一种车载永磁同步电机矢量控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电机的控制方法，特别是一种车载永磁同步电机矢量控制方法。
【背景技术】
[0002]永磁同步电机是一种尚性能、尚效率的调速电机，主要应用于尚控制精度和尚可 靠性场合，目前也广泛应用于有轨电车、电动汽车等轨道交通领域。在这些场合，由于模块 功率较大，运行频率要求高，具有载频低、运行频率高等特点，从而造成电流采样波动大，电 流环带宽较低，影响系统稳定性。此外，永磁同步电机由于自身磁场特性及外部指令会造成 转矩周期性波动，影响系统的稳态性能。例如中国发明专利《电动汽车用异步电机矢量控制 方法》，申请号为201410074936.9，公开了包括由司机根据需要确定转矩给定T*e后，确定d 轴电流给定i*sd=ifc/Lm，q轴电流给定i*sq=KmT*e/i*sd，由电流传感器检测后，经3s/ 2s、2s/2r变换得到d、q轴电流反馈isd、isq，分别对d、q轴电流给定i*sd、i*sq和电流反 馈isd、isq的差值进行PI调节，输出电压u*sd、u*sq，经过2r/2s变换得到控制空间矢量 PWM逆变器，调制获得三相交流电，从而驱动异步电机运行。该方法对电机的转矩进行直接 控制，提高电机的转矩响应速度。但是由于电流采样及电流环延时导致系统的不稳定，同时 由于齿槽效应等自身磁场特性及外部指令会造成转矩周期性波动，从而影响系统的稳态精 度。
【发明内容】
[0003]本发明主要解决的技术问题是提供一种车载永磁同步电机矢量控制方法，适用于 载频低、运行频率高的车载永磁同步电机。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种车载永磁同步电 机矢量控制方法，其步骤包括： 第一，检测电机速度，获取电机的速度反馈V，比较速度指令，和速度反馈v之间的偏差e，采用PI控制器计算电机转矩电流，PI控制器输出指令i*cipid;i*qcomp 第二，根据比较速度指令，和速度反馈v之间的偏差e，采用重复控制器再计算转矩电 流补偿控制指令i*qcomp，结合第一步中计算的转矩电流PI控制器输出i*qpid，得到实际 生效的转矩电流指令i*q; 第三，设计电流采样及电流环计算策略，在载频低、运行频率高的车载永磁同步电机应 用场合，采用独立的电流采样中断和PWM发波中断； 第四，根据第三步设计的电流采样及电流环计算策略，控制励磁电流指令i*d=0,结合 第二步中的矩电流指令i*q来执行电流环PI控制，并计算dq旋转坐标系下的输出电压指令 u氺d、u氺qs 第五，根据检测得到的速度反馈V，计算求出转子电气角度Θ，再结合步骤第四步中4旋 转坐标系下的输出电压，采用异步调制和同步调制相结合的PWM调制方法，生成PWM斩波对 电机进行控制。
[0005]优选的是，所述第三步的具体步骤包括： A、 在满足程序执行时间的前提下，可以尽可能提高电流采样中断频率，执行电流环的 反馈电流并采用一个电流环执行周期内的平均值，从而减小电流采样波动及准确性； B、PWM发波中断执行电流环计算输出电压，在数字控制系统中，其输出电压的PWM波的 计算位置和生效位置通常不一致，会产生电流环延时，限制电流环带宽，因此采用在PWM三 角载波的中间位置或更靠近PWM波的生效位置执行电流环计算，从而减少电流环延时，扩展 电流环带宽，提高系统在低载波比情况下的稳定性。
[0006]本发明的有益效果是:提供一种车载永磁同步电机矢量控制方法，考虑了载频低、 运行频率高的车载永磁同步机场合下，由于电流采样及电流环延时导致系统的不稳定，采 用独立的电流采样中断和PWM发波中断，且更改电流环计算位置，从而减少电流环延时，扩 展电流环带宽，有效地提高系统在低载波比情况下的稳定性。此外，系统考虑了永磁同步电 机由于齿槽效应等自身磁场特性及外部指令会造成转矩周期性波动，采用重复控制计算转 矩电流补偿指令，抑制周期性波动，提高系统的稳态精度，结合传统i*d=0的控制策略，尤 其适合应用于载频低、运行频率高的车载永磁同步机控制场合。
