一種電機弱磁控制方法技術

一種電機弱磁控制方法，為一種基于前饋控制的電壓反饋補償法，首先根據永磁同步電機的直流母線電壓確定弱磁極限電壓Usmax，并通過d、q軸電壓計算得到端電壓Us；然后根據弱磁極限電壓Usmax和端電壓Us設計PI調節器，得到弱磁調節電流Idr1；再考慮電感和永磁體磁鏈的參數攝動，基于理論公式計算得到弱磁前饋電流Idr2；最后將弱磁調節電流Idr1和弱磁前饋電流Idr2疊加，得到弱磁算法的直軸補償電流IdrFW。本發明專利技術能夠有效提升永磁同步電機的弱磁控制性能，有效改善現有技術存在的參數難調整、動態性能不理想的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于自動化控制
，為一種基于前饋控制的電壓反饋補償法，具體 為。
技術介紹
永磁同步電機（permanentmagnetsynchronousmachine，PMSM)由于其高功率密 度、高可靠性和高效率的優點，在機械加工設備、機器人、電動汽車等要求較高的調速系統 中得到了廣泛的應用。由于采用永磁體勵磁，無法通過勵磁繞組調節勵磁磁場，永磁同步電 機必須采用弱磁技術以滿足寬調速范圍的調速需求。采用高性能的弱磁技術能夠不斷擴大 電機恒功率運行的轉速范圍，保持較高的工作效率。 目前，本
內現有的弱磁控制技術主要有查表法、公式計算法、梯度下降法 和電壓反饋補償法。查表法需要通過實驗測定電機在不同轉速下需要的直軸電流，因此需 要大量的實驗數據，實現起來較為復雜。公式計算法對電機參數的依賴很大，只具有一定的 理論意義，但不能直接滿足工程應用。梯度下降法的計算量較大，實現較為復雜。電壓反饋 補償法是通過構建一個電壓閉環進行補償，電壓補償法具有魯棒性好、計算量小、運行可靠 等優點，適用于工程應用。 專利申請1，CN200910041656.7《一種基于永磁同步電機的弱磁控制系統及其控制 方法》使用了電壓反饋法，基于電壓閉環采用矢量控制的參考電壓作為反饋來實現弱磁。該 方法魯棒性較好，但是存在著動態性能不佳的問題，有待改進。 專利申請2，CN201410108255.X《一種增強型永磁同步電機的弱磁控制方法》首先 根據電壓誤差進行PI調節，得到勵磁電流分量，然后設計了弱磁前饋算法，具體是將電壓誤 差乘以一個系數作為前饋定向角度，系數通過試湊得到。該方法通過前饋在一定程度上改 善了動態響應，但前饋項中的系數試湊缺乏明確的準則，具有一定的盲目性。此外，隨著電 機運行過程中電感、磁鏈等參數發生攝動，該方法的精度會受到影響。
技術實現思路
本專利技術要解決的問題是:永磁同步電機現有弱磁控制技術存在的參數難調整、動 態性能不理想的問題，提出一種基于前饋控制的電壓反饋補償法，改善永磁同步電機弱磁 控制的動態響應性能。本專利技術的技術方案為:，為一種基于前饋控制的電壓反饋 補償法，具體包括以下步驟：步驟一:根據永磁同步電機的直流母線電壓確定弱磁極限電壓Usmax;步驟二:通過d、q軸電壓計算得到端電壓Us; 步驟三:根據弱磁極限電壓UsmajP端電壓仏設計PI調節器，得到弱磁調節電流Idrl;步驟四：考慮電感和永磁體磁鏈的參數攝動，基于理論公式計算得到弱磁前饋電 流Idr2 ; 步驟五:將弱磁調節電流IdrjP弱磁前饋電流Idr2疊加，得到弱磁算法的直軸補償 電流IdrF￥。 本專利技術的顯著特征在于弱磁前饋部分，應用于弱磁模塊的PI調節器可以為傳統PI 調節器，也可以為模糊PI調節器，或其它形式的PI調節器。用于不同形式的PI調節器，原理 上相同的是輸入都是偏差e，輸出都是弱磁調節電流Idrl，區別是PI的具體算法有所不同。傳 統PI調節器是現有技術，不再詳述，本專利技術詳細進一步介紹了模糊PI調節器的設置。本專利技術與
技術介紹
的兩份專利文獻的相同之處是，都使用了電壓反饋法。本專利技術和專利申請1的區別是:專利技術專利一沒有弱磁前饋，而本專利技術增加了弱磁前 饋。本專利技術和專利申請2的區別是:前饋的構造方式不一樣，專利申請2使用電壓誤差 乘以一個系數作為前饋，本專利技術是基于電機模型計算弱磁前饋電流，且在使用前饋時考慮 電感和永磁體磁鏈的參數攝動。本專利技術使用了弱磁前饋，現有技術中，使用這一技術特征的有以下兩份文獻： 文獻一《內置式永磁同步電動機弱磁控制實驗研究》(王瑩，唐任遠，曹先慶，朱建 光，《微電機》2008年第11期），以內置式永磁同步電動機為研究對象，根據電機運行時的轉 矩和定子磁鏈給定值，通過查表得出電機的交、直軸電流參考值;同時為了解決電機高速運 行時的參數漂移問題，在前饋控制的基礎上疊加了基于輸出電壓的閉環控制策略，有效地 提高了系統的魯棒性。