[发明专利]一种永磁同步电机控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机控制方法及系统。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、和高效率等特点，在电动汽车等调速驱动系统中得到了广泛的应用。

永磁同步电机的转子由特定形状的永磁体构成，磁链可以由永磁体自身产生，转子旋转时会产生感应电动势，按照永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、嵌入式和爪极式。表面式转子磁路结构又分为插入式和凸出式两种。

因为人们对永磁同步电机的不断探索，出现了各种各样的控制方法，如空间矢量控制、直接转矩控制、模型参量自适应系统控制等。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制为多。

矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩就取决于id和iq，控制id和iq便可以控制转矩。通过控制电流跟踪给定便实现了电动机转矩和转速的控制。

弱磁控制大多采用基于磁场定向控制(field-oriented control，FOC)和最大转矩电流比(maximum torque per ampere，MTPA)控制。MTPA控制主要用于低转速运行时提高电机效率，而FOC控制主要在于设计d轴、q轴电流调节器。常见的弱磁控制策略有公式计算法、查表法、梯度下降法、负id补偿法、单电流调节法、电流角度法等。

但是上述方法分别存在不同程度的不足：

公式计算法的精度依赖于电机数学模型的精度，实际中要想建立一个准确的模型很难，故很少在实际工程中应用。

查表法通过大量的实验数据并制成表格，减少了电机控制芯片的实时计算量，实现起来较为复杂。梯度下降法计算量大，实现较复杂。

负id补偿法实现简单，但可实现的弱磁区域范围有限制。

单电流调节法以电压为调节对象，实现了深度弱磁，具有一定发展前景，同时也存在一定缺点，有待改进。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种永磁同步电机控制方法及系统，可以动态调整励磁电流，使励磁电流和扭矩电流的配比在一个最高效率点上，提高了能量的利用率，即提高小扭矩下电机的效率。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据输入的需求扭矩和转速值，以能量最优估计算法确定定子电流的初始幅值和初始相角；

步骤S2，根据步骤S1中计算得到的定子电流的初始幅值和初始相角，以单周电流实时调制PWM控制方法，产生三相永磁同步电机的定子驱动电流，包括：

根据给定的定子电流幅值和相位、以及永磁同步电机的反馈信号进行差值运算，生成差值信号；

对该差值信号进行滤波以生成滤波后信号，对滤波后信号进行放大，生成控制参考量；

比较所述控制参考量和输入的周期三角波信号，以生成PWM调制信号，将比较后生成的第一至第三相信号输出，作为永磁同步电机的定子驱动电流，以驱动所述永磁同步电机工作；

步骤S3，获取永磁同步电机工作时的定子电流测量值，以逐步微扰优化算法对步骤S2中给定定子电流的幅度和相位进行优化，并将优化后的定子电流的幅值和相位作为所述步骤S2中的给定定子电流的幅度和相位，以此循环，实现对永磁同步电机的控制。

进一步，在所述步骤S1中，以能量优化算法计算定子电流的初始幅值I和初始相角φ的初始值，包括：

设置约束条件为：T_e＝1.5P_n[ψ_rIsin(φ)+(L_d-L_q)I²sin(φ)cos(φ)]；

以上述约束条件，采用能量优化算法计算下式中的定子电流的初始幅值I和初始相角的全局近似最小值：

其中，Pn为磁极对数，ψ_r为转子磁通，L_d为d轴电感值，L_q为q轴电感值，I为定子电流幅值，φ为定子电流相角。

进一步，在所述步骤S2中，所述给定的定子电流幅值和相位，通过以下方式生成：

对输入的有效电流和反馈电流有效信号进行PI调节，生成幅度输入信号；

根据输入的相位和转子频率计算得到同步频率相位；