【附图说明】
[0007]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明： 图1为本发明的离散重复控制器结构图，图中e(z)为速度偏差的离散化表示，Z_N为延 时环节，ZRS超前相位补偿环节，KRP为重复控制增益，Q(z)为低通滤波器或常数，S(z)为补 偿器，N是数字控制器每周期的采样个数，URP1(k)为系统经过补偿器之前输出，URP(k)为系统 经过补偿器之后输出。
[0008]图2为本发明的离散重复控制器的软件流程图。
[0009]图3为本发明的电流环动态结构图，图中参数都在同步旋转坐标系下进行表示，其 中ir*dqs为电流指令，irdqs为电流反馈，Κρ、Κι为电流环PI参数，urdqs_e为反电势补偿 项，jwrLs为电流交叉解親项，用于消除互相干涉的旋转电动势对电流控制的影响，ur*dqs 为定子参考电压，ΤΡ为PWM更新延时，T?为PWM生效延时，erdqs为电机反电势，Ls为交、直轴 绕组的电感，Rs为定子电阻，S为微分算子。
[0010] 图4为本发明的电流环的时序图。
[0011] 图5为本发明的永磁同步电机矢量控制的原理框图。
【具体实施方式】
[0012] 下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被 本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0013]根据图1和图2,以表贴式永磁同步电机为例，对重复控制器的参数设置及使用方 法进行说明。
[0014] 重复棹制器的传递函数为：
重复控制器的输出为： 式(2)中，K为每周期中的采样点，K的取值范围为0~(N-1)，由式(2)可以看出，重复控制 器在忽略补偿控制器S(z)时，本周期K时刻的重复控制器的输出量为上周期K时刻的控制器 与上周期K+R时刻误差的组合，体现出重复控制器有着复现上一时刻控制输出量和相位补 偿的控制思想。
[0015]在上述重复控制器中，相关参数设置说明为:Q(z)为系统增益，当Q(z)=l时，可使 系统的稳态误差为0,但系统处于临界稳定状态，考虑稳态误差和稳定性，一般取小于且接 近1的常数或低通滤波器;0为超前环节，用于补偿s(z)引起的相位滞后，可根据相位滞后 情况，选择合适的超前节拍;KRP为可调增益，KRP越小使得误差收敛速度越快，系统稳定性越 差，Krp越小使得误差收敛速度越慢，系统稳定性越裕度越好，需要权衡考虑，可取0.5~2.0 之间参数;S(z)为补偿器，抵消控制对象较高的谐振峰值，以提高系统的稳定性和抗高频干 扰能力，它由二阶低通滤波器和FIR滤波器相乘获得，其数学表达式为
>以上述设置参数，结合图2所示重复控制器软件流程图， 可以实现永磁同步电机重复控制器。
[0016]根据图3和图4,以表贴式永磁同步电机为例，对永磁同步电机电流环带宽影响因 素进行推导，从而设计电流采样及电流环计算时序，扩展电流环带宽，提高系统稳定性。
[0017]永磁同步电机在旋转坐标系下的定子电压方程为：
式中，urdqs为定子电压，Rs为定子电阻，irdqs为定子电流，wr为转子速度，Φγdqs为 定子磁通，参数为复矢量，Ardqs=Ards+Arqs，其中A=u，i，it。
[0018] 永磁同步电机在旋转坐标系下磁链方程为：
式中，Lsi为交、直轴绕组的漏感，Lmq、Lmd分别为定子交、直轴励磁电感，对于表贴式永磁 同步机，有： Lmq-Lmd-Lm ( 5 ) 将式(4