具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统和方法，采取的技术方案主要为，在弱磁环程序中设置滞环滤波时间tfl和tfh，通过直轴电压Vd_ref和交轴电压Vq_ref计算合成电压矢量Vs，持续比较Vs的幅值与基准电压Vb的大小关系，然后判断该关系的持续时间ts是否达到滞环滤波时间tfl（或tfh），最后基于该结果进行弱磁环的闭环控制。本发明用于永磁同步电机的弱磁扩速技术，将滞环滤波引入弱磁控制环节，可以有效的避免由于瞬间干扰或抖动等因素导致的错误控制指令，使电机在弱磁环运行的稳定性和可靠性得到改善，对电动汽车的稳定控制具有重要意义。
【专利说明】具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新能源汽车驱动电机系统领域，具体涉及具有滞环滤波功能的永磁同步电机弱磁控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]与传统的燃油汽车相比，纯电动汽车具有低噪声、零排放等优点，大力发展纯电动汽车对缓解能源危机和减轻环境污染具有重要的意义。永磁同步电机具有的高功率密度和高效率等优点，使其在电动汽车的控制领域备受关注。为了获得较宽的调速范围，当电机在基速以上运行时需要进行弱磁控制，然而由于永磁同步电机的励磁磁动势由永磁体产生而无法调节，所以只能通过调节定子直轴去磁电流分量来维持电机在高速运行时的电压平衡，以此实现弱磁扩速。
[0003]现有的针对永磁同步电机的弱磁控制方法主要采用开环控制或简单的闭环PI控制；前者需要通过试验测试高速弱磁点的参数，工作量大，计算复杂，且受环境等因素的影响较大，后者虽然克服了前者的诸多缺陷，但是无法避免由于瞬间干扰或抖动等因素导致的错误控制指令。如
【公开日】为2010年01月13日，申请号为200910041656.7的中国发明专利文献，具体公开了一种基于永磁同步电机的弱磁控制系统及其控制方法，该系统主要包括依次相连的扭矩输入模块、扭矩-电流查表模块矢量控制和解耦模块、空间矢量脉宽调制和逆变器模块以及永磁同步电机，该技术方案虽然可以有效地避免由于逆变器的饱和所引起的电机控制器错误的发生，为逆变器提供较大的裕量使其远离饱和区，但是无法避免由于瞬间干扰或抖动等因素导致的错误控制指令，并且控制执行效率较低，可移植性不好。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述缺点，提供一种具有滞环滤波功能的永磁同步电机弱磁控制系统及控制方法，该系统可以将滞环滤波引入弱磁闭环控制环节，使电机在弱磁环运行的稳定性和可靠性得到改善。
[0005]本发明的技术方案如下:
具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:包括I,调整模块、t匕例积分PI控制模块、坐标变换模块一、坐标变换模块二、脉宽调制及逆变模块、永磁同步电机、坐标变换模块、合成电压矢量幅值比较模块、滞环滤波模块、弱磁控制模块；
I,调整模块，用于计算交轴电流最终给定值;具体是利用永磁同步电机的交轴电流原始给定值I,—M、经初始给定值Id—M与弱磁控制模块输出量累加后的新的直轴电流给定值Id—10ef*与I,—的合成电流矢量所允许的最大值Ismax，计算交轴电流最终给定值
Iq_ref* >
PI控制模块，用于电流环PI调节，并输出交轴电压Vurf和直轴电压vd—给定值；
坐标变换模块一，用于PARK (PARK为人名)逆变换；
脉宽调制及逆变模块，用于生成三相控制电流；坐标变换模块二，用于CLARKE/PARK (CLARKE/PARK均为人名)变换；
滞环滤波模块，用于滤除系统瞬间干扰或抖动；
合成电压矢量幅值比较模块，用于计算滞环滤波模块的输入量；
弱磁控制模块，用于计算弱磁环输出电流Ifw ；
Iq调整模块的输入端接入永磁同步电机的交轴电流原始给定值Igrf、新的直轴电流给定值Id—I,调整模块输出Ig.，I,调整模块的输出端连接至减法器正向输入端；
PI控制模块的输入端接入减法器输出端，PI控制模块的输出端输出交轴电压Vgef和直轴电压Vd M并同时连接至坐标变换模块一与合成电压矢量幅值比较模块；
坐标变换模块一的输入端接入PI控制模块输出端的交轴电压Vgef和直轴电压Vd Mf，坐标变换模块的输出端输出两相静止直角坐标系α β下的电&να—%与￥0—M并连接至脉宽调制及逆变模块；
脉宽调制及逆变模块的输入端接入坐标变换模块一输出端的两相静止直角坐标系α β下的电压Va—μ与Ve—Mf，脉宽调制及逆变模块的输出端输出三相交流电并连接至永磁同步电机；
