一種凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法技術

本發明專利技術公開了一種凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法，其特征是：基于凸極式永磁同步電機的轉矩估計，將指令轉矩與轉矩估計進行比較，通過單轉矩閉環PI調節器生成逆變器參考電壓矢量的弱磁區相位角，鑒于逆變器參考電壓矢量的弱磁區相位角和電機輸出的電磁轉矩之間存在單調關系，單獨控制逆變器參考電壓矢量的弱磁區相位角實現控制系統在弱磁區的動態轉矩控制。本發明專利技術有效克服了傳統的基于雙電流PI調節器閉環控制的凸極式永磁同步電機控制系統運行于弱磁區時出現的調節器飽和故障且兼具魯棒性強的技術優勢，能夠實現電動汽車電驅動系統安全可靠地持續運行。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電動汽車用凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法，實現凸極 式永磁同步電機在弱磁區域的轉矩控制。
技術介紹
隨著能源危機的加深，環境污染日趨嚴重，國家十二五中長期規劃明確指出新能 源電動汽車將是重點發展方向，隨著政策措施的落實，市場配套條件的完善，新能源電動汽 車將是公民綠色出行首選方式之一。 電驅動系統是純電動汽車唯一的動力輸出，其驅動電機多米用永磁同步電機，相 對于表貼式永磁同步電機，凸極式永磁同步電機的永磁體嵌入轉子磁鋼內部，機械強度大 大增強，滿足車用電機高速運行工況；此外，因其電機生成的電磁轉矩中含有磁阻轉矩，轉 矩輸出性能得以提升，增強了整車動力性。但是，凸極式永磁同步電機驅動系統在弱磁區域 運行時，受永磁體材料的非線性B-H曲線特性、電機凸極式拓撲結構以及汽車實際運行時 復雜工況影響，其直軸磁路和交軸磁路易出現磁路飽和及交叉耦合，使基于雙電流閉環控 制的PI調節器出現飽和失調的故障，導致系統的轉矩控制精度下降，嚴重時甚至導致系統 失穩。 為了抑制電流PI調節器飽和失調故障，最初采用前饋解耦控制方案，但前饋解耦 控制方案對電機參數的依耐性強，實際控制效果不佳。為此，后續提出了單電流調節器控制 方案，定子直軸電流閉環控制的PI調節器生成定子直軸電壓指令，而定子交軸電壓指令則 采用查表法直接獲取，該方案雖能有效避免電流PI調節器飽和，但其定子交軸電壓指令是 離線獲取，而滿足電機實際運行工況的定子交軸電壓指令是難以離線準確計算獲取的。
技術實現思路
本專利技術是為了克服上述現有技術所存在的不足，提出一種車用凸極式永磁同步電 機在弱磁區區域的轉矩控制方法，實現電動汽車電驅動系統安全、穩定及持續運行。 本專利技術為解決技術問題采用如下技術方案： 本專利技術凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法，設置凸極式永磁同步電機 的控制系統包括：恒轉矩區電壓指令發生器、弱磁區電壓指令發生器、SVPWM調制模塊、逆 變器、電流傳感器、位置傳感器和電壓傳感器；所述恒轉矩區電壓指令發生器包括恒轉矩區 定子電流指令表、恒轉矩區定子直軸電流PI調節器和恒轉矩區定子交軸電流PI調節器；所 述弱磁區電壓指令發生器包括轉矩估計模塊和轉矩閉環PI調節器；其特征是所述轉矩控 制方法按如下步驟進行： 步驟一、設定控制系統運行的采樣周期為Ts。 步驟二、按如下方式獲得第k個采樣周期實際定子直軸電流id(k)，第k個采樣周 期實際定子交軸電流i q(k)，第k個采樣周期轉子實際位置角a (k)和第k個采樣周期轉子 實際轉速《^(k)。 利用電流傳感器檢測獲得第k個采樣周期定子a相電流ia(k)和第k個采樣周期 定子b相電流i b(k)，利用位置傳感器檢測獲得第k個采樣周期轉子實際位置角a (k)，通 過式（1)進行坐標變換，獲得基于轉子磁場定向的同步旋轉坐標系下凸極式永磁同步電機 第k個采樣周期實際定子直軸電流、〇〇和第k個采樣周期實際定子交軸電流i q(k): 