专利名称：永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法
技术领域：
本发明涉及ー种电机控制装置及其方法，尤其是涉及ー种应用于永磁同步电机矢量控制装置在零速或极低速时抗转子扰动的装置及其方法。
背景技术：
随着永磁材料、电カ电子技术和电机控制理论的快速发展，永磁同步电机以优越的性能和牢固性等优点，在数控机床、エ业机器人、航空航天、电动汽车等领域得到日益广泛的应用。永磁同步电机的基本结构和转动原理如下所述
同步电机有旋转磁极式和旋转电枢式两种结构形式，大中容量的同步电动机多采用旋转磁极式。根据转子形状的不同，旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种，分别如附图
I和附图2所示。如附图3所示，以旋转磁极式永磁同步电机为例，永磁同步电机的转动原理为7欠磁同步电动机工作时，转子由永磁体产生基本恒定的静止磁场，定子的三相绕组中通入三相对称电流；在定子三相对称绕组中通入三相交变电流吋，将在气隙中产生旋转磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。随着技术的发展和进步，永磁同步电机的控制越来越多地采用矢量控制技木。在电压型永磁同步电机的矢量控制中，大部分采用交流电流传感器采集电流、位置传感器测算速度的闭环控制方案(内部含有速度调节器、电流调节器或转矩调节器)。永磁同步电机矢量控制的数学模型如下所述
假设电动机是线性的，參数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗、转子无阻尼绕组，则基于转子磁场定向坐标系(d、q轴),永磁同步电动机的数学模型为
磁链方程
权利要求
1.一种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置，其特征在于，包括空间矢量脉宽调制单元(106)、脉宽驱动单元(107)、速度检测单元(109)、IGBT逆变功率单元(116)、永磁同步电机(117)、电源直流电压检测(118)単元和脉冲封锁逻辑単元(119);所述空间矢量脉宽调制単元(106)与脉宽驱动单元(107)相连，所述脉宽驱动单元(107)与IGBT逆变功率单元(116)相连，所述IGBT逆变功率单元(116)与永磁同步电机(117)相连，所述速度检测单元(109)与永磁同步电机(117)相连，所述脉冲封锁逻辑単元(119)与驱动単元(107)相连；所述脉冲封锁逻辑単元(119)根据目标转矩或目标转速指令值判断出此时的目标转矩为零或目标转速为零，同时通过速度检测单元(109)测算出的实际速度在零速或极低速附近，则需要抗转子扰动；如果需要抗转子扰动，则脉冲封锁逻辑单元(119)向脉宽驱动单元(107)发出封锁脉冲，IGBT逆变功率单元(116)处于关断状态，使空间矢量控制单元(106)的输出信号无法通过脉宽驱动单元(107)驱动IGBT逆变功率单元(116)，从而使IGBT逆变功率单元(116)不产生逆变电压，永磁同步电机(117)处于无电压输入状态，确保永磁同步电机(117)在零速或极低速附近时克服转子扰动。
2.根据权利要求I所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置，其特征在于所述抗转子扰动装置还包括目标转矩电流计算单元(101)、弱磁判断及励磁电流计算单元(102)、前馈电压计算单元(103)、目标电压计算单元(104)、逆Park变换单元(105)、位置检测单元(108)、交流电流检测单元(110)、Clark坐标变换单元(111)、park坐标变换单元(112)、d轴电流PID调节单元(113)、q轴电流PID调节单元(114)和直流电源(115);目标转矩电流计算单元(101)根据目标转速或目标转矩指令值计算出目标转矩电流；弱磁判断和励磁电流计算单元(102)根据电机參数、目标转矩电流、电压调制系数计算出目标励磁电流；同时位置检测单元(108)、速度检测单元(109)測量出永磁同步电机(117)的实际转子位置及实际转速；前馈电压计算单元(103)根据实际转速、目标转矩电流、目标励磁电流分别计算出d轴和q轴的稳态电压；交流电流检测单元(110)检测的电流经Clark坐标变换单元(111)和park坐标变换单元(112)分解到d轴和q轴上；Iq给定与Iqe反馈信号输入到q轴电流PID调节单元(114)后输出永磁同步电机动态电压的q轴动态部分至电压计算单元(104);Id给定与Ide反馈信号输入到d轴电流PID调节单元(113)后输出永磁同步电机动态电压的d轴动态部分至电压计算单元(104);电压计算单元(104)接收d轴电流PID调节单元(I 13)和q轴电流PID调节单元(I 14)的调节输出和前馈电压计算单元(103)的前馈电压输出，从而计算得出d轴和q轴的电压，并根据直流电压检测单元(118)测量的直流电压计算出电压调制比和d轴和q轴的电压标幺值Ud_pu、Uq_pu ;逆Park变换单元(105)根据转子位置把d轴和q轴的电压标么值Ud_pu、Uq_pu转换至静止α β坐标系下的Uds、Uqs，再经空间矢量脉宽调制単元(106)计算出脉宽驱动单元(107)所需的占空比信号Ta_pu、Tb_pu、Tc_pu ;脉宽驱动单元(107)的驱动信号输出由所述脉冲封锁逻辑単元(119)控制，IGBT逆变功率単元(116)接收驱动信号，并把直流电源(115)逆变为交流信号，驱动永磁同步电机(117 )。
