[发明专利]基于负载观测器的永磁同步电机单电流弱磁控制方法

说明书

本发明为基于负载观测器的永磁同步电机单电流弱磁控制方法，该方法包括以下内容：通过对拖实验测定电机外特性，绘制在isubgt;d/subgt;‑isubgt;q/subgt;电流坐标系下，改变负载转矩的值Tsubgt;L/subgt;，测得电机运行于电压边际轨迹时的交轴电压值Usubgt;q/subgt;，得到一组Tsubgt;L/subgt;与Usubgt;q/subgt;一一对应的数据表；实际电机工作时通过将实际转速和实际电流值输入转矩观测器，由转矩观测器输出实时转矩的观测值再根据数据表，输入转矩的观测值得到唯一确定的一个电机交轴参考电压把电机交轴参考电压的值作为逆变器SVPWM调制的指令值，进而控制永磁同步电机运行。该方法通过转矩观测器对电机运行轨迹的优化提高了电机处于轻度和中度负载下的高速运行效率，同时避免了电流调节器长期处于饱和区。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机弱磁控制领域，尤其涉及一种基于负载观测器的永磁同步电机单电流弱磁控制方法。

背景技术

永磁同步电机在工业应用中，由于电机输入电压受限于逆变器直流侧电压以及电机绝缘等级，想使电机达到高速，最常用的方法是应用弱磁控制。当电机处于弱磁状态时，转速愈高，直轴电流与交轴电流之间的耦合会愈严重。传统的双电流调节器之间的竞争会使系统极不易稳定以至于失控，于是在2005年俄亥俄州立大学提出使用单电流调节器以拓展工业上的应用。

单电流调节器控制策略中，只利用直轴电流调节器，控制定子电流的直轴分量，利用定-交轴分量之间的耦合关系，同时实现弱磁和转速的控制。在电机弱磁调速过程中，通过直轴电流调节器的输出调节直轴电压，改变电机运行状态，而交轴电压不再由交轴电流调节器根据反馈闭环调节，而是直接通过计算公式给交轴电压赋值。这样不仅避免了定-交轴两个电流调节器互相干扰和冲突影响，而且避免了电机在弱磁升速过程中转速失控的情况发生。

永磁同步电机可以分为内置式永磁同步电机和表贴式永磁同步电机。同步电机电感分为L_d和L_q，特别的是表贴式永磁同步电机有L_s＝L_d＝L_q关系。当永磁同步电机运行在稳态的时候，直轴电流和交轴电流存在着线性关系，称此直线为电机运行轨迹：

式中

i_q，i_d——电机稳态运行时的定子电流交轴和直轴分量

R_s——电机定子电阻

L_d，L_q——电机定子直轴和交轴电感

ω_e——电机电角速度

ψ_f——永磁体产生的过定子磁链

——给定交轴电压值

即在图1中，电机运行轨迹在同步旋转坐标系中是一条直线。在此坐标系下描绘电机本身的忽略定子压降的电压限制椭圆：

U_smax——电机最大定子电压，

电机的电压限制是由于驱动系统的限制和电机本身的绝缘等级造成的。特别地，当电机为表贴式永磁同步电机时，由于L_s＝L_d＝L_q，上述椭圆退化为圆；当电机为内置式永磁同步电机时，由于L_d＜L_q，电压限制区域仍为椭圆。文献[1]中介绍了一种交轴电压给定方法，把虚拟电阻理论引入电机控制领域，交轴电压指令可以通过式(3)给定：

考虑定子电阻压降，b的精确值为等式(4)，