[发明专利]一种考虑非线性特性的永磁同步电动机模拟器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑非线性特性的永磁同步电动机模拟器及其控制方法，包括：输出三相电压和电流，分别经坐标变换并结合当前周期电角度得到交直轴电压和电流分量；获取交直轴反电势分量；建立非线性永磁同步电动机数学模型，将交直轴电压和交直轴反电势作为输入，解算下一周期的机械角速度、电角度、电动机转速和交直轴电流，并将交直流电流作为下一周期闭环控制的指令电流；采用电流调节器对指令电流和交直轴电流分量的差值进行调节，将结果经帕克反变换后得到的参考电压通入SVPWM调制模块，使三相全桥变换器实际输出指令电流。本发明能有效模拟非线性反电势情况下各种工况运行特性，且能实现对高次谐波电流所含有的高频信号进行无静差跟踪。

技术领域

本发明涉及一种考虑非线性特性的永磁同步电动机模拟器及其控制方法，属于电力电子的技术领域。

背景技术

目前，针对永磁同步电机的建模和模拟，往往以理想反电势永磁同步电机为模拟或建模对象。如中国专利《一种永磁同步电机的功率模拟方法》(公开日：2013.12.25、公开号：CN103472391A)首先建立了永磁同步电机在反电势正弦情况下的数学模型，将电机驱动器的输出电压作为永磁同步电机数学模型的输入，计算出此状态下永磁同步电机应有的输出电流，将此电流作为三相全桥变换器的参考电流，并通过滞环控制完成模拟。这种功率模拟方法只能模拟永磁同步电机在反电势正弦时的功率特性，且用滞环控制开关频率不固定，电流谐波含量大。事实上，由于电机设计与制造工艺的限制，永磁同步电机的反电势往往呈现非正弦的特性，其反电势中包含着高次谐波，且电机定子绕组三相不完全对称，会导致三相反电势不对称。现有的永磁同步电动机模拟技术都是基于正弦波理想反电势的线性模型进行各种电机工况的模拟，并未考虑到非线性反电势特性对电机模拟精度的影响，且现有的控制方法无法实现对含有谐波的高频电流信号的无静差跟踪。因此有必要提供一种准确的非线性反电势永磁同步电动机模拟器及控制方法，以实现非线性永磁同步电动机的模拟。

若要实现非线性反电势永磁同步电动机的模拟，需要对电机的数学模型进行修正。以便精确的计算出永磁同步电动机的实时电流。除了需对电机的数学模型进行修正外，还需对闭环控制方法进行改进。当永磁同步电机的反电势波形非正弦时，根据电机数学模型解算出的电流波形也将呈现非正弦的特性，其定子电流包含高频谐波。因此，闭环控制器必须能实现对高频信号的无静差控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种考虑非线性特性的永磁同步电动机模拟器及其控制方法，解决现有的永磁同步电动机模拟技术都是基于正弦波理想反电势的线性模型进行各种电机工况的模拟，并未考虑到非线性反电势特性对电机模拟精度的影响，且实现对含有谐波的高频电流信号的无静差跟踪的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种考虑非线性特性的永磁同步电动机模拟器控制方法，包括以下步骤：

检测永磁同步电动机在额定转速下的反电势波形，计算得到单位转速下永磁同步电动机的反电势数据并建立电动机反电势表；

在电动机反电势非正弦条件下，建立基于两相同步旋转坐标系的非线性永磁同步电动机数学模型，并对模型进行离散化处理；

检测电机驱动器输出三相电压，经坐标变换并结合当前周期的电角度得到交直轴电压分量；根据当前周期的电角度和电动机反电势表中的反电势数据，获取永磁同步电动机当前周期的三相反电势，经坐标变换并结合当前周期的电角度转换成交直轴反电势分量；

将所述交直轴电压分量和交直轴反电势分量作为非线性永磁同步电动机数学模型的输入，运用所述模型解算出下一周期虚拟永磁同步电动机的dq轴电流并将其作为下一周期闭环控制的指令电流，并利用模型解算出下一周期的机械角速度、电角度和电动机转速，用于计算下一周期的永磁同步电动机反电势和提供下一周期坐标变换的电角度；