坐标变换模块二的输入端接入永磁同步电机的三相交流电流，坐标变换模块二的输出端输出交轴电流反馈值I,—f与直轴电流反馈值Id—f并连接至减法器的负向输入端；
合成电压矢量幅值比较模块的输入端接入PI控制模块输出端的交轴电压Vqjrf和直轴电压Vd M，合成电压矢量幅值比较模块的输出端输出比较值Vsb并连接至滞环滤波模块；滞环滤波模块的输入端接入合成电压矢量幅值比较模块输出的比较值Vsb，滞环滤波模块的输出端输出滞环滤波后的电压Vsf并连接至弱磁控制模块；
弱磁控制模块的输入端接入滞环滤波模块输出的滞环滤波后的电压Vsf，弱磁控制模块的输出端输出弱磁电流Ifw并连接至加法器。
[0006]所述滞环滤波模块设置有滞环滤波时间。
[0007]所述合成电压矢量幅值比较模块设置有输出状态计时器。
[0008]所述弱磁控制模块设置有弱磁PI调节器输出使能功能。
[0009]所述弱磁控制系统的控制方法是:
合成电压矢量幅值比较模块根据PI控制模块输出的交轴电压Vg_ref和直轴电压Vd—计算合成电压矢量Vs，并将合成电压矢量Vs与基准电压Vb作差输出比较值Vsb ；
滞环滤波模块根据合成电压矢量幅值比较模块的输出状态计时器的时间ts与滞环滤波时间的比较结果决定输出；
弱磁控制模块通过弱磁PI调节器输出使能功能决定弱磁控制模块的弱磁输出电流
Ifw ;
I,调整模块通过弱磁控制模块的输出Ifw与直轴电流原始给定值Id—M叠加计算新的直轴电流给定值Id—并通过交轴电流原始给定值Iq—M和新的直轴电流给定值Id—以及合成电流矢量所允许的最大值Ismax，共同确定交轴电流最终给定值I,—
[0010]所述新的直轴电流给定值Idjef*为:Idjew=Idjef+ Ifw。
[0011]所述交轴电流最终给定值为:
(I)如果
【权利要求】
1.具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:包括Iq调整模块(1)、PI控制模块(2 )、坐标变换模块一(3 )、坐标变换模块二( 6 )、脉宽调制及逆变模块(4)、永磁同步电机(5 )、坐标变换模块、合成电压矢量幅值比较模块(7 )、滞环滤波模块(8 )、弱磁控制模块(9)； Iq调整模块(1)，用于计算交轴电流最终给定值I,—具体是利用永磁同步电机(5)的交轴电流原始给定值Igm经初始给定值Id—%与弱磁控制模块(9)输出量累加后的新的直轴电流给定值Id—Mf、10ef*与Igrf*的合成电流矢量所允许的最大值Ismax，计算交轴电流最终给定值I,—; PI控制模块(2)，用于电流环PI调节，并输出交轴电压Vqref和直轴电压VdMf给定值； 坐标变换模块一(3 )，用于PARK逆变换； 脉宽调制及逆变模块(4)，用于生成三相控制电流； 坐标变换模块二( 6 )，用于CLARKE/PARK变换； 滞环滤波模块(8)，用于滤除系统瞬间干扰或抖动； 合成电压矢量幅值比较模块(7)，用于计算滞环滤波模块(8)的输入量； 弱磁控制模块(9)，用于计算弱磁环输出电流Ifw ； Iq调整模块(1)的输入端接入永磁同步电机(5)的交轴电流原始给定值Iq 、新的直轴电流给定值Id—Iq调整模块(1)输出电流Iq—Iq调整模块(1)的输出端连接至减法器正向输入端； PI控制模块(2)的输入端接入减法器输出端，PI控制模块(2)的输出端输出交轴电压Vgef和直轴电压Vd M并同时连接至坐标变换模块一(3 )与合成电压矢量幅值比较模块(7)； 坐标变换模块一(3)的输入端接入PI控制模块(2)输出端的交轴电压Vgrf和直轴电SVd Mf，坐标变换模块的输出端输出两相静止直角坐标系α β下的电SVa—%与Ve—%并连接至脉宽调制及逆变模块(4)； 脉宽调制及逆变模块(4)的输入端接入坐标变换模块一(3)输出端的两相静止直角坐标系α β下的电压Mf，脉宽调制及逆变模块(4)的输出端输出三相交流电并连接至永磁同步电机(5)； 坐标变换模块二(6)的输入端接入永磁同步电机(5)的三相交流电流，坐标变换模块二(6)的输出端输出交轴电流反馈值Iu与直轴电流反馈值Id f并连接至减法器的负向输入端; 合成电压矢量幅值比较模块(7)的输入端接入PI控制模块(2)输出端的交轴电压ref和直轴电压Vd—Mf，合成电压矢量幅值比较模块(7)的输出端输出比较值Vsb并连接至滞环滤波模块(8)； 滞环滤波模块(8)的输入端接入合成电压矢量幅值比较模块(7)输出的比较值Vsb，滞环滤波模块(8)的输出端输出滞环滤波后的电压Vsf并连接至弱磁控制模块(9)； 弱磁控制模块(9)的输入端接入滞环滤波模块(8)输出的滞环滤波后的电压Vsf，弱磁控制模块(9)的输出端输出弱磁电流Ifw并连接至加法器。
