永磁同步电机转矩参数测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种永磁同步电机转矩参数测量装置，用于测量永磁同步电机的转矩参数，所述装置包括直流稳压电源、逆变器、驱动控制器、编码器、扭矩仪及测功机，所述测功机通过所述扭矩仪与所述永磁同步电机的输出轴相连，所述永磁同步电机与所述编码器、所述驱动控制器及所述逆变器之间构建成电流、转速双闭环控制系统，所述逆变器与所述直流稳压电源相连。本实用新型考虑到电机运行过程中参数变化对转矩估算带来的影响，采用永磁同步电机矢量控制算法将三相电流通过PARK变换分解到d、q轴上，通过查表控制d、q轴的电流从而达到精确控制电机输出转矩的目的，控制所需表格中的参数由实测得出，所以控制精度较高。
【专利说明】永磁同步电机转矩参数测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,简称为PMSM)，具体地说是一种永磁同步电机转矩参数测量装置。
【背景技术】
[0002]随着纯电动汽车的迅速发展，永磁同步电机驱动系统使用得越来越广泛，同时对电机参数的精度要求也越来越高。在永磁同步电机牵引控制系统中，主要的控制对象为电机的输出转矩，由于驱动系统中并无力矩传感器，那么就需要精确的电机参数来估算输出力矩。
[0003]目前估算电机参数的方法有很多，例如申请号为201010268861.X的中国发明专利申请就公开了一种永磁同步电机的参数获取方法。该方法为测量直流母线电压，采用数字式滞环型脉冲调制解调控制方式，控制逆变器向PMSM输出电流；并检测PMSM中与输入电流对应的线电压和相电流；并根据控制逆变器向PMSM输出的不同的电流，计算永磁同步电机的定子电阻、永磁体励磁磁链的磁感应强度Vf和/或d轴的电感值Ld以及q轴的电感值Lq，实现了对PMSM中上述三个参数精确计算，并有效的提高了矢量控制技术对PMSM的控制效果。此方法在一般的控制系统中较为实用，当电机参数测出以后就可根据电机方程计算输出转矩。但是这种方法的缺陷也十分明显，其缺陷就是电机参数精度不高，从而导致输出转矩误差较大。在永磁同步电机实际运行时，电机内部参数应该是时变的，而这种方法测得的参数只是一个固定值，并不是一条变化的曲线。在纯电动汽车牵引系统中，要保持电机运行中电机输出力矩被精确的估算，那么必须要测量出电机参数的变化曲线。
[0004]和转矩估算有关的电机参数主要为永磁体励磁磁链、d轴的电感值Ld以及q轴的电感值L,。要精确测量上述三个参数的变化曲线较难，需要测的数据量也十分庞大，但是由电机原理可知这三个参数之所以会发生变化，主要是因为电机定子电流发生变化，所以只要测量在不同电流下电机输出的力矩也能达成同样的效果，电机参数的变化因素也已包含在内。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对上述问题，提供一种永磁同步电机转矩参数测量装置，该装置可精确估算永磁同步电机的输出转矩。
[0006]按照本实用新型的技术方案:一种永磁同步电机转矩参数测量装置，用于测量永磁同步电机的转矩参数，所述装置包括直流稳压电源、逆变器、驱动控制器、编码器、扭矩仪及测功机，所述测功机通过所述扭矩仪与所述永磁同步电机的输出轴相连，所述永磁同步电机与所述编码器、所述驱动控制器及所述逆变器之间构建成电流、转速双闭环控制系统，所述逆变器与所述直流稳压电源相连。
[0007]所述驱动控制器包括转速环PI调节器、q轴电流环调节器、d轴电流环调节器、PARK逆变换模块、SVPWM模块、PARK变换模块及CLAKE变换模块，所述转速环PI调节器、所述q轴电流环调节器、所述PARK逆变换模块、所述SVPWM模块、所述逆变器、所述永磁同步电机与所述编码器构成所述转速闭环控制系统，所述d轴电流环调节器、所述PARK逆变换模块、所述SVPWM模块、所述逆变器、所述CLAKE变换模块及所述PARK变换模块构成所述电流闭环控制系统。
[0008]所述扭矩仪分别通过联轴器与所述永磁同步电机及所述测功机相连。
[0009]本实用新型的技术效果在于:本实用新型考虑到电机运行过程中参数变化对转矩估算带来的影响，采用永磁同步电机矢量控制算法将三相电流通过PARK变换分解到d、q轴上，通过查表控制d、q轴的电流从而达到精确控制电机输出转矩的目的，控制所需表格中的参数由实测得出，所以控制精度较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型测量装置的结构框图。
[0011]图2为本实用新型构建成的电流、转速双闭环控制系统的结构框图。
[0012]图3为本实用新型构建成的转矩控制系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0014]图1?图3中，包括转速环PI调节器1、q轴电流环调节器2、d轴电流环调节器
