[发明专利]一种避免永磁同步电机弱磁失控的方法

说明书

本发明公开了一种避免永磁同步电机弱磁失控的方法，提出了一种应对负id补偿法弱磁控制器饱和失控现象的控制策略，通过对dq轴电流的协同调整，增强深度弱磁工况下的稳定性；通过对dq轴电流的协同限幅，实现近似最大转矩电压比MTPV控制。该方法提高了基于电压闭环的弱磁控制器的稳定性，并通过对dq轴电流的协同限幅实现近似MTPV控制。

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种避免永磁同步电机弱磁失控的方法。

背景技术

永磁同步电机效率高、弱磁调速范围宽，被广泛应用于电动汽车领域。

基于电压闭环的负id补偿法弱磁控制技术可以使永磁同步电机实现宽转速范围调速运行。该方法的基本原理是：在电流调节器需要的输出电压接近或超过控制器电压输出能力极限的情况下，负向增大d轴电流，试图将电流调节器需要的输出电压限制在控制器电压输出能力极限以内。但是该方法具有下列局限性：

1)无法实现MTPV控制

假设图1中当前转速为ω₂，电流位于B点，此时转速继续升高。由于电流极限圆进一步缩小，B点落在电流极限圆外，此时电流调节器需要的输出电压已经超过控制器电压输出能力极限，弱磁调节器将负向增大d轴电流，工作点反而距离电流极限圆更远。在这种情况下，不仅输出转矩能力大幅下降，实际电流也无法跟踪给定电流，导致电流调节器饱和，电流失控。

2)深度弱磁稳定性较差

进一步分析1)中的问题可以发现，传统负id补偿法弱磁调节器的问题在于，深度弱磁时电压负反馈调节的稳定性逐渐劣化。例如：假设图1中当前转速为ω₂，q轴电流从0开始增加，工作点沿着电压极限圆逐渐接近D点。在此过程中，负向增大d轴电流对减小输出电压的作用越来越小，动态特性逐渐恶化。而在跨过D点之后，弱磁调节的方向从指向电压极限圆内部逐渐过渡到指向电压极限圆外部，弱磁调节器从负反馈变成正反馈，无法继续保持稳定。D点与C点对应着相同的d轴电流，其值为-ψf/Ld，为电机短路电流。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种避免永磁同步电机弱磁失控的方法。

该方法包括以下步骤：

步骤1，q轴给定电流经过MTPA特性计算得到直接d轴电流直接d轴电流与d轴弱磁电流Δi_d相加得到d轴给定电流

步骤2，对q轴给定电流和d轴给定电流进行dq轴电流协同调整和dq轴电流协同限幅，然后分别对q轴给定电流和d轴给定电流进行电流闭环控制后，经过PI(比例积分)调节器输出q轴电压u_d和q轴电压u_q；

步骤3，根据公式得到输出总电压；

步骤4，用最大输出电压限值u_max减去输出总电压后，通过PI调节器得到d轴弱磁电流Δi_d。

步骤2中所述的对q轴给定电流和d轴给定电流进行dq轴电流协同调整具体为：首先设置一个小于短路电流的阈值E，在d轴给定电流小于阈值E时，计算两者的差值；然后根据下式计算调整后的q轴给定电流

式中K为正数(实际应用中一般不大于10)。