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法，設置凸極式永磁同步電機的控制系統包括：恒轉矩區電壓指令發生器、弱磁區電壓指令發生器、SVPWM調制模塊、逆變器、電流傳感器、位置傳感器和電壓傳感器；所述恒轉矩區電壓指令發生器包括恒轉矩區定子電流指令表、恒轉矩區定子直軸電流PI調節器和恒轉矩區定子交軸電流PI調節器；所述弱磁區電壓指令發生器包括轉矩估計模塊和轉矩閉環PI調節器；其特征是：所述轉矩控制方法按如下步驟進行：步驟一、設定控制系統運行的采樣周期為Ts；步驟二、按如下方式獲得第k個采樣周期實際定子直軸電流id(k)，第k個采樣周期實際定子交軸電流iq(k)，第k個采樣周期轉子實際位置角α(k)和第k個采樣周期轉子實際轉速ωm(k)：利用電流傳感器檢測獲得第k個采樣周期定子a相電流ia(k)和第k個采樣周期定子b相電流ib(k)，利用位置傳感器檢測獲得第k個采樣周期轉子實際位置角α(k)，通過式(1)進行坐標變換，獲得基于轉子磁場定向的同步旋轉坐標系下凸極式永磁同步電機第k個采樣周期實際定子直軸電流id(k)和第k個采樣周期實際定子交軸電流iq(k)：id(k)iq(k)=23cosα(k)cos(α(k)-23π)cos(α(k)+23π)-sinα(k)-sin(α(k)-23π)-sin(α(k)+23π)ia(k)ib(k)-(ia(k)+ib(k))---(1)]]>式(1)中，k≥1且k取為正整數，k＝1,2,3,…；利用第k個采樣周期轉子實際位置角α(k)計算獲得第k個采樣周期轉子實際轉速ωm(k)；步驟三、控制系統運行于恒轉矩區時，利用恒轉矩區電壓指令發生器獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸指令并按如下步驟判斷控制系統是否需要從恒轉矩區進入弱磁區運行：a、控制系統運行于恒轉矩區時，采用最大轉矩電流比控制策略按如下方式實現電磁轉矩的動態控制：根據第k個采樣周期指令轉矩查找恒轉矩區定子電流指令表獲得第k個采樣周期定子直軸電流指令和第k個采樣周期定子交軸電流指令由式(2)獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區交軸指令ud1*(k)=kpd(id*(k)-id(k))+kidTsΣi=1k(id*(i)-id(i))uq1*(k)=kpq(iq*(k)-iq(k))+kiqTsΣi=1k(iq*(i)-iq(i))---(2)]]>式(2)中，kpd為恒轉矩區定子直軸電流PI調節器比例系數，kid為恒轉矩區定子直軸電流PI調節器積分系數；kpq為恒轉矩區定子交軸電流PI調節器比例系數，kiq為恒轉矩區定子交軸電流PI調節器積分系數；b、按式(3)計算獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸指令ud*(k)=ud1*(k)uq*(k)=uq1*(k)---(3)]]>c、根據第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸指令以及第k個采樣周期轉子實際位置角α(k)，經過SVPWM調制模塊生成第k個采樣周期逆變器控制信號Sa(k)、Sb(k)、Sc(k)，控制永磁同步電機定子三相電壓，實現對凸極式永磁同步電機在恒轉矩區的動態轉矩控制；d、按式(4)計算獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區幅值Um1(k)：Um1(k)=(ud*(k))2+(uq*(k))2---(4)]]>e、逆變器采用SVPWM線性調制策略，并忽略逆變器的非線性，根據式(5)實現控制系統從恒轉矩區到弱磁區的切換；其中Udc(k)是通過電壓傳感器檢測到的第k個采樣周期逆變器直流側電壓；當式(5)中Δ(k)大于等于零，控制系統保持在恒轉矩區運行，并在步驟二至步驟三中按采樣周期Ts循環，實現控制系統在恒轉矩區的轉矩控制以及從恒轉矩區到弱磁區的切換，當式(5)中Δ(k)小于零，表示逆變器達到其輸出能力的極限，在下一采樣周期到來時，控制系統切換到弱磁區運行；步驟四、控制系統運行于弱磁區時，利用弱磁區電壓指令發生器按如下方式獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸指令a、假定在執行步驟三時，在k＝m?1，即第m?1個采樣周期時，式(5)中的Δ(m?1)小于零，則控制系統在第m個采樣周期到來時運行于弱磁區，此時k＝m，m為正整數；b、為了實現控制系統從恒轉矩區到弱磁區的平滑切換，將控制系統在恒轉矩區運行時第m?1個采樣周期的逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區相位角終值作為控制系統在弱磁區運行時轉矩閉環PI調節器中...

