[发明专利]基于虚拟信号注入和梯度下降法的永磁同步电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟信号注入和梯度下降法的永磁同步电机控制方法。永磁同步电机实时控制过程中，在坐标系下注入虚拟信号利用虚拟信号注入法和梯度下降法获得定子电流矢量的角度参考值，通过转矩补偿计算方法获得定子电流矢量轴分量的参考值，进一步通过坐标变换得到d‑q坐标系下的定子电流矢量参考值，对最大电流转矩比控制与弱磁控制共同存在下的梯度值进行修正控制，实现最大电流转矩比控制与弱磁控制之间的无缝切换。本发明通过引入电压反馈对梯度表达式进行修正，能够实现最大转矩电流比控制与弱磁控制之间的无缝切换，转速范围宽，无需复杂的信号处理，具有良好的动态响应性能。

技术领域

本发明涉及了一种永磁同步电机控制方法，尤其是提出了一种内置式永磁同步电机的宽速度范围的高效与高性能控制方法，其中涉及了基于虚拟信号注入的最大转矩电流比控制及弱磁控制。

背景技术

由于磁路的各向异性，内置式永磁同步电机的d轴和q轴电感不相等，因此内置式永磁同步电机的转矩包含永磁转矩和磁阻转矩两部分。这两部分之间存在一个最佳的组合，使得在相同的转矩下定子电流最小，这种运行状态被称为最大转矩电流比控制。当电机转速在基速以下时，由于铜耗占比较大，通常采用最大转矩电流比控制来使得电机铜耗最小。

为了获得最大转矩电流比时的定子电流矢量d-q轴分量的参考值，常用的方法是先通过转速环得到定子电流矢量q轴分量的参考值，然后通过一个包含d轴电感L_d、q轴电感L_q和永磁体磁链Ψ_f的公式获得定子电流矢量d轴分量的参考值。但在电机运行过程的中，由于铁芯饱和和温度提升的影响，L_d、L_q和Ψ_f都会发生变化，因此通过传统公式求得的定子电流矢量d轴分量的参考值会偏离实际的最大转矩电流比控制下的值。

受直流母线电压的限制，逆变器能提供的电压存在最大值。由定子电压最大值V_lim、电角速度ω_e、d轴电感L_d、q轴电感L_q和永磁体磁链Ψ_f可作得电压极限椭圆，其两轴长度与转速成反比。随着电机转速的上升，电压极限椭圆不断缩小；当转速高于基速后，最大电流转矩比曲线上的工作点落在电压极限椭圆外，定子电压给定值大于定子电压最大值。此时必须控制定子电流矢量d轴分量电流沿负方向增大，即采用弱磁控制，使得定子电流矢量向左摆动，定子电流矢量落在电压极限椭圆上。因此，当转速上升到一定速度后需要从最大转矩电流比切换到弱磁控制。本发明提供了一种基于虚拟信号注入和梯度下降法的永磁同步电机控制方法，既可以在参数变化的情况下实现最大转矩电流比控制，又可以保证最大转矩电流比与弱磁控制的顺利切换。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于虚拟信号注入和梯度下降法的内置式永磁同步电机的最大转矩电流比及弱磁控制方法，既可以在参数变化的情况下实现最大转矩电流比控制，又可以保证最大转矩电流比与弱磁控制的顺利切换，实现了更加精确的最大转矩电流比和弱磁共存控制，并且实现最大转矩电流比控制与弱磁控制的无缝切换。

如图3所示，本发明的技术方案如下：

永磁同步电机实时控制过程中，在坐标系下注入虚拟信号利用虚拟信号注入法和梯度下降法获得定子电流矢量的角度参考值，通过转矩补偿计算方法获得定子电流矢量轴分量的参考值，进一步通过坐标变换得到d-q坐标系下的定子电流矢量参考值，对最大电流转矩比控制与弱磁控制共同存在下的梯度值进行修正控制，实现最大电流转矩比控制与弱磁控制之间的无缝切换。

所述的d-q坐标系中，d轴方向为转子磁链方向，q轴落后d轴90度。

所述的坐标系中，轴方向与定子电流矢量方向重合，如图1所示，轴落后轴90度。

所述的方法具体过程如下：