文獻二《FeedforwardFlux-WeakeningControlofSurface-Mounted Permanent-MagnetSynchronousMotorsAccountingforResistiveVoltageDrop》 (MarcoTursini,EnzoChiricozzi，andRobertoPetrella，IEEETransactionson IndustrialElectronics(ImpactFactor:6.5) ·02/2010;57(1) :440-448.)以表貼式永磁 同步電機為研究對象，分別針對淺弱磁區和深弱磁區，基于反饋轉速和前一時刻的定子電 流設計了弱磁前饋，使得電機可以可靠地工作在大范圍弱磁區域。 本專利技術和文獻一的區別是：前饋的獲取方式不同，文獻一使用查表的方法來獲得 弱磁前饋值，本專利技術是基于電機模型、采用理論公式計算弱磁前饋電流。由于文獻一采用的 方法是查表法，具有算法精度較低、測試工作量大的缺點，本專利技術的算法基于模型本身，具 有精度較高、使用方便的優點。 本專利技術和文獻二的區別是文獻二只用了前饋的方法，具有魯棒性差的缺點；而本 專利技術在前饋的基礎上結合了電壓反饋法，提升了弱磁控制的魯棒性。 本專利技術能夠有效提升永磁同步電機的弱磁控制性能，有效改善現有技術存在的參 數難調整、動態性能不理想的問題，具體表現為： 1)現有技術使用電壓誤差乘以一個系數作為弱磁前饋，前饋項中的系數要用試湊 法來確定。本專利技術基于電機模型計算弱磁前饋電流，計算公式中所有參數都是已知的，不需 要通過試湊的方法得到，避免了調節過程中的盲目性。而且本專利技術中的弱磁前饋電流計算 公式還考慮了電感和永磁體磁鏈的參數攝動，避免了電機運行狀態的變化而導致參數漂移 的影響，提高了系統的控制精度。 2)圖5~7的實驗結果充分說明了本專利技術的優點。其中從圖5所示轉速跟蹤的結果 中可以看出：給定轉速4000rpm，現有技術的超調是60rpm，本專利技術的超調是20rpm。從圖6所 示現有技術直軸電流跟蹤的波形中可以看出：現有技術存在直軸電流局部過沖的特點，動 態過程的波形較陡峭。從圖7所示本專利技術直軸電流跟蹤的波形中可以看出：本專利技術不存在直 軸電流局部過沖的問題，動態過程的波形相對較平緩。綜上所述，相比現有技術，本專利技術具 有轉速超調小，直軸電流無局部過沖，電流跟蹤過渡過程平緩，動態性能優越。【附圖說明】圖1是本專利技術應用于電機時的總體方案控制原理圖，圖中Iqr為直軸給定電流，Iqr為交軸給定電流。圖2是本專利技術的弱磁控制原理圖。圖3是在本專利技術中模糊PI的控制原理圖。圖4是本專利技術中模糊PI控制的隸屬度函數波形圖。圖5是永磁同步電機給定階躍轉速4000rpm的情況下，現有技術和本專利技術的轉速實 驗結果對比圖。圖6是現有技術的d軸電流跟蹤實驗結果，圖中Id定義為直軸反饋電流。圖7是本專利技術的d軸電流跟蹤實驗結果。【具體實施方式】本專利技術為一種基于前饋控制的電壓反饋補償法，圖1是本專利技術用于電機中的控制 原理圖，圖2對應圖1中的弱磁模塊，為本專利技術的弱磁控制原理圖，圖3對應于圖2中的模糊PI 部分，為具體的模糊PI控制原理圖。下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細設計步驟說明。 步驟一:根據直流母線電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電機弱磁控制方法，其特征是為一種基于前饋控制的電壓反饋補償法，具體包括以下步驟：步驟一：根據永磁同步電機的直流母線電壓確定弱磁極限電壓Usmax；步驟二：通過d、q軸電壓計算得到端電壓Us；步驟三：根據弱磁極限電壓Usmax和端電壓Us設計PI調節器，得到弱磁調節電流Idr1；步驟四：考慮電感和永磁體磁鏈的參數攝動，基于理論公式計算得到弱磁前饋電流Idr2；步驟五：將弱磁調節電流Idr1和弱磁前饋電流Idr2疊加，得到弱磁算法的直軸補償電流IdrFW。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳超，張燚華，孫園園，齊丹丹，吳波，
申請(專利權)人：南京埃斯頓自動控制技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32