3.ー种利用权利要求I所述的永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置进行抗转子扰动的方法，其特征在于所述的抗转子扰动方法包括以下步骤 所述脉冲封锁逻辑単元(119)根据速度检测单元(109)测算出的实际速度大小，判断出永磁同步电机(117)是否在零速或极低速附近，再根据目标转速/转矩指令值决定是否需要抗转子扰动；如果需要抗转子扰动，则脉冲封锁逻辑单元(119)向脉宽驱动单元(107)发出封锁脉沖，IGBT逆变功率単元(116)的信号处于关断状态，使空间矢量脉宽调制単元(106)的输出信号无法通过脉宽驱动单元(107)驱动IGBT逆变功率单元(116)，从而使IGBT逆变功率単元(116)不产生逆变电压，永磁同步电机(117)处于无电压输入状态，确保永磁同步电机(117 )在零速或极低速附近时克服转子扰动。
4.根据权利要求3所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动方法，其特征在于如果目标转矩或目标转速指令值为零，并且永磁同步电机(117)在零速或极低速附近，则判定为需要抗转子扰动。
5.根据权利要求3或4所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动方法，其特征在于所述的抗转子扰动方法还进一歩包括以下步骤 目标转矩电流计算单元(101)根据目标转速或目标转矩指令值计算出目标转矩电流；弱磁判断及励磁电流计算单元(102)根据调制系数、电机參数、目标转矩电流计算出目标励磁电流；同时位置检测单元(108)、速度检测单元(109)測量出永磁同步电机(117)的实际转子位置及实际转速；前馈电压计算单元(103)根据实际转速、目标转矩电流、目标励磁电流分别计算出d轴和q轴的稳态电压。
6.根据权利要求5所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动方法，其特征在于所述的抗转子扰动方法还进一歩包括以下步骤 交流电流检测单元(110 )检测的电流经Clark坐标变换単元(111)和park坐标变换单元(112)分解到d轴和q轴上,永磁同步电机动态电压的q轴动态部分由Iq给定与Iqe反馈同时进入q轴电流PID调节单元(114)后输出至永磁同步电机(117),永磁同步电机动态电压的d轴动态部分由Id给定与Ide反馈同时进入d轴电流PID调节单元(113)后输出至永磁同步电机(117)。
7.根据权利要求6所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动方法，其特征在于所述的抗转子扰动方法还进一歩包括以下步骤 电压计算单元(104)接收d轴电流PID调节单元(113)和轴电流PID调节单元(114)的PID调节输出和前馈电压计算单元(103)的前馈电压输出，从而计算出d轴和q轴的电压；并根据直流电压检测单元(118)測量出的直流电压计算出调制比和d轴和q轴的电压标幺值Ud_pu、Uq_pu ;逆Park变换单元(105)根据转子位置把Ud_pu、Uq_pu转换到静止α β坐标系下的Uds、Uqs，再经空间矢量脉宽调制単元(106)计算出脉宽驱动单元(107)所需的占空比 Ta_pu、Tb_pu、Tc_pu 信号。
8.根据权利要求7所述的ー种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动方法，其特征在于所述的抗转子扰动方法还进一歩包括以下步骤 脉宽驱动单元(107)的驱动信号输出由所述脉冲封锁逻辑单元(119)控制，最終IGBT逆变功率単元(116)接收驱动信号，并把直流电源(115)逆变为交流信号驱动永磁同步电机(117)。
全文摘要
本发明公开了一种永磁同步电机在零速或极低速下的抗转子扰动装置及方法，脉冲封锁逻辑单元根据速度检测单元测算出的实际速度判断出永磁同步电机是否在零速或极低速附近，再根据目标转速/转矩指令值决定是否要抗转子扰动；如果需要抗转子扰动，则脉冲封锁逻辑单元向脉宽驱动单元发出封锁脉冲，使空间矢量控制单元的输出信号无法通过脉宽驱动单元驱动逆变功率单元，使逆变功率单元不产生逆变电压，永磁同步电机处于无电压输入状态，确保了永磁同步电机在零速或极低速附近时克服转子扰动。本发明解决了永磁同步电机在零速或极低速附近时转子扰动的技术问题。
文档编号H02P21/04GK102694498SQ20121017609
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者杨洪波, 王征宇, 蒋时军, 言艳毛, 谭淼, 陈建明 申请人:湖南南车时代电动汽车股份有限公司