[发明专利]查表法结合调节器的永磁同步电机控制方法

说明书

本发明提供了一种查表法结合调节器的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：分别设计d轴电流给定二维表和q轴电流给定二维表，分别查询d轴电流给定二维表和q轴电流给定二维表得到d轴基础电流给定和q轴基础电流给定；设置转矩调节器，转矩调节器的输出是q轴电流附加调节量；设置弱磁调节器，弱磁调节器的输出是d轴电流附加调节量，最终使用的d轴电流给定值是d轴基础电流给定与d轴电流附加调节量之和，最终使用的q轴电流给定值是q轴基础电流给定与q轴电流附加调节量之和。本发明能够兼顾系统动态响应性能和控制精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种查表法结合调节器的永磁同步电机控制方法。

背景技术

和异步牵引电机相比，永磁同步牵引电机具有功率因数高、系统效率高、转矩密度大、变频器容量小和动态响应能力强的优点。尤其是最近的二十年内，稀土永磁材料快速发展，新型永磁材料具有高剩磁密度、高磁能积和高矫顽力等特点，使得永磁同步电机得到快速发展。我们日常使用的电机多为三相电机，而双三相电机可以在较小的绕组电流下，实现更大的输出转矩，有利于提高电机的功率密度和转矩密度。双三相永磁同步电机，同时具备了永磁电机和多相电机的优点，在舰船电力推进、轨道交通牵引和电动汽车领域具有光明的应用前景。

对于永磁同步电机，以转速为控制目标的是转速控制模式；以转矩为控制目标的是转矩控制模式。即使在转速控制模式下，常常也会以输出转矩控制作为调节转速的手段。因此说高效准确的转矩控制对于永磁同步电机来讲非常重要。轨道交通车辆通常就工作在转矩控制模式，以跟踪转矩指令为控制目标。此外，对于需要运行在高速区的永磁同步电机，需要实施准确的弱磁控制，以弥补逆变器直流母线电压不足的问题。高效准确的弱磁控制既可以保证电机的稳定性，又可以提高直流母线电压的利用率，对于永磁同步电机来讲，同样非常重要。

转矩控制和弱磁控制对于永磁同步电机都非常重要，那么在电机高速区能够兼顾转矩控制和弱磁控制的高性能控制方法研究就更加重要。本发明内容的技术背景就是考虑转矩控制精度、转矩响应速度、弱磁控制精度、弱磁响应速度条件下的永磁同步电机高性能控制方法。

有一种永磁同步电机控制方法叫做查表法，其控制框图如图1所示，这是一种常用的电机控制方法。在图1中，直轴(也称d轴)电流给定和交轴(也称q轴)电流给定分别是通过查询二维电流表和二维电流表得到的，二维电流表的第一个维度是转矩给定第二个维度是电机的归一化转速ω_u。归一化转速的表达式如(1)、(2)所示，其中ω_re是转子电加速度，V_dc是逆变器的直流母线电压，V_m是直流母线电压对应的最大相电压基波峰值。

两个二维电流表可以通过电机的有限元模型仿真得到，也可以通过大量实验数据提取得到。查表法可以根据转矩指令、电机转速和直流母线电压情况，快速的得到d轴电流给定和q轴电流给定，具有非常好的动态响应性能。尤其是在电机的基速以上，既满足转矩指令要求，又满足弱磁控制要求，非常的简单高效。但是由于电机参数在运行中可能受到环境影响，出现电机参数漂移，查表法往往难以达到相当高的转矩控制精度和弱磁控制精度。

还有一种永磁同步电机控制方法叫做调节器法，其控制框图如图2所示，这也是一种常用的永磁同步电机控制方法。在该方法中，首先通过MTPA控制算法得到基础的d轴电流给定i_dM和q轴电流给定i_qM，需要特别强调的是，这里的MTPA算法仅考虑电机的转矩指令，并根据电机参数计算出最优的d轴电流给定i_dM和q轴电流给定i_qM，如(3)所示，使电机在该转矩输出下绕组电流幅值最小，由于i_dM和i_qM的表达式过于复杂，通常用二次多项式进行拟合得到由计算i_dM和i_qM的表达式。这里的MTPA算法没有将电机的转速和直流母线电压情况考虑进来，是在直流母线电压足够高的情况下理论计算值。