[发明专利]一种永磁同步电机解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机解耦控制方法。

背景技术

永磁同步电机由于它功率密度高，扩速范围广等优点，在电动汽车领域得到了广泛的应用。电动汽车上主要关心电机的弱磁倍数和过载能力，一般情况下，要求电机的最高转速能达到3倍额定转速，最大负载能达到3倍额定转矩。电机转速升高时，弱磁电流会加大，电机负载增大时，转矩电流会加大。大电流、高转速下，往往会造成电流的耦合震荡。提高控制品质，对电流精确地解耦控制成为一个重点。

我们往往采用矢量控制的方法来控制电机。矢量控制的核心部分就是对三相电流进行坐标变换，将其变换到dq坐标系上，分别对d,q轴的电流进行控制，得到输出电压。

传统的电流环PI控制都是针对d轴电流来调节d轴电压、针对q轴电流来调节q轴电压。这种方法在电机基速以下运行的时候是有效的。但是当电机运行到弱磁区，随着转速和电流的加大，耦合项也会逐渐增大，此时控制品质就会受到极大影响。

参看永磁同步电机的q轴、d轴电压方程：

U_q＝L_qpi_q+w_rL_di_d+R_si_q+w_rФ

U_d＝L_dpi_d-w_rL_qi_q+R_si_d

其中，U_q、U_d分别为电机输出电压在q、d轴上的分量，L_q、L_d为对应q、d轴电感，i_q、i_d为定子电流在q、d轴上的分量，p为微分项，w_r为电机当前转速，Φ为电机的转子磁链，R_s为定子电阻；可以看到U_q受到w_rL_di_d的影响，U_d受到w_rL_qi_q的影响，在低速时，w_r很小，耦合项所占比例很小，对控制几乎不造成影响。而在高速时，特别是高速过载区，转速、电流都很高，耦合项所占的比例最高能达到32％，这种情况很容易引起耦合干扰，从而造成电流震荡。

理论上在电流环输出项上补偿上耦合项就能实现电流环解耦控制。但是实际中电机参数L_q、L_d未知，就算知道，在电机高转速大电流运行的情况下，参数变化很大，如果直接用该参数计算耦合项并加到电流环输出项上，dq轴之间耦合严重，严重的影响到了电流控制品质，导致电机在高速运行时不够稳定，带载能力下降，更容易造成系统的不稳定，引起电流震荡。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有电机的电流环解耦方法存在的上述不足，提供一种不依赖电机参数的永磁同步电机解耦控制方法，有效消除电机耦合影响，提高电机在高速运行时的稳定性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种永磁同步电机解耦控制方法，包括以下步骤：

1)根据永磁同步电机的q轴、d轴电压方程，在空间矢量坐标系上构造电机模型的电流环被控对象的开环传递函数；

2)引入电机当前转速加入电机模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量PI调节器；

3)采用复矢量PI控制法设定复矢量PI调节器的积分因子，使得复矢量PI调节器的传递函数的零点与电流环被控对象的开环传递函数的极点相等，消除电机耦合影响。

按上述方案，所述步骤1)中永磁同步电机的q轴、d轴电压方程如下：

U_q＝L_qpi_q+w_rL_di_d+R_si_q+w_rФ          (1)