁场不均匀的，d轴和q轴方向上的励磁电感也不相同的，一般的d轴电感会小于q轴电感。由于这个区别，决定了两种电机不同的特点，面装式电机的控制简单，而且弱磁很容易实现，但它的输出转矩较小，而且弱磁范围很窄，一般高于额定转速一小段范围后，永磁体的磁场就会减小到极限，即使再增大退磁电流，弱磁的效果也非常小，从而电机达到极限转速。内置式电机虽然控制会复杂很多，弱磁控制很困难，但它可提供磁阻转矩，理论上只要电机参数合理，可达到无穷大转速，实际中，好的弱磁控制可使调试范围可达到基频的4～8倍。因此，现在的电动汽车一般使用的是内置式永磁同步电机。

内置式永磁同步电机的弱磁一直是这种电机使用的一个难点。最容易实现的方法是公式计算法，即根据电机参数和工况，计算出电机在弱磁区的各个切换点，在不同的点，用不同的方法计算电机的参考电流和电压指令。但这种方法的问题是切换点的计算完全依赖电机参数准确性，因此在实际使用，由于计算的切换点和实际切换的偏差，会引起电机工况突变，和逆变器过流。

另一种方法是根据大量的试验数据，分析出电机的各个工作点，并将这些数据存储在电机控制器的内存中，在电机使用时，实时的通过查表来规划电机的工作点的轨迹。这种方法的问题在于，对于不同的电机，都需要进行大量的试验，不具备可移植性。

现在使用最广泛的方法是负磁链电流补偿法，它在传统的转速环和电流环的基础上增加了一个输出电压矢量幅值控制。在未进入弱磁区时，输出电压矢量幅值控制不工作，转速环得到总的电流矢量幅值指令值然后通过磁链轴（d轴）和转矩轴（q轴）的电流分配，得到d轴和q轴两个电流PI调节器的电流指令值电流调节器输出两个轴的输出电压指令值当进入弱磁区后，输出电压矢量幅值控制开始工作，它将d轴和q轴两个电流PI调节器的输出电压指令值的平方和与能得到的最大输出电压矢量值u_smax进行PI调节，使电机控制器的输出电压保持在线性区，调节器输出对d轴电流进行补偿，使其向负的方法移动，从而实现电机工作点按电压轨迹进行弱磁。

负磁链电流补偿法的问题在于，随之转速的不断升高，负磁链电流补偿法的稳定性严重下降。在弱磁区，负磁链电流补偿使d轴上负电流幅值不断增加，对应的d轴电压的幅值也增加，反而使得为增大的趋势，它是通过不断减小中，q轴电流所占的比例，即来减小q轴电压u_q，从而保持这其实是一种间接地保持输出电压等于u_smax。一方面既要满足弱磁的要求，另一方面，是的函数，即我们要通过满足输出电压等于u_smax，即d轴和q轴的电流调节器都受的影响，是耦合在一起的，而这两方面要求有时是矛盾的。因此该方法的稳定性随转速下降，而且输出电压矢量幅值控制的比例-积分（PI）控制器参数由于上面所提到的两个方面的约束，非常难以设计，要反复地尝试，往往只能将控制器设计为积分型（I），若加入比例（P），系统很可能会不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种内置式永磁同步电机弱磁控制方法，不依赖电机参数，并且在调节时提高系统稳定性。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种内置式永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、在非弱磁区域时，进行电机转速闭环控制：

转速环输出为转矩轴即q轴的电流指令值磁链轴即d轴的电流指令值由根据MTPA关系计算得到；和它们的实际反馈值i_d、i_q进行闭环控制，输出得到d轴和q轴的电压指令值

步骤二、差值限幅处理：

首先判断是否进入弱磁区域：将和最大输出电压u_smax进行比较，差值为若Δu＜0，说明开始进入弱磁区域；