[发明专利]永磁同步电机的自适应最大转矩电流比控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体涉及一种永磁同步电机的自适应最大转矩电流比控制装置，属于永磁同步电机控制领域。

背景技术

永磁同步电机具有运行效率高、功率密度大、控制简单等优势，被广泛应用于各种电压和功率等级的传动领域。

为了提高永磁同步电机运行效率，永磁同步电机常采用最大转矩电流比控制(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)，在输出相同电磁转矩的前提下能够保证电流幅值最小，从而减小电机及变频器损耗，提高运行效率。

传统的永磁同步电机最大转矩电流比控制往往需要根据永磁同步电机的转子磁链和交、直轴电感参数来计算最优的电流分配方式，然而永磁同步电机在运行过程中交、直轴电感和转子磁链会受电流、温度等环境因素的影响而发生变化。永磁同步电机的最大转矩电流比控制策略对电机交、直轴电感和转子磁链等参数有很强的依赖性，因此依靠电机参数计算、拟合或查表法的最大转矩电流比控制很难使电机持续运行于高效的状态。

参数辨识算法能一定程度上解决电机参数变化对MTPA控制性能影响的问题。目前主流的参数辨识方法大体分为两类，即离线参数辨识和在线参数辨识。离线参数辨识可以比较准确的得到电机的参数随环境条件变化的特性，可以绘制成曲线图或数据表格以备MTPA控制算法调用。但是它的缺点是需要对每一台电机进行针对性实验测试，在大批量生产的情况下会严重影响产品的生产周期。在线辨识的特点是可以在线检测出实时的电机参数，这样控制程序调用的都是和当前环境相匹配的参数，相对于传统MTPA的准确性也有所提高。但这会使得控制程序变得更加复杂，对控制芯片的主频和运算速度都会提出更高的要求。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种永磁同步电机的自适应最大转矩电流比控制装置，该技术方案不依赖于永磁同步电机的转子磁链与交、直轴电感参数，这是一种不受电机参数约束的自适应最大转矩电流比控制方式，有效的解决了传统公式计算最大转矩电流比控制算法受电机参数变化的影响、离线参数辨识工作量大、在线参数辨识执行效率低等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种永磁同步电机的自适应最大转矩电流比控制装置，其特征在于，所述控制装置包括定子电流指令生成模块、自适应最大转矩电流比控制模块、电流控制模块、信号采集模块、三相逆变器模块与永磁同步电机，所述的定子电流指令产生模块用于产生定子电流幅值输送到到自适应最大转矩电流比控制模块，其中自适应最大转矩电流比控制模块产生的矢量分解模块获取的直轴电流参考值和交轴电流参考值作为电流控制模块的输入，所述的电流控制模块通过信号采集模块获取的电机定子电流和电机转子位置参数来实施矢量控制算法或其他电流控制算法，获取逆变器功率开关器件的驱动信号，所述的逆变器功率开关器件的驱动信号作用在三相逆变器模块上，所述的三相逆变器模块与永磁同步电机连接，使得永磁同步电机实现最大转矩电流比运行。

作为本发明的一种改进，所述自适应最大转矩电流比控制模块包括绝对值求取模块、积分模块一、符号求取函数、符号函数模块、积分模块二和矢量分解模块，

所述的绝对值求取模块的输入量为定子电流幅值其输出量为定子电流幅值的绝对值

所述的积分模块一的输入量为负常数ρ，其输出为负常数ρ对时间的积分(γ)；

所述的符号求取模块的输入量为定子电流幅值输出量为定子电流幅值的符号计算过程如下：

所述的符号函数模块的输入为切换函数(s),其值是定子电流幅值的绝对值和负常数ρ对时间的积分(γ)的差值，计算过程如下：

所述的符号函数模块的输出为优化电流矢量角度对时间的微分其计算过程如下：

其中k和α为正常数；

所述的积分模块二的输入量为优化电流矢量角度对时间的微分其输出为优化电流矢量角度(θ)；

所述的优化电流矢量角度与的和并与符号求取模块的输出相乘，得到最大转矩电流比工况下的最优定子电流矢量角度(θ^*)；

所述的矢量分解模块的输入量为定子电流幅值的绝对值和定子电流矢量角度(θ^*)，其输出量为直轴电流参考值和交轴电流参考值计算过程如下：

矢量分解模块获取的直轴电流参考值和交轴电流参考值作为电流控制模块的输入。