防止逆变器处于饱和状态的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，具体地说，涉及一种防止逆变器处于 饱和状态的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论W及稀±永磁材料的快速发 展，永磁同步电动机得W迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电动机 具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点，又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动 机的效率和功率密度，因而它是近几年研究较多并在各个领域中应用越来越广泛的一种电 动机。特别是随着当前电动汽车及混合动力汽车突飞猛进的发展，永磁同步电动机在新能 源汽车领域得到了非常广泛的应用。
[0003] 电池母线电压是永磁同步电机及其控制系统中的一个重要参数，其值不仅对控 制系统中的整流器和逆变器的容量、成本等有影响，而且对永磁同步电机的设计及运行性 能都有很大影响。为了提高永磁同步电机中电池母线电压的利用率，各种提供电池母线电 压利用率的方法应运而生，但是为此也带来了一些问题，例如如果电压利用率的系数选择 不当将会导致电压过高，超过逆变器的额定值，使逆变器达到饱和。另外，为了增加永磁同 步电机系统的稳定性，在系统中增加了 PID (比例（Propcxrtion)、积分（Integration)、微分 值ifferentiation))控制器，但是如果对直轴和交轴电流的PID调节控制不稳的话，就会 导致直轴和交轴电压过高，当电压值超过逆变器的承受能力时，逆变器也会饱和，而逆变器 饱和很容易导致逆变器元器件的损坏。
[0004] 针对上述现象引起的逆变器饱和，目前还没有有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 为此，本发明所要解决的技术问题在于永磁同步电机逆变器饱和导致器件损坏， 从而提出一种防止逆变器工作于饱和状态，使电机的控制更加稳定，对逆变器的保护更加 有效的防止逆变器处于饱和状态的控制方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0007] -种防止逆变器处于饱和状态的控制方法，包括：
[0008] 对直轴请求电流idf。,和交轴请求电流iqw分别进行PID控制，得到直轴请求电压 Vdref和交轴请求电压Vqref ;
[0009] 根据逆变器的工作状态对直轴请求电压VdW和交轴请求电压VqW进行调整，得到 调整后直轴电压Vd和调整后交轴电压Vq, W使逆变器工作于未饱和状态。
[0010] 上述方法中，所述根据逆变器的工作状态包括根据直轴请求电压VdfW、交轴请求 电压VqW及直流母线电压Vd。Imk判断逆变器是否处于饱和状态。
[0011] 上述方法中，所述根据直轴请求电压Vdw、交轴请求电压VqW及直流母线电压Vd。^ 判断逆变器是否处于饱和状态，包括：
[0012] 计算直轴请求电压VdW和交轴请求电压VqW的平方和；并与直流母线电压Vdtli"k 的平方的H分之一比较大小；
[0013] 若所述平方和小于等于直流母线电压Vd。Imk的平方的H分之一，则逆变器处于不 饱和状态；
[0014] 若所述平方和大于直流母线电压的平方的H分之一，则逆变器处于饱和状 态。
[0015] 上述方法中，若逆变器处于不饱和状态，则所述根据所述状态对直轴请求电压 Vdf。:和交轴请求电压VqW进行调整，包括：
[0016] 限制直轴请求电压VdW和交轴请求电压VqW的变化率，使直轴请求电压VdW和交 轴请求电压VqW在预设阔值范围内变动。
[0017] 上述方法中，若逆变器处于饱和状态，则所述根据所述状态对直轴请求电压VdfPf 和交轴请求电压VqW进行调整，包括：
[001引对直轴请求电压VdW进行开环控制；
[0019] 对交轴请求电压VqW进行扭矩补偿控制。
[0020] 上述方法中，所述对直轴请求电压VdW进行开环控制，包括：
[0021] 将逆变器达到饱和时前一周期的直轴请求电压VdW作为调整后直轴电压Vd。
[0022] 上述方法中，所述对交轴电压VqW进行扭矩补偿控制，包括：
[0023] 根据直轴实际电流id和交轴实际电流iq得到电机的实际扭矩Lumputed ;
[0024] 对请求扭矩和所述实际扭矩的差值进行PI控制，得到交轴补偿电 Si ^q compensation ?
