[发明专利]一种永磁同步电机转矩控制方法

说明书

本发明提供一种永磁同步电机转矩控制方法，当电机处于低速段时，采用开环转矩控制方法控制电机转矩，即采用标定的方法得来给定转矩与Q轴电流的对应关系，拟合成曲线，由给定转矩直接得出Q轴电流；当电机处于高速弱磁区时，采用闭环转矩控制方法，通过D、Q轴电流和电压来估算控制器输出功率，用输出功率除以电机转速得到反馈转矩，反馈转矩与给定转矩之间构成PI调节器，PI调节器的输出值即为Q轴给定电流。不依赖电机额定参数，随着电机的运行工况，实时采集电机DQ轴电流电压，估算电机控制器的输出功率，避免了利用额定工况时的电感参数不能准确反映电机参数本质的问题。同时该方法对采集到的DQ轴电压进行延时补偿和死区补偿，以得到准确的DQ轴电压进而得到准的功率估算。

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，特别涉及一种永磁同步电机转矩控制方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机，特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；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，越来越多地被应用到电动汽车领域。

为了获得较高的功率密度，永磁电机的结构往往设计得较为复杂，电机的磁路很饱和，并且磁路的饱和程度和磁场分布会随着电机运行点的变化而变化，这使得电感参数也随之发生变化。换言之，永磁同步电机电感参数并非常量，而是随着电机的运行工况的变化而变化的，完全用额定工况时的电感参数已不能准确反映电机参数的本质。

从同步机转矩方程出发，要实现精确的转矩控制就必须获得精确的电感参数，在实际应用中很难实现。本文提出了一种不依赖电机参数的转矩控制。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种永磁同步电机转矩控制方法，当电机处于低速段时，采用开环转矩控制方法控制电机转矩，即采用标定的方法得来给定转矩与Q轴电流的对应关系，拟合成曲线，由给定转矩直接得出Q轴电流；当电机处于高速弱磁区时，采用闭环转矩控制方法，通过D、Q轴电流和电压来估算控制器输出功率，用输出功率除以电机转速得到反馈转矩，反馈转矩与给定转矩之间构成PI调节器，PI调节器的输出值即为Q轴给定电流。

闭环转矩控制方法具体包括如下步骤：

步骤1，分别采集D、Q轴的电流I_d、I_q，以及电压U_d、U_q，并依据下式计算控制器输出功率P_out，

P_out＝U_q*I_q+U_d*I_d；

步骤2，根据下式计算电机机械功率P_m，

P_m＝P_out*η，

其中η表示电机效率；同时根据下式计算电机给定功率P_m'，

P_m'＝w_r*T_e'/p；

其中：T_e'表示给定转矩；p表示电机极对数；w_r表示电机电角速度；

步骤3，分别对步骤2中得到的电机机械功率P_m和电机给定功率P_m'取绝对值，将两者的差值作为PI调节器的输入，PI调节器的输出即为Q轴给定电流；

其中PI调节器的时域表达式如下：