3、PARK逆变换模块4、SVPWM模块5、逆变器(Inverter) 6、PARK变换模块7、CLAKE变换模块8、编码器(Encoder) 9、永磁同步电机10、转矩电流表格11、直流稳压电源12、驱动控制器13、扭矩仪14、测功机15等。
[0015]如图1所示，本实用新型是一种永磁同步电机转矩参数测量装置，用于测量永磁同步电机10的转矩参数，该装置包括直流稳压电源12、逆变器6、驱动控制器13、编码器9、扭矩仪14及测功机15，测功机15通过扭矩仪14与永磁同步电机10的输出轴相连，扭矩仪14分别通过联轴器与永磁同步电机10及测功机15相连。永磁同步电机10与编码器9、驱动控制器13及逆变器6之间构建成电流、转速双闭环控制系统，逆变器6与直流稳压电源12相连。
[0016]驱动控制器13包括转速环PI调节器1、q轴电流环调节器2、d轴电流环调节器3、PARK逆变换模块4、SVPWM模块5、PARK变换模块7及CLAKE变换模块8，如图2、图3所示。转速环PI调节器1、q轴电流环调节器2、PARK逆变换模块4、SVPWM模块5、逆变器6、永磁同步电机10与编码器9构成转速闭环控制系统，d轴电流环调节器3、PARK逆变换模块4、SVPWM模块5、逆变器6、CLAKE变换模块8及PARK变换模块7构成电流闭环控制系统。
[0017]其中:转速环PI调节器I用于加快转速响应时间，调节稳态进度；电流环调节器
2、3用于加快电流响应时间，调节稳态进度；PARK逆变换模块4用于将数据从旋转两相坐标轴转换到静止两相坐标轴；SVPWM模块5用于计算空间矢量PWM ；PARK变换模块7用于将数据从静止两相坐标轴转换到旋转两相坐标轴；CLAKE变换模块8用于将数据从三相坐标轴转换到静止两相坐标轴。
[0018]下面以功率为10kw，额定电流为100A，额定力矩为60N的永磁同步电机为例说明使用本实用新型进行测量的具体过程，包括以下步骤:[0019]I)如图2所示，将永磁同步电机10、编码器(Encoder) 9、CLAKE变换模块8、PARK变换模块7、PI调节器(转速环PI调节器l、q轴电流环调节器2、d轴电流环调节器3)、PARK逆变换模块4、SVPWM模块5及逆变器6构建成电流、转速双闭环控制系统，调节电流环、转速环的PI参数，让电流、转速的波动降至最小；
[0020]2)将电机10的转速升至额定转速，然后以一个定值，例如5N.m,为单位逐步增加给定转矩；每次加负载时，首先将d轴电流降为0，此时电机的输出力矩为q轴电流与转子磁链产生的电磁转矩并无磁阻转矩，电流稳定后逐渐减小d轴电流，观察当定子的合成电流降至最小时记录此时的d、q轴电流和与其相对应的负载转矩；采用MTPA (最大转矩电流t匕)的方式确保定子单位电流输出转矩最大。
[0021]3)根据测得的d、q轴电流参数与相应的负载转矩制作转矩-电流表格11，如表1所示，将其写入控制程序中，如图3所示，当给定转矩传入控制器时，直接由查表给出d、q轴电流给定，完成对永磁同步电机输出转矩的精确控制。
[0022]表1
[0023]
【权利要求】
1.一种永磁同步电机转矩参数测量装置，用于测量永磁同步电机(10)的转矩参数，其特征是:所述装置包括直流稳压电源(12)、逆变器(6)、驱动控制器(13)、编码器(9)、扭矩仪(14)及测功机(15)，所述测功机(15)通过所述扭矩仪(14)与所述永磁同步电机(10)的输出轴相连，所述永磁同步电机(10)与所述编码器(9)、所述驱动控制器(13)及所述逆变器(6)之间构建成电流、转速双闭环控制系统，所述逆变器(6)与所述直流稳压电源(12)相连。
2.按照权利要求1所述的永磁同步电机转矩参数测量装置，其特征是:所述驱动控制器(13 )包括转速环PI调节器(I)、q轴电流环调节器(2 )、d轴电流环调节器(3 )、PARK逆变换模块(4 )、SVPWM模块(5 )、PARK变换模块(7 )及CLAKE变换模块(8 )，所述转速环PI调节器(I)、所述q轴电流环调节器(2 )、所述PARK逆变换模块(4 )、所述SVPWM模块(5 )、所述逆变器(6)、所述永磁同步电机(10)与所述编码器(9)构成所述转速闭环控制系统，所述d轴电流环调节器(3 )、所述PARK逆变换模块(4 )、所述SVPWM模块(5 )、所述逆变器(6 )、所述CLAKE变换模块(8)及所述PARK变换模块(7)构成所述电流闭环控制系统。
3.按照权利要求1所述的永磁同步电机转矩参数测量装置，其特征是:所述扭矩仪(14)分别通过联轴器与所述永磁同步电机(10)及所述测功机(15)相连。
【文档编号】H02P21/14GK203406821SQ201320459264
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】龚旦, 高明强, 陆斌 申请人:新誉集团有限公司