专利名称：永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法，特别是涉及一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法。
背景技术：
永磁同步电机具有高效率、高功率密度、低噪声，高转矩电流比、强鲁棒性等优势， 在要求具有宽调速范围和优良的转矩特性的驱动控制领域中得到了广泛的应用。为了能够充分利用逆变器容量，最大限度的发挥永磁同步电机的转矩潜能，现有技术以转子磁场定向的永磁同步电机同步轴系下的数学模型为基础，根据电磁转矩与电机参数、定子d、q轴电流的关系，利用定子电感参数LdItl和永磁体磁链参数Vf计算出最大电磁转矩所对应的定子d、q轴电流的给定值，并通过d、q轴电流的闭环控制来实现最大转矩电流比的控制。检索国内外专利及相关文献对比分析，目前尚未发现与本发明方法类似的专利报道，但与本发明接近的国内外文献有以下两篇(1)李长红、陈明俊、吴小役，PMSM调速系统中最大转矩电流比控制方法的研究， 《中国电机工程学报》，2005，25 (21) 169-174(2) Bing Cheng、Tod R. Tesch, Torque Feedforward Control Technique for Permanent-Magnet Synchronous Motors, IEEE Transactions on Industrial Electronics,2010, 57(3) :969_974文献(1)给出了一种可工程应用的近似最大转矩电流比的控制方法，该方法采用拉格朗日乘子算法求取永磁同步电机输出最大转矩下同步轴系d、q轴电流的给定值，并通过d、q轴电流的闭环控制实现最大转矩电流比控制。该方法采用的电磁转矩与定子d、q轴电流的关系式依赖于电机参数，电机参数的准确性对系统的运行和控制性能有较大影响， 而永磁同步电机在不同运行状态下，其定子电感和永磁体磁链参数受到磁路饱和等因素影响会发生较大变化，由于该方法未考虑电机参数变化带来的影响，因而在运行范围较宽的领域内会偏离最大转矩电流比的运行点，不能最大限度的发挥永磁同步电机的转矩潜能和充分利用逆变器的容量。文献⑵采用的电磁转矩与定子d、q轴电流的关系式仍然依赖于电机参数，为了考虑电机参数变化对最大转矩电流比控制精确性的影响，依据电机在有限元分析下得到的定子电感Ld、Lq和永磁体磁链 随id、iq电流变化的三维图，通过查表法得到不同运行状态下的电机参数，实现了基于转矩前馈的最大转矩电流比控制方法。该方法虽然能够在较宽的运行范围内维持电机运行于最大转矩电流比的运行点，但是电机参数三维图绘制需要专业人员通过有限元分析后得到，计算过程比较复杂，而且针对不同的永磁同步电机必须重新绘制电机参数三维图，工作量较大，且需要占据大量的存储区域，此外，该方法还须根据不同电机进行存储数据的大量修改，因而在工程实际运用中存在较大的局限性。上述方案虽能在一定范围内满足永磁同步电机最大转矩电流比控制的需求，但由于这些方案中所采用的控制模型均局限于采用定子电感参数Ld、Ltl和永磁体磁链参数Vf 来得到电磁转矩与定子d、q轴电流的关系，因而在工程实际运用中急需一种永磁同步电机最大转矩电流比的新的控制方法来解决现有永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法对定子电感和永磁体磁链参数的依赖性，使最大转矩电流比控制在电机参数变化的条件下仍然具备高精确性，实现充分利用逆变器的容量和最大限度发挥永磁同步电机转矩潜能的目的。
发明内容
本发明的目的是针对现有永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法的不足，而提供一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法。该方法的原理为利用永磁同步电机在同步轴系下的定子磁链来检测电磁转矩，引入电磁转矩的增量作为反馈，建立转矩角(定子电流矢量与同步轴系d轴间的电角度)的自动寻优算法，得到定子d、q轴电流的给定值，因此无需利用定子电感参数Ld、Lq和永磁体磁链参数 参与计算，避免了不同运行状态下电机参数变化造成的影响，实现最大转矩电流比的精确检测与控制。本发明提供的永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法，它可以通过以下方案加以实现a)首先通过检测定子相电流Isa、Isb和转子位置角θ经abc/dq坐标变换而得到转子磁场定向的同步轴系下的定子电流分量Isd和Istl ；
I
sd
sq
Il
COS0 cos(0-12O°) cos(0 + 12O°; -sin0 -sin(0-120。)-sin(0 + 12O°
