[发明专利]一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法。该方法以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出设计弱磁调节器。当电压达到最大值时启动弱磁调节器。还设置了转速偏差阈值，若转速偏差大于该阈值，弱磁调节器做比例运算，若转速偏差小于该阈值，弱磁调节器做积分运算。相比常用的永磁同步电机弱磁控制方法具有以下优点：无需电机参数，方法简单、易于实现。

技术领域

本发明属于交流电机传动技术领域，涉及永磁同步电机矢量控制系统控制方法，特别是涉及能够实现永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制的方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有高功率密度、高可靠性和高效率的特点，在要求宽调速范围、快响应及高精度的伺服驱动系统中得到广泛应用，近年来开始应用在电动汽车领域。

永磁同步电机普遍采用直轴电流i_d＝0的矢量控制方法，由三相电压源型逆变器供电。在直流母线电压一定的情况下，逆变器能输出的最大电压是一定的，当输出电压达到最大值，会引起交轴电流调节器的饱和。为了获得更宽的转速调节范围，在基速以上高速运行时就需要对电机进行弱磁控制。

现有技术中一般是通过增加定子直轴电流去磁分量来维持高速运行时的电压平衡，常用的弱磁控制方法有公式计算法、查表法和电流角度法等。公式计算法根据电机交直轴电感、永磁磁链、电压极限值等参数，通过公式计算直轴电流给定。查表法根据磁链的变化，及磁链与转矩、电流之间的关系，通过大量实验测试，选取一些转速点来测量得到三者之间的数据关系，形成数据表。梯度下降法是根据永磁同步电机的电压极限椭圆的电压递减方向和恒转矩运行曲线方向之间的夹角大小确定电机运行所在的弱磁区域，通过公式计算两者之间的夹角，然后根据所在的弱磁区域，作相应的电流给定值修正。

上述方法在实施过程中有的需要使用到电机参数，而电机参数在电机运行过程中存在时变，难以确定，有的方法本身比较复杂、难以实现。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，设计了以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出的弱磁调节器，在输出电压达到最大值时启动，以提高转速，获得更宽的转速调节范围。

一种永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、以转速偏差为输入、以负向直轴电流给定为输出设计弱磁调节器，设定转速偏差阈值N和弱磁调节器的比例系数k_p与积分系数k_i。

所述转速偏差阈值N与额定转速成比例关系，为额定转速的0.0％～10.0％。

设置比例系数k_p的取值范围为[0.0,20.0]，积分系数k_i的取值范围为[0.0,10.0]。

作为优选，所述转速偏差阈值N为额定转速的2.0％，比例系数k_p和积分系数k_i均为1.0。

步骤二、采用恒相幅值坐标变换，计算输出电压u_s：

当u_s0.66U_dc时，保持直轴电流给定i_dr＝0的矢量控制方法；当u_s≥0.66U_dc时，启动弱磁控制单元，并进入步骤三。

其中，u_d为直轴电压，u_q为交轴电压，U_dc为直流母线电压，i_dr为直轴电流给定。

步骤三、计算转速给定值n_r与转速反馈值n间的转速偏差值，并与步骤一中设定的转速偏差阈值N进行比较，控制弱磁调节器以不同方式输出直轴电流给定i_dr：