[发明专利]车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法

说明书

本发明提出了车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法。本发明将最大转矩电流比算法和双电流环弱磁控制相结合，利用所发明的转矩观测器，通过转矩闭环PI调节器对交轴电流的给定值进行实时修正，确保电机输出转矩在电机参数存在误差的情况下，依然能够快速精确的跟踪上转矩指令，进而实现驱动系统的高精度转矩闭环控制。该发明原理清晰，计算简便，可广泛应用于车用内置式永磁同步电机驱动系统，并可推广到其他领域的永磁同步电机伺服控制中，具有较高的理论意义和工程应用价值。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法。

背景技术

内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM)具有功率密度大、效率高等优点，在电动汽车驱动系统中得到了广泛的应用。车用IPMSM多处于转矩控制模式，即驱动系统对主控系统下发的转矩指令进行跟踪控制。传统的转矩控制策略多为开环控制，即电机驱动器在接收到转矩指令后，通过电机模型直接计算出交直轴电流给定值，然后通过交直轴电流双闭环PI调节器进行控制。由于根据电机模型计算电流给定值时需要准确的电机参数，而电机参数在实际工况中是不断变化的，因此电机参数的误差对传统转矩控制的精度有较大影响。因此为了提高转矩控制的精度，对转矩进行闭环控制是一种切实有效的方法。若要实现精确的转矩闭环控制，对电机输出转矩观测器的设计至关重要。

另一方面，转矩闭环控制多采用易于实现并性能良好的PI调节器。目前车用IPMSM控制系统的PI调节器参数设计方法主要有人工试凑法和基于频域模型的参数整定法。人工试凑法往往效率低下，工作繁琐，而且系统的稳定性也得不到保证。目前基于频域模型的PI参数整定方法主要存在两个问题。首先，设计方法多局限于电流环，而没有对弱磁环和转矩环的PI调节器参数进行设计；其次，针对的系统多是隐极式永磁同步电机驱动系统而不是IPMSM驱动系统，两者在PI调节器参数的设计上存在着一定的差异。因此，对车用IPMSM驱动系统的PI调节器参数设计具有较高的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法，该转矩闭环控制方法将最大转矩电流比算法和双电流环弱磁控制相结合，利用所发明的转矩观测器，通过转矩闭环PI调节器对交轴电流的给定值进行实时修正，确保电机输出转矩在电机参数存在误差的情况下，依然能够快速精确的跟踪上转矩指令，进而实现驱动系统的高精度转矩闭环控制。

本发明提供了一种车用内置式永磁同步电机驱动系统转矩闭环控制方法，包括如下步骤：

a.利用交直轴电流和电压的幅值与相位校正技术，对内置式永磁同步电机的输入功率进行精确计算；其中的交直轴电流和电压的幅值与相位校正技术，不仅提高了电机输入功率计算的精确性，而且提升了驱动系统的控制性能和运行效率。

b.对内置式永磁同步电机的损耗进行建模与计算，包括铜耗、铁耗、杂散损耗及机械损耗，并给出相关参数的经验值或实验获取方法；

c.基于步骤a和b的计算结果对转矩观测器进行设计，实现电机输出转矩的精确观测；

d.基于步骤c获得的转矩观测器，通过转矩闭环PI调节器对交轴电流的给定值进行实时修正，并结合最大转矩电流比算法和双电流环弱磁控制技术，实现驱动系统的高精度转矩闭环控制；其中电机参数如永磁体磁链、交直轴电感存在较大误差的情况下，依然通过转矩闭环PI调节器使输出转矩快速精确的跟踪上转矩指令，实现高精度的转矩闭环控制；

e.建立电流环的频域模型，依据PI调节器工程设计方法，推导出电流环PI参数的数学表达式；电流环频域模型考虑了逆变器、系统延迟、死区时间及滤波延时等非理想因素的影响，所设计的PI调节器具有最优的开环幅频特性；