[002引根据交轴补偿电压Vq。胃。。,。。。。及逆变器达到饱和时前一周期的交轴请求电压VqtW 得到调整后交轴电压VqD
[0026] 上述方法中，所述根据直轴实际电流id和交轴实际电流iq得到电机的实际扭矩 Tcomputed,包括，
[0027] 采用如下公式计算得到电机的实际扭矩：
[0029] 其中，id和iq分别为直轴实际电流和交轴实际电流，Lumputed为电机的实际扭矩，Ld 和Lq分别为直轴电感和交轴电感，P为电机的极对数，Vm为电机转子永磁磁链。
[0030] 上述方法中，所述根据交轴补偿电压Vq。胃。。,。,1。。及逆变器达到饱和时前一周期得 到的交轴请求电压VqW得到调整后交轴电压Vq,包括：
[0031] 调整后交轴电压Vq为交轴补偿电压Vq。。。。。。.。,1。。与逆变器达到饱和时前一周期得 到的交轴请求电压VqW之和。
[0032] 上述方法中，所述根据交轴补偿电压Vq。胃。。,。,1。。及逆变器达到饱和时前一周期得 到的交轴请求电压VqW得到调整后交轴电压之后，还包括：
[0033] 验证调整后交轴电压Vq是否使逆变器工作于未饱和状态；
[0034] 若调整后交轴电压Vq使逆变器工作于未饱和状态，则保持调整后交轴电压Vq ;
[0035] 若调整后交轴电压Vq仍使逆变器工作于饱和状态，则对交轴请求电压VqfW进行开 环控制。
[0036] 上述方法中，所述对交轴请求电压VqW进行开环控制，包括：
[0037] 将逆变器达到饱和时前一周期的交轴请求电压VqW作为调整后交轴电压VqD
[0038] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有W下优点；本发明的防止逆变器处于饱 和状态的控制方法，通过对PID控制器输出的直轴请求电压和交轴请求电压进行调整，使 逆变器工作于未饱和状态，尽量避免由于PID控制不稳导致的逆变器饱和，使电机的控制 更加稳定，对逆变器的保护更加有效，能够有效避免因为逆变器的饱和而引起的逆变器元 器件损坏。
【附图说明】
[0039] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合 附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0040] 图1是本发明的整体方案示意图；
[0041] 图2是本发明在逆变器没有饱和时的控制方案示意图；
[0042] 图3是本发明在逆变器饱和时的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044] 本发明的防止逆变器处于饱和状态的控制方法用于永磁同步电机的控制，如图1 所示，是本发明控制方法的整体方案示意图。图1中，iduf和iqw分别是直轴请求电流和 交轴请求电流；i。和i。分别是A相电流和C相电流；id和iq分别是直轴实际电流和交轴 实际电流；VdfW和VqfW分别直轴实际电流id和交轴实际电流iq经过PI控制后的直轴请求 电压和交轴请求电压；是直流母线电压；Vd和Vq分别是INVERSE PARK的输入电压和 ICLARKE的输入电压，即调整后直轴电压和调整后交轴电压，在本发明中，为了防止逆变器 工作于饱和装置，调整后直轴电压Vd和调整后交轴电压Vq根据逆变器是否饱和，其值采用 不同计算方法。
[0045] 所述防止逆变器处于饱和状态的控制方法，包括：
[0046] 对直轴请求电流idf。,和交轴请求电流iqw分别进行PID控制，得到直轴请求电压 idref和交轴请求电压iqref ;
[0047] 根据逆变器的工作状态对直轴请求电压VdW和交轴请求电压VqW进行调整，得到 调整后直轴电压Vd和调整后交轴电压Vq, W使逆变器工作于未饱和状态。如图3所示，具 体步骤包括：
[004引步骤OOl ;根据直轴请求电压Vdt。。交轴请求电压VqW及直流母线电压Vd。Imk判断 逆变器是否处于饱和状态，即dref X Vdref+VqrW X Vqaf《VdeJhkX Vde_lhk/3 ?
[0049] 计算直轴请求电压VdW和交轴请求电压VqW的平方和；并与直流母线电压 的平方的H分之一比较大小。
[0050] 步骤 002 ;若 Vdref X Vdref+Vqref X Vqref《VdelmkX Vde_iink/3,即所述平方和小于等于直 流母线电压Vdtii"k的平方的；分之一，则逆变器处于不饱和状态，执行步骤003。
[0051] 步骤003 ;如图1所示，若逆变器