[发明专利]一种多相永磁同步电机的闭环相位补偿控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种多相永磁同步电机的闭环相位补偿控制方法及装置。本发明根据开环电压给定算法在各谐波平面约定的电压d‑q分量和参考电压矢量数学关系，建立闭环系统约定电压d‑q分量和实际电压d‑q分量的数学关系，从而得到约定电压α‑β分量和实际电压d‑q分量的数学关系。在多相永磁同步电机实际闭环控制系统中，引入一个相位补偿角在各谐波平面算法脉宽调制时叠加电机实际反馈角θ_r，以补偿实际电压d‑q分量大小及符号关系对U_αβ的影响。本发明将传统算法的开环电压给定方式拓展到了闭环d‑q电压跟踪方式。

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种多相永磁同步电机的闭环相位补偿控制方法及装置。

背景技术

相数大于3的多相系统具有低压器件实现大功率、转矩性能好和缺相容错运行等优点，使其在电压受限的大功率和高可靠性工业应用场合备受青睐。永磁电机优越的可控性，使其在越来越多的工业场景中得到应用。多相永磁同步电机兼具永磁电机可控性好和多相电机可靠性高的优点，因此具有广阔的应用前景。当前多相永磁同步电机多采用基波正弦供电，没有发挥其最佳性能。

相比传统三相电机，多相电机具有更多的设计和控制自由度，方波绕组电机通过方波非正弦供电，能够实现最佳性能，可以通过谐波注入方波供电技术实现。传统的非正弦供电技术基于多相异步电机开环电压参考矢量给定方式，在多相永磁同步电机的闭环下无法正常工作。而多相永磁同步电机必须采用闭环控制方式，以防止电机发生失步引起的失控和安全问题。实际上，对于开环电压给定方式的多相电机控制算法，均需要各谐波平面单独补偿实际电压d-q分量大小及符号关系对U_αβ的影响。

在谐波注入非正弦供电技术中，谐波磁场的相位和幅值将作用于气隙磁密和轭部磁密，非正弦供电时除了选择合适的谐波电流注入系数，相位关系也必须得到保证。而基于开环电压给定的谐波注入非正弦供电算法，约定电压d-q输入分量和参考矢量的关系为：

由反旋转变换关系，可以得到约定的d-q平面和α-β平面数学关系：

而在多相永磁同步电机的闭环控制中，应有电压给定参考矢量V_refk与各谐波平面实际电压d-q分量的关系为：

即该算法只适应只有给定的情况下，而对于实际闭环控制下，和将由对应谐波平面电流环根据电流误差经PI环节得到，为一动态调节值。因此，基于给定电压矢量的谐波注入非正弦供电技术不能分别对u_dk和u_qk进行控制，即不能对电流环进行准确的响应，产生畸变的电压波形，电机供电的谐波相位相互之间不满足要求，达不到电压谐波优化的目的。此外，当前基于开环电压矢量给定方式的算法均约定了电压d-q给定方式，在永磁同步电机的闭环控制环境下难以直接拓展应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多相永磁同步电机的闭环相位补偿控制装置和方法，由此解决现有技术难以拓展开环电压矢量给定算法提高多相永磁同步电机铁心利用率、输出转矩和功率密度等问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种多相永磁同步电机的闭环相位补偿控制方法，所述多相永磁同步电机的相数n大于3且为奇数，其存在(n-1)/2个谐波平面，包括以下步骤：

(1)根据电机转速反馈值和电机转速给定值之间的误差值，确定电枢电流给定值，基于电枢电流给定值确定各谐波平面d轴给定电流和各谐波平面q轴给定电流；

(2)将静止相坐标轴系下的电机n相电流变换为旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量；根据旋转正交d-q轴系下各谐波平面电流分量的d轴电流分量q轴电流分量，分别确定各谐波平面d轴电流反馈值和各谐波平面q轴电流反馈值；