[发明专利]内置式永磁同步电机基速区与弱磁区的平滑切换控制方法

权利要求书

1.一种内置式永磁同步电机基速区与弱磁区的平滑切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在当前控制周期，由控制系统对转速、电压和电流物理量进行采样，具体包括：电机转速反馈值n，转子位置角θ，电机ABC三相电流i_A、i_B和i_C，直流母线电压u_dc，并求解ABC三相电流的d、q轴分量i_d、i_q；

2)由电机转速给定值和电机转速反馈值，经过比例积分控制器得到q轴电流的参考值i_q^*；内置式永磁同步电机运行在基速时，采用最大转矩电流比控制策略中的公式法计算出基速区d轴电流的参考值i_d.MTPA^*；

3)将电机转速反馈值与基速区到弱磁区的切换转速进行比较，若电机转速反馈值小于基速区到弱磁区的切换转速，则不进行切换，采用所述的基速区d轴电流的参考值i_d.MTPA^*获取基速区d轴电压；若电机转速反馈值大于基速区到弱磁区的切换转速，则切换到弱磁控制，引入弱磁调整因子k采用简化的弱磁控制模型，计算出弱磁区d轴电流的参考值i_d.FW^*获取弱磁区d轴电压；其中，

设定k的取值大于1，由此所述的简化的弱磁控制模型为：

式中，i_d.FW^*为弱磁区d轴电流的参考值，L_d、L_q分别为定子d轴、q轴电感，ψ_f为转子磁链，i_q^*为q轴电流参考给定值，ω_e为电角速度，k为弱磁调整因子，U_smax为系统能够输出的最大电压；

4)将电机转速反馈值、基速区d轴电流的参考值i_d.MTPA^*与弱磁区d轴电流的参考值i_d.FW^*的差值i_{d_error}作为模糊控制器输入，使用Mamdani型模糊控制器，经过模糊化、模糊推理、解模糊和清晰化得到弱磁调整因子k值，等待下一控制周期作用到简化的弱磁控制模型中；其中，

所述的模糊化包括：

电机转速反馈值n的隶属度函数表达式如下：

式中，M_n(x)是电机转速反馈值n对应的输入隶属度函数，x是电机转速反馈值除以电机额定转速得到的值；

基速区d轴电流的参考值i_d.MTPA^*与弱磁区d轴电流的参考值i_d.FW^*的差值i_{d_error}的隶属度函数表达式如下：

式中，电流差值i_{d_error}分为七个等级，ZS_error(y)、S_error(y)、MS_error(y)是电流差值i_{d_error}为最小、小和中小时对应的输入隶属度函数，M_error(y)是电流差值i_{d_error}为中时所对应的输入隶属度函数，MB_error(y)、B_error(y)、ZB_error(y)是电流差值i_{d_error}为中大、大和最大时对应的输入隶属度函数，y是电流差值i_{d_error}除以电机额定电流得到的值；

所述的清晰化是指弱磁调整因子k的隶属度函数，表达式如下：

式中，弱磁调整因子k分为七个等级，ZL_k(z)、L_k(z)、ML_k(z)是弱磁调整因子k为最低、低、中低时对应的输出隶属度函数，M_k(z)是弱磁调整因子k为中时对应的输出隶属度函数，MH_k(z)、H_k(z)、ZH_k(z)是弱磁调整因子k为中高、高、最高时对应的输出隶属度函数；

所述的模糊推理使用的模糊规则为：

(1)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式ZS_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式ZH_k(z)；

(2)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式S_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式H_k(z)；

(3)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式MS_error(y)时；弱磁调整因子k采用MH_k(z)；

(4)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式M_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式M_k(z)；

(5)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式MB_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式ML_k(z)；

(6)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式B_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式L_k(z)；

(7)如果电机转速反馈值n满足模糊控制器转速输入，且电流差值i_{d_error}采用公式ZB_error(y)时；弱磁调整因子k采用公式ZL_k(z)；

所述的解模糊是采用重心法对模糊控制器的输出解模糊；

5)根据d轴电流的参考值和q轴电流的参考值，与通过电流传感器检测到ABC三相电流求解得到的d轴和q轴的电流分量i_d、i_q，经过比例积分控制器，加上限幅后分别得到d轴和q轴的电压值u_d、u_q；

6)采用电压空间矢量调制策略，在当前周期根据d轴和q轴的电压值u_d、u_q和转子位置角θ，计算两电平电压源型逆变器六路PWM脉冲的占空比，然后输出六路PWM脉冲作用于逆变器，进而将对应的d轴和q轴的电压值u_d、u_q作用于电机，返回步骤1)继续运行。

2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机基速区与弱磁区的平滑切换控制方法，其特征在于，步骤3)所述的基速区到弱磁区的切换转速由下式表示：

式中，ω_ch为基速区到弱磁区的切换转速，L_d、L_q分别为定子d轴、q轴电感，ψ_f为转子磁链，C＝-ψ_f+(ψ_f²+8(L_d-L_q)²I_smax²)^0.5，p为电机的极对数，I_smax为系统允许通过的最大电流，U_smax为系统能够输出的最大电压。