[发明专利]一种永磁同步电机弱磁控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机弱磁控制方法，将永磁同步电机的弱磁控制分为两部分：励磁电流弱磁段和转矩/励磁电流双弱磁段，设定两个调制系数阈值M1和M2，且M1≤M2，当电机控制器的输出电压调制系数M＞M1时，进入励磁电流弱磁段，此时仅对励磁电流进行弱磁调节；当M＞M2时，进入转矩/励磁电流双弱磁段，此时会对励磁电流和转矩电流都进行弱磁调节。采用该方法可防止永磁同步电机在弱磁运行下因快速加减负载而进入电流环饱和状态，从而导致电机失控，极大地提高了永磁同步电机控制系统弱磁控制的稳定性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法，主要适用于永磁同步电机的弱磁控制。

背景技术

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是用稀土永磁体代替励磁绕组构成的一种新型的同步电机。它结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高，转子无发热问题，有大的过载能力，小的转动惯量和小的转矩脉动。PMSM无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此使用方便，可靠性高。所以由PMSM组成的系统已广泛用于柔性制造系统、机器人、办公自动化和数控机床等领域。

永磁同步电机的弱磁控制技术发展，建立于其弱磁运行理论基础之上。弱磁运行理论从电机本体的角度出发，一方面给出电机弱磁运行时各变量变化的规律，一方面探究电机的弱磁性能与电机参数之间的关系。而控制技术则不断发展新的策略，不断改进算法，使电机实际运行状态符合弱磁运行理论。

目前的弱磁控制方法主要有电流误差法、公式计算法、电压调节法、查表法、单电流调节器法等，而工程应用中较为主流的是电压调节法，这种方法的基本原理是将电流调节器输出的电压指令幅值与其上限值比较，经电压调节器（通常为PI 调节器）输出一个补偿电流来修改电流指令。

在实际工程应用中，通常采用一个PI调节器，将输出的补偿电流叠加到励磁电流上作为补偿值，修正永磁同步电机的励磁电流Id。这种弱磁调节方式在负载变化较小时可稳定运行，但当负载变化较大、较快时，容易出现Id补偿值过大，导致永磁同步电机工作点落在电压圆和电流圆之外，表现为励磁电流环饱和，且无法退出饱和状态，从而导致永磁同步电机失控。

永磁同步电机的弱磁控制是该领域的一个技术难点，当永磁同步电机工作于恒功率区时，需要进入弱磁运行状态，工程常用的弱磁控制方式是在原有的控制回路上叠加一个弱磁PI调节器，如图1所示，um_max为设定的弱磁点，通过d、q轴输出电压计算出输出电压幅值并与um_max进行比较计算出差值，采用此差值进行PI调节，输出量为弱磁调节量i_delta并将其叠加到d轴电流给定值上。显然，该弱磁PI调节器与原有的d轴电流环存在着强耦合关系，在较快的动态变化过程中，仅对Id进行单向弱磁调节容易引起Id电流环弱磁调节过度，使得Id电流环进入积分饱和状态，从而导致电机失控。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机弱磁控制方法。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机弱磁控制方法，分为励磁电流弱磁段和转矩/励磁电流双弱磁段两个阶段，设定两个调制系数阈值M1和M2，励磁电流弱磁段的调节目标值为M1，转矩/励磁电流双弱磁段调节目标值为M2，励磁电流弱磁段的进入条件为M＞M1，转矩/励磁电流双弱磁段的进入条件为M＞M2，且M1≤M2，当电机控制器的输出电压调制系数M＞M1时，进入励磁电流弱磁段，此时仅启动励磁电流弱磁环，对励磁电流给定值id_set进行弱磁调节；当M＞M2时，进入转矩/励磁电流双弱磁段，此时会启动励磁电流弱磁环和转矩电流弱磁环，对励磁电流给定值id_set和转矩电流给定值iq_set都进行弱磁调节。

进一步的步骤如下：

步骤1，电机控制算法基于矢量控制，在永磁同步电机运行时，根据励磁电流Id和转矩电流Iq电流环的输出值励磁电压Ud和转矩电压Uq计算出输出电压Uout：

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