sbb)通过检测电机旋转电角速度ω e，建立定子磁链检测电磁转矩的方程；永磁同步电机在同步轴系下的稳态电压方程为Usd = RsIsd- eVqUsq = RsIsq+ eVd其中Usd、Ustl为定子控制电压在同步轴系下的分量况为定子电阻；为电机旋转电角速度；Vd、为定子磁链在同步轴系下的分量。Ψ d、Ψ,的计算式为 ψα = ψ =
RJsd -Usd
usq -RJsqω.上式表明与定子磁链ψ(1、Ψ,有关的电机参数只有定子电阻Rs，而与定子电感 LtnLtl和永磁体磁链Vf无关。根据a)中得到的Isd和Istl值，利用Usd、Ustl的当前状态值、检测得到的值和定子电阻参数民计算出定子磁链值。电磁转矩Tm的计算式为
权利要求
1. 一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法，其特征在于，该方法由以下步骤组成a)首先通过检测定子相电流Isa、Isb和转子位置角θ经abc/dq坐标变换而得到转子磁场定向的同步轴系下的定子电流分量Isd和Isq ；“ 乙IsdVIlCOS0 cos(0-12O°) cos(0 + 12O°: -sin0 -sin(0-12O°) -sin(6 + 120°Isbb)通过检测电机旋转电角速度ω e，建立定子磁链检测电磁转矩的方程；永磁同步电机在同步轴系下的稳态电压方程为 Usd = RsIsd-"e VqU =RI +ω ψ,^sqs sq e ^ α其中Usd、Usq为定子控制电压在同步轴系下的分量；RS为定子电阻；为电机旋转电角速度；Vd、Vq为定子磁链在同步轴系下的分量。 Vd、Vq的计算式为rJ Sd ~uSdq ^ Usq-RsIsq￥d =上式表明与定子磁链Vd、Ψ,有关的电机参数只有定子电阻Rs，而与定子电感Ld、Lq 和永磁体磁链Vf无关。根据a)中得到的13(1和Isq值，利用Usd、Ustl的当前状态值、检测得到的值和定子电阻参数Rs计算出定子磁链值。电磁转矩Trai的计算式为 Tem = P(VdIsq-Vq1Sd)上式表明由于Vd、Ψ,的值仅受Rs的影响，因此Tem的检测值也仅受Rs的影响，避免了不同运行状态磁路饱和程度不同而造成的Ld、Lq和Vf参数发生较大变化对电磁转矩检测准确性的影响。再根据定子磁链值Vd、Vt^Pa)中所得到的Isd、Isq值计算出电磁转矩检测值。c)引入电磁转矩增量ΔΤΜ反馈并建立转矩角β的控制方程；Λ Tt — Tem、n) ^ew(w-l) em _rpem(n-\)其中TM(n)、Traiilri)分别为电磁转矩当前的检测值和前一次的检测值。转矩角β的控制方程为β = β0+ΡΙ(ΔΤεω)其中为定子电流矢量角度的前一运行状态值；ΡΙ(ΔΤμ)为比例积分控制器的输出值。d)根据定子电流矢量幅值的给定值和转矩角β而得到定子d、q轴电流的给定值和；&与定子电流矢量幅值的给定值/丨和转矩角β的关系式为 Kd =I:COS β Itsq= ι； Sin βe)建立带有交叉解耦项和前馈项的d、q轴的控制电压方程； 前馈项Usd ‘和Ust/的值由电压稳态方程式计算Usd' =RIsd-OeVi Usq' =RIsJOeVd交叉解耦项Usd“和队/由d轴电流调节器输出PI (Isd)与q轴电流调节器输出PI (Isq)计算Usd〃 =R(PI(Isd) }- eLq(PI(Isq)I usq" =R IPI(Isq)I+ eLd (PI(Isd)I d、q轴控制电压值的计算式为 Usd = Usd ‘ +Usd" U =U' +U “^sq ^sq^sqf)通过d、q轴控制电压Usd、Ustl和转子位置角θ经dq/αβ坐标变换而得到定子静止两相轴系的电压分量Usa和Use ；Usa'COS0一 sin0'Usdsin θcos θU,g)通过Usa和Use，按照SVPWM调制方式得到PWM控制信号实现对逆变器的控制。
全文摘要
一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法，其特征在于该方法利用永磁同步电机在同步轴系下的定子磁链来检测电磁转矩，其计算方法无需定子电感Ld、Lq和永磁体磁链ψf等随电机运行状态变化较大的参数，保证了不同运行状态下电磁转矩计算的精确性。引入电磁转矩计算值的增量作为反馈，建立转矩角的自动寻优算法并通过转矩角的闭环控制得到定子d、q轴电流的给定值，在定子d、q轴电流的闭环控制的作用下实现最大转矩电流比的精确控制。该方法既提高了控制系统鲁棒性，又具有良好的稳态控制精度和动态跟踪能力，特别适用具有宽运行范围和希望最大限度发挥转矩潜能的永磁同步电机的控制领域。
文档编号H02P21/12GK102201779SQ201110145049
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者刘刃, 刘现义, 姚骏, 廖勇, 黄嵩 申请人:重庆大学