【技術特征摘要】
1. 一種凸極式永磁同步電機弱磁區域的轉矩控制方法，設置凸極式永磁同步電機的控 制系統包括：恒轉矩區電壓指令發生器、弱磁區電壓指令發生器、SVPWM調制模塊、逆變器、 電流傳感器、位置傳感器和電壓傳感器；所述恒轉矩區電壓指令發生器包括恒轉矩區定子 電流指令表、恒轉矩區定子直軸電流PI調節器和恒轉矩區定子交軸電流PI調節器；所述弱 磁區電壓指令發生器包括轉矩估計模塊和轉矩閉環PI調節器；其特征是：所述轉矩控制方 法按如下步驟進行： 步驟一、設定控制系統運行的采樣周期為Ts ; 步驟二、按如下方式獲得第k個采樣周期實際定子直軸電流id(k)，第k個采樣周期實 際定子交軸電流iq(k)，第k個采樣周期轉子實際位置角a(k)和第k個采樣周期轉子實際 轉速《m(k): 利用電流傳感器檢測獲得第k個采樣周期定子a相電流ia (k)和第k個采樣周期定子b相電流ib(k)，利用位置傳感器檢測獲得第k個采樣周期轉子實際位置角a(k)，通過式（1) 進行坐標變換，獲得基于轉子磁場定向的同步旋轉坐標系下凸極式永磁同步電機第k個采 樣周期實際定子直軸電流id(k)和第k個采樣周期實際定子交軸電流iq(k):式（1)中，k彡1且k取為正整數，k= 1，2, 3,…； 利用第k個采樣周期轉子實際位置角a(k)計算獲得第k個采樣周期轉子實際轉速 Wm(k); 步驟三、控制系統運行于恒轉矩區時，利用恒轉矩區電壓指令發生器獲得第k個采樣 周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸 指令< (M，并按如下步驟判斷控制系統是否需要從恒轉矩區進入弱磁區運行： a、控制系統運行于恒轉矩區時，采用最大轉矩電流比控制策略按如下方式實現電磁轉 矩的動態控制：根據第k個采樣周期指令轉矩r(A)查找恒轉矩區定子電流指令表獲得第 k個采樣周期定子直軸電流指令(UO和第k個采樣周期定子交軸電流指令，由式（2) 獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區直軸指令*4 (〇和第k個采樣周期逆 變器參考電壓矢量的恒轉矩區交軸指令（（夂）：式（2)中，kpd為恒轉矩區定子直軸電流PI調節器比例系數，kid為恒轉矩區定子直軸 電流PI調節器積分系數；kM為恒轉矩區定子交軸電流PI調節器比例系數，kiq為恒轉矩區 定子交軸電流PI調節器積分系數； b、 按式（3)計算獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個 采樣周期逆變器參考電壓矢量的交軸指令 < 斤）：c、 根據第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的直軸指令和第k個采樣周期逆變 器參考電壓矢量的交軸指令以及第k個采樣周期轉子實際位置角a(k)，經過SVPWM 調制模塊生成第k個采樣周期逆變器控制信號Sa(k)、Sb (k)、S。(k)，控制永磁同步電機定子 三相電壓，實現對凸極式永磁同步電機在恒轉矩區的動態轉矩控制； d、 按式（4)計算獲得第k個采樣周期逆變器參考電壓矢量的恒轉矩區幅值Uml(k):e、 逆變器采用SVPWM線性調制策略，并忽略逆變器的非線性，根據式（5)實現控制系統 從恒轉矩區到弱磁區的切換；其中UtkGO是通過電壓傳感器檢測到的第k個采樣周期逆變器直流側電壓； 當式（5)中△ (k)大于等于零，控制系統保持在恒轉矩區運行，并在步驟二至步驟三 中按采樣周期Ts循環，實現控制系統在恒轉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李紅梅，周亞男，劉子豪，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34