[发明专利]用于永磁同步电机驱动系统的稳定性分析方法及系统

说明书

本发明提供一种用于永磁同步电机驱动系统的稳定性分析方法及系统，所述方法包括步骤建立永磁同步电机驱动系统模型，还包括步骤：根据所述永磁同步电机驱动系统模型，采用Nyquist稳定判据对永磁同步电机驱动系统进行稳定性分析，得到永磁同步电机驱动系统的稳定条件。本发明所提稳定条件对滤波器、电机、控制器等参数均做出了限制，为永磁同步电机驱动系统的设计提供了依据。

技术领域

本发明涉及稳定性分析领域，具体涉及用于永磁同步电机驱动系统的稳定性分析方法及系统。

背景技术

永磁同步电机由于其自身的高效率、高响应和高功率密度等优点，被广泛应用于电动汽车、全电推进舰船与多电飞机等领域。永磁同步电机驱动系统通常由逆变器、控制器及永磁同步电机构成，是一个复杂的非线性系统。永磁同步电机通常采用严格的双闭环控制，使得负载功率恒定，电压下降时电流上升，因此呈现负阻抗特性。研究表明，负阻抗特性导致系统稳定性下降，严重时甚至导致母线电压的振荡或塌陷，造成保护设备误动作或者用电设备损坏，给系统的稳定运行带来负面影响。针对这些问题，许多学者做了大量的研究，主要可以分为大信号稳定性分析及小信号稳定性分析。大信号稳定性分析采用等效负电阻或电流源进行分析，根据Lypunov稳定判据分析系统稳定性。这种方法适用于低频大信号扰动时的系统稳定性分析，缺乏对于高频小信号扰动的分析。小信号稳定性分析通过建立系统的小信号模型，依据阻抗分析法建立系统的传递函数模型，根据Nyquist稳定判据分析系统稳定性，这种方法适用于高频小信号扰动时的系统稳定性分析，但是分析过程复杂，计算难度大。

发明内容

本发明提供了一种用于永磁同步电机驱动系统的稳定性分析方法及系统，所述方法建立了系统整体数学模型，明确了永磁同步电机驱动系统的系统稳定条件，可以通过判断永磁同步电机是否满足所述稳定条件简便快捷的判断系统的稳定性，为永磁同步电机驱动系统设计提供了理论依据。

本发明的第一方面提供一种用于永磁同步电机驱动系统的稳定性分析方法，所述方法包括步骤：

建立永磁同步电机驱动系统模型；

根据所述永磁同步电机驱动系统模型，采用Nyquist稳定判据对永磁同步电机驱动系统进行稳定性分析，得到永磁同步电机驱动系统的稳定条件。

优选的是，建立永磁同步电机驱动系统模型包括步骤：

建立永磁同步电机的数学模型及小信号模型；

建立逆变器的数学模型及小信号模型；

建立控制器的数学模型及小信号模型；

建立永磁同步电机驱动系统的导纳模型。

在上述任一方案中优选的是，建立永磁同步电机的数学模型及小信号模型包括：

(11)确定永磁同步电机在dq坐标系下的定子电流方程为：其中，i_d、i_q分别为dq轴定子电流；u_d、u_q分别为dq轴定子电压；R_s为定子电阻，L_d、L_q分别为dq轴电感，ψ_f为永磁体磁链，ω_e为电机电角速度；

(12)对所述永磁同步电机在dq坐标系下的定子电流方程进行Laplace变换，得到i_d、i_q与u_d、u_q间的传递函数：

(13)将dq轴电压电流分别表示为X+δx的形式，其中X为稳态工作点，δx为小信号扰动。根据永磁同步电机的定子电流方程，定子电压的稳态工作点为：相应的小信号模型为：/

在上述任一方案中优选的是，建立逆变器的数学模型及小信号模型包括：