[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

说明书

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，通过分析传统公式法从基速区切换到弱磁区时，存在较大的转速和转矩波动的原因，添加一个弱磁控制调整因子k；将编码器转速反馈值n、MTPA与FW控制下d轴电流差为输入，利用Mamdani型模糊控制器对k实现在线调整；当转速超过设定弱磁切换转速时采用上述方法实现平滑切换。本发明有效的提升了从基速区到弱磁区切换时转速和转矩的平滑性，同时保证切换后系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机控制方法。特别是涉及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。

背景技术

近年来，随着电动汽车中驱动电机的研究不断深入，内置式永磁同步电动机(Interior permanent magnet synchronous machine,IPMSM)由于具有高功率密度的优点，同时转矩密度高、可靠性高和效率高，被广泛关注。它具有简单的结构、较小的体积和较小的损耗；且尽可能宽广的弱磁调速范围对电动汽车驱动有特别重要的意义，能够在系统输出最大功率不变的条件下提高电动汽车的起动加速能力及低速爬坡能力，降低逆变器的容量。

内置式永磁同步电动机使用传统的矢量控制方法；当电机运转于基速区时，通常采用最大转矩电流比(Maximum torque per ampere,MTPA)控制策略；当转速超过基速达到弱磁(Flux-weakening,FW)区时，通常采用公式法和负直轴电流补偿法。二者被应用到弱磁控制中，来产生去磁电流进而改变直轴电流的给定值，从而实现基速以上的弱磁控制。相比公式法，电压反馈法原理具有简单、易于实现，并且不依赖于参数的优点；但其动态性能差，不满足电动汽车对动态性能的要求。公式法使用电机的数学模型具有快速的动态响应和稳态跟踪性能，但从MTPA控制到FW控制由于二者计算的直轴电流存在偏差，因此在切换时存在较大的转速和转矩波动，不同负载情况对应的波动仍不尽相同；而且弱磁控制的切换点的选择也是一个重要问题，若选择较小会使动态响应变差，若选择较大会使电机运行超出其运行能力范围之内，达不到弱磁控制的效果，甚至导致系统失控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效提升弱磁控制切换时转速和转矩的控制性能，保证切换后系统稳定性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。

本发明所采用的技术方案是：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，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)由转速给定值和转速反馈值，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)将转速反馈值与基速区到弱磁区的切换转速进行比较，若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；