一种三相永磁同步电机的控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种三相永磁同步电机的控制方法，包括电机动能外环控制方法和电流内环控制方法，该方法将三相永磁同步电机存储的动能作为整体反馈，经由给定速度计算的储能值与实际值相比后产生电机加速功率给定，再加上相应的损耗部分和负载估计值，除以电机的感应电动势，产生两相旋转坐标系下q轴电流给定值i*q和d轴电流给定值i*d。再由电流内环控制方法依次得到电压给定值U*q、U*d，经Park反变换，再结合设于三相永磁同步电机逆变器的直流侧电压Udc，通过空间矢量脉宽调制最终得到用于驱动三相永磁同步电机逆变器的三相开关序列Sa、Sb、Sc信号。该方法能够大大提高三相永磁同步电机控制系统的动态响应性能。满足如电动汽车驱动控制等对于电机响应性能要求更高的场合。
【专利说明】一种三相永磁同步电机的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制系统领域、具体涉及一种电机的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，交流调速系统的控制策略得到了迅速发展。20世纪70 年代提出的交流电机矢量控制系统使异步电机在工业中的应用达到了一个新台阶。永磁同 步电机作为交流电机的一种，近年来更是得到广泛的应用。永磁同步电机与传统异步电机 相比，具有以下特点：1)高效率、高功率因数：由于永磁同步电机用永磁体代替电励磁，不 需要无功励磁电流，因此功率因数得到显著提高，而且永磁同步电机定子和转子保持同步， 转子中没有铁心铁耗，永磁同步电机的效率也要比异步电机高；2)动态响应性能高、转速 平稳；体积小、重量轻：随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电机的功率密度大大提 高，与同容量异步电机相比，其体积和重量有较大的减少。
[0003] 目前，永磁同步电机的控制策略主要有恒压频比控制、矢量控制和直接转矩控制 三种方法。其中，恒压频比控制是在控制过程中始终保持电压与频率比为常数，从而保证定 子磁链的恒定。它是一种开环控制，速度动态特性较差，电机转矩利用率低，控制参数还需 要根据负载的不同来做相应的调整。直接转矩控制是一种较新的控制方法，其理论和实践 还不成熟，且存在低速性能、带负载能力差等缺点，而且它对实时性要求高，计算量大。目前 应用最为广泛的是矢量控制。矢量控制的基本思想是将三相交流电动机等效成直流电机进 行控制，通过矢量坐标变换，将三相交流电动机的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电 流分量，并使这两个分量相互垂直，彼此独立，然后分别调节，以获得像直流电动机一样良 好的动态特性，矢量控制能获得较好的动态性能，现有技术大多采用转速、电流双闭环来实 现永磁同步电机的控制，电机的动态响应性能仍不能满足如电动汽车驱动控制等对于电机 响应性能要求更高的场合。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术之不足，本发明提供一种三相永磁同步电机的控制方法，该方法能 够大大提高三相永磁同步电机控制系统的动态响应性能。
[0005] 本方法解决上述技术问题的方案如下：
[0006] -种三相永磁同步电机的控制方法，包括电机动能外环控制方法和电流内环控制 方法，具体包括以下步骤：
[0007] 1)电机动能外环控制方法：
[0008] A)分别利用设于三相永磁同步电机上的电流传感器采集三相永磁同步电机的相 电流ia、ib、i。，利用设于三相永磁同步电机上的光栅编码器采集三相永磁同步电机的角速 度ω π及转子位置Θ ;
[0009] Β)通过Clark变换和park变换，按下式〗）将得到的三相永磁同步电机相电流从 三相坐标系下变换至两相旋转坐标系下，得到两相旋转坐标系下的电流分量id、％ :
[0010]
【权利要求】
1. 一种三相永磁同步电机的控制方法，包括电机动能外环控制方法和电流内环控制方 法，具体包括以下步骤： 1) 电机动能外环控制方法： A)分别利用设于三相永磁同步电机上的电流传感器采集三相永磁同步电机的相电流 ia、ib、i。，利用设于三相永磁同步电机上的光栅编码器采集三相永磁同步电机的角速度ω π 及转子位置Θ ; Β)通过Clark变换和Park变换，按下式I)将得到的三相永磁同步电机相电流从三相 坐标系下变换至两相旋转坐标系下，得到两相旋转坐标系下的电流分量id、i,:
C) 分别根据三相永磁同步电机的转动惯量J、定子电阻值Rs、绕组电感量Lm、电磁转矩 Te依次获得三相永磁同步电机转子所储存的动能实际值i·/%2、三相永磁同步电机定子的 电阻消耗功率Rs(i2d+i2q)、三相永磁同步电机绕组电感内磁场储能损耗
负载功率1^ = ?； · ωπ，再将三相永磁同步电机转子所储存的动能实际值与控制器输入的 三相永磁同步电机转子所储存的动能给定值相比较，再经动能ΡΙ调节器转换成三相永磁 同步电机的功率给定值Ρ\，然后通过功率累加器将功率给定值Ρ #Α、负载功率Ρ\、电阻消耗 功率Rs(i2d+i2q)以及三相永磁同步电机绕组电感内磁场储能损耗
.累加，得 到三相永磁同步电机逆变器需要向电机输出的有功功率P%、； D) 将步骤C)得到的有功功率P%、除以三相永磁同步电机的两相旋转坐标系下q轴感 应电动势eq，得到两相旋转坐标系下q轴电流给定值i\，其中感应电动势e q = KtX c〇m，Kt 为三相永磁同步电机结构常数，由于两相旋转坐标系下的d轴为三相永磁同步电机的励磁 方向，因此两相旋转坐标系下的d轴感应电动势e d = 0,两相旋转坐标系下的d轴电流给定 值 i*d = 〇 ; 2) 电流内环控制方法： E) 将两相旋转坐标系下q轴电流给定值与电流分量i,比较的差值经电流PI调节 器转换为两相旋转坐标系下q轴电压差值分量Λ U,，同样地，将两相旋转坐标系下d轴电流 给定值A与电流分量id比较的差值经另一电流PI调节器转换为两相旋转坐标系下d轴 电压差值分量A Ud F) 忽略三相永磁同步电机电阻上的压降，将三相永磁同步电机的感应电动势按下式 II)进行前馈和解稱，分别得到两相旋转坐标系下的给定电机电压值U/、U/ :
II) 式π)中，Ld为永磁同步电机的直轴同步电感，Lq为交轴同步电感； G)对步骤F)得到的两相旋转坐标系下的给定电压值按下式III)做Park反变 换，得到两相静止坐标系下的给定电机电压值U/、U/;
III) Η)将步骤G)得到的两相静止坐标系下的给定电机电压值U/、U/，并结合设于三相永 磁同步电机逆变器上的电压传感器采集的三相永磁同步电机逆变器的直流侧电压Ud。，通过 空间矢量脉宽调制最终得到用于驱动三相永磁同步电机逆变器的三相开关序列S a、Sb、Sc信 号。
【文档编号】H02P21/00GK104300861SQ201410390684
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月10日 优先权日:2014年8月10日
【发明者】姜卫东, 佘阳阳, 胡杨, 赵德勇, 李王敏, 吴志清 申请人:合肥工业大学