2.根据权利要求1所述的具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:所述滞环滤波模块(8)设置有滞环滤波时间。
3.根据权利要求1所述的具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:所述合成电压矢量幅值比较模块(7)设置有输出状态计时器。
4.根据权利要求1所述的具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:所述弱磁控制模块(9)设置有弱磁PI调节器输出使能功能。
5.根据权利要求1所述的具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:所述弱磁控制系统的控制方法是: 合成电压矢量幅值比较模块(7)根据PI控制模块(2)输出的交轴电压Vgrf和直轴电压Vd—%计算合成电压矢量Vs，并将合成电压矢量Vs与基准电压Vb作差输出比较值Vsb ； 滞环滤波模块(8)根据合成电压矢量幅值比较模块(7)的输出状态计时器的时间ts与滞环滤波时间的比较结果决定输出； 弱磁控制模块(9)通过弱磁PI调节器输出使能功能决定弱磁控制模块(9)的弱磁输出电流Ifw ; Iq调整模块(I)通过弱磁控制模块(9)的输出Ifw与直轴电流原始给定值Id μ叠加计算新的直轴电流给定值Idy，并通过交轴电流原始给定值I,—%和新的直轴电流给定值Id—ref*,以及合成电流矢量所允许的最大值Ismax，共同确定交轴电流最终给定值Igrf* ; 所述新的直轴电流给定值Idjef*为=IdJefHt=IdJef+ Ifw ； 所述交轴电流最终给定值为:
(I )如果
6.根据权利要求1-5任意一项所述的具有滞环滤波功能的永磁同步电机的弱磁控制系统，其特征在于:在滞环滤波模块(8)中，通过判断合成电压矢量幅值比较模块(7)输出的比较值Vsb与零的大小关系选择所需的滞环滤波控制子程序，所述滞环滤波时间开始弱磁的滤波时间为tfl和结束弱磁的滤波时间为tft，滞环滤波模块(8)的具体实施过程如下: (1)当Vsb≥O时，查询开始弱磁标志Flag_BFW与结束弱磁标志Flag_EFW的状态；若Flag_BFW=l且Flag_EFW=0，清零计时器时间ts，同时将Vs赋值给滞环滤波模块(8)的输出Vsf，并结束本次滞环滤波子程序，进入弱磁控制子程序；否则若Flag_BFW=0或Flag_EFW=l，则查询合成电压矢量幅值比较模块(7)的前一次输出值Vsbtl ； 若Vsbtl ^ O,则将Vsb赋值给Vsbtl ;若Vsbo<0,则将计时器时间ts清零，再将Vsb赋值给Vsbtl ； 再判断状态的持续时间ts是否大于tfl:如果ts大于tfl，则置位开始弱磁标志Flag_BFW，清零结束弱磁标志Flag_EFW，同时将Vs赋值给滞环滤波模块(8)的输出Vsf ;如果ts小于或等于tfl，滞环滤波模块(8)的输出Vsf保持不变； 结束本次滞环滤波子程序，进入弱磁控制子程序； (2)当Vsb〈0时，查询开始弱磁标志Flag_BFW与结束弱磁标志Flag_EFW的状态；若Flag_BFW=0且Flag_EFW=l，清零计时器时间ts，同时将Vs赋值给滞环滤波模块(8)的输出Vsf，并结束本次滞环滤波子程序；否则若Flag_BFW=l或Flag_EFW=0，则查询电压矢量幅值比较模块的前一次输出值Vsbtl;若VsM〈0，则将Vsb赋值给Vsbtl ;若Vsbo ^ O,则将计时器时间ts清零，再将Vsb赋值给Vsbtl ；再判断状态的持续时间ts是否大于tfh:如果大于tfh，则置位结束弱磁标志Flag_EFW，清零开始弱磁标志Flag_BFW，同时将Vs赋值给滞环滤波模块(8)的输出Vsf，否则滞环滤波模块(8)的输出Vsf保持不变；结束本次滞环滤波子程序； 在弱磁控制模块(9)中，通过比较弱磁环PI调节器的输出值Ifw PI与零的大小关系决定弱磁控制模块(9)的输出；如果弱磁环PI调节器的输出值Ifw pi ^ O，则屏蔽弱磁环PI调节器的输出，即弱磁控制模块(9)的输出Ifw=O ;否则，使能弱磁环PI调节器的输出，即弱磁控制模块(9) 的输出Ifw=Ifw PI。
【文档编号】H02P21/00GK103944472SQ201410135491
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】陈磊, 杨平, 周虎 申请人:中国东方电气集团有限公司