[发明专利]基于转矩前馈控制技术的内置永磁同步电机弱磁控制方法

说明书

本发明公开了一种基于转矩前馈控制技术的内置永磁同步电机弱磁控制方法，主要包括定子磁链调节模块、电流数据表、电流调节器、脉宽调制、变换、Park变换，不控整流桥、逆变器；所述的定子磁链调节模块根据输入的转矩给定值、直流母线电压、电机转速和调制系数计算合适的定子磁链给定值作为输出；所述的定子磁链调节模块，包含有I‑VII共7个模块；I是一个一维表格，记录了不同给定转矩下对应的最小定子磁链。本发明通过在定子磁链调节中引入一个比例系数实现电机在弱磁区域转矩输出的最大化，同时保证转矩的稳定性。该系数根据当前电机的运行工况自动改变大小，在高速低转矩时提高电压裕量，在高速大转矩时提高转矩输出能力，从而实现直流母线电压的最大利用率。

技术领域

本发明涉及了一种内置永磁同步电机弱磁控制方法，尤其涉及了基于转矩前馈技术的控制系统结构和算法。

背景技术

永磁同步电机是一种具有高效率和高功率密度的电机，在电动汽车、列车牵引领域具有非常好的应用前景。永磁同步电机在基速以下常采用MTPA控制技术以实现最小损耗。然而当转速超过基速之后，必须采用弱磁控制技术才能够使永磁同步电机达到更高速度。弱磁控制技术一般是增加d轴电流以达到弱磁目的，然而如何在增大d轴电流的同时保证电机的最大效率和功率输出是各种弱磁控制技术的共同目标。

目前永磁同步电机弱磁控制技术一般分为前馈控制技术、反馈控制技术和前馈-反馈混合控制技术。

反馈控制技术一般利用定子电流和电压信号作为反馈信号修正d轴和q轴电流。例如采用d轴电流参考值和测量值的差值或者q轴电流参考值和测量值的差值作为反馈信号。或者采用过调制前后的电压差值作为反馈信号。

前馈控制技术通常使用转矩作为命令输出而不是转速作为命令输入，故也可称为转矩前馈控制技术。转矩前馈控制技术一般具有高动态响应。具体分为解析法和查表法两种。解析法是利用永磁同步电机的数学方程解算出最优控制电流，这种方法的缺点是严重依赖电机参数，同时需要在线求解四次方程，因此应用并不广泛。查表法则是提前对电机进行测试，建立基于实测数据的电流二维表格。在对电机进行实时控制时，通过查表来获得给定的d、q轴电流。这种方法虽然仅能针对特定电机进行控制，普适性不高，但是在电动汽车、牵引机车等应用场合拥有较高的应用前景。同时，这种方法较高的动态响应速度，同时控制算法简单，计算量少，更适合实时控制。

目前永磁同步电机弱磁控制存在的主要问题是在弱磁区域电压饱和容易导致电流控制器工作在非线性区，从而使得转矩输出不能稳定地达到最大潜力值。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于转矩前馈

控制技术的内置永磁同步电机弱磁控制方法，基于查表法，旨在解决弱磁区转矩输出能力和转矩输出稳定性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于转矩前馈控制技术的内置永磁同步电机弱磁控制方法，主要包括定子磁链调节模块、电流数据表、电流调节器、脉宽调制、变换、Park变换，不控整流桥、逆变器；

所述的定子磁链调节模块采用反馈和积分调节的混合控制方式，同时基于查表法和阈值判断；所述的定子磁链调节模块根据输入的转矩给定值、直流母线电压、电机转速和调制系数计算合适的定子磁链给定值作为输出；

所述的定子磁链调节模块，包含有I-VII共7个模块； I是一个一维表格，记录了不同给定转矩下对应的最小定子磁链，II是一个限幅器，下限为0，无上限，III是一个选择器，根据选择开关的结果选择两路中的一路作为输出。如果开关输入为0，则将第一路结果作为输出；如果开关输入为1，则将第二路结果作为输出，IV为滞环比较器，输入为调制系数（MI），上下限比较值分别为0.95和1.05，输出结果分别为1和0，V为积分器，VI为限幅器，上限为1，下限为0，VII为运算器，将直流母线电压、转速的倒数和相乘；