[发明专利]一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法，其特征在于：

所述的控制方法包括：

过程一：以永磁同步电机的T-ω外特性及电机控制器的容量共同作为约束条件，完成永磁同步电机驱动系统的最大制动转矩指令值的求解，得到的最大制动转矩指令值随电机角速度的变化进行自动更新；

过程二：通过对永磁同步电机的单位功率因数控制律的设计以及电机电感L_d、L_q随电流i_d、i_q变化规律的求解，基于在线计算的方式实现了与最大制动转矩对应的电流指令值的实时计算，完成对永磁电机驱动系统最大制动转矩的精确控制，在全转速范围内实现对最大制动转矩的优化控制。

2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法，其特征在于：

所述过程一包括以下步骤：

步骤1：以控制器容量为约束条件计算电机的最大制动转矩

根据控制器容量S求解电机最大制动转矩T_ec，表达式为：

其中，S为电机控制器的容量，单位为kVA；T_ec为以控制器容量为约束条件得到的电机的最大制动转矩，ω为电机的机械角速度；

步骤2：以永磁同步电机的T-ω外特性为约束条件计算电机的最大制动转矩

根据已知的永磁同步电机的T-ω外特性曲线，得到永磁同步电机的转矩的解析表达式如下：

T_em＝f(ω)

其中，T_em为以永磁同步电机的T-ω外特性为约束条件计算出来的最大的制动转矩；

步骤3：计算得到永磁同步电机驱动系统的最大制动转矩

综合考虑电机控制器容量和电机的T-ω外特性，永磁同步电机驱动系统所能实现的最大制动转矩由所述步骤1、步骤2所得到的T_ec和T_em的最小值决定，表达式如下：

其中，为永磁同步电机驱动系统所能实现的最大制动转矩；ω为电机的机械角速度；

其中，所述过程一的步骤1-3中，所述ω由电机控制器通过对旋转变压器的输出信号进行实时计算得到；

在制动过程中，电机控制器根据检测到的电机的实时机械角速度ω自动动态更新最大制动转矩指令值从而实现电机全转速范围内的最大转矩的实时计算。

3.如权利要求2所述的一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法，其特征在于：

所述过程二包括以下步骤：

步骤1：获取基于单位功率因数控制律的永磁同步电机d、q轴电流分配律

采用单位功率因数控制律进行d-q轴电流分配获得单位功率因数电流控制律，表达式如下：

其中，i_d、i_q分别为定子电流的d、q轴分量；L_q为永磁同步电机的q轴电感；为电机转子的永磁磁链；

步骤2：获取永磁同步电机的电感L_d、L_q随电流i_d、i_q变化的函数表达式

永磁同步电机的定子d、q轴电感L_d、L_q由以下二次多项式表达：

将已知的电感随电流变化的各组数据分别代入上述二次多项式，并表示为如下矩阵形式：

其中，M、N分别是已知的、不同i_d、i_q电流下L_d、L_q的数据点的个数；L_di＝f_d(i_di,i_qi)为电流取值i_di、i_qi时的负载电机定子的d轴电感数值，i＝1,2,…,M；L_qj＝f_q(i_dj,i_qj)为电流取值为i_dj、i_qj时的负载电机定子的q轴电感数值，j＝1,2,…,N；

上式中，除矩阵A＝[a₂₀ a₀₂ a₁₁ a₁₀ a₀₁ a₀₀]^T、B＝[b₂₀ b₀₂ b₁₁ b₁₀ b₀₁ b₀₀]^T外，其他均为已知量，通过矩阵运算能得到矩阵A及矩阵B，进而得到L_d的二次多项式的系数a₂₀、a₀₂、a₁₁、a₁₀、a₀₁、a₀₀，以及L_q的二次多项式的系数b₂₀、b₀₂、b₁₁、b₁₀、b₀₁、b₀₀；

通过本步骤得到了电机的电感L_d、L_q随电机电流i_d、i_q变化的函数表达式；

步骤3：获取对应最大制动转矩的永磁同步电机的电流指令值i_d、i_q

永磁同步电机的转矩表达式为：

其中，T_e为永磁同步电机的转矩；i_d、i_q为负载电机定子电流的d、q轴分量；L_d、L_q为负电机的d、q轴电感；n_p和分别为电机转子磁极的极对数和转子永磁磁链，对于确定型号的永磁同步电机而言，两者均为常数；

联立过程二中的步骤1-3的方程如下：

将过程一的步骤3中得到的永磁同步电机驱动系统能实现的最大制动转矩代入上式，即，通过解方程得到与所述最大制动转矩所对应的电流i_d、i_q，分别记录为

将上述计算得到的与弱磁环PI调节器的输出Δi_d相加得到d轴电流的指令值即，将所述作为永磁同步电机d、q轴电流的指令值加载到电流内环上；

步骤4：完成永磁同步电机的闭环控制

将电机控制器的电流采样电路采样得到的永磁同步电机的三相电流采样值，经过Clark、Park坐标变换，得到d-q轴坐标系下的电流采样值i_d与i_q，将步骤3中得到的永磁同步电机定子电流d、q轴分量的指令值分别与该电流采样值i_d、i_q作差，并通过电机控制器d、q轴电流调节器的闭环控制作用，得到电机的定子d、q轴电压指令信号u_d、u_q，表达式如下：

上式中，k_pd,k_id分别为d轴电流调节器比例系数和积分系数；k_pq,k_iq分别为q轴电流调节器比例系数和积分系数；

将计算得到的所述电压指令信号u_d、u_q作为后级SVPWM环节的输入，经过电机控制器主控单元中运行的空间矢量调制SVPWM策略的运算，生成6路PWM驱动控制信号，将PWM驱动信号输出到电机控制器的功率驱动电路上，通过功率驱动电路控制三相全控桥的开通与关断，实现对永磁同步电机的闭环控制。