[发明专利]一种大功率表面式永磁同步电机优化控制方法

摘要

本发明涉及永磁同步电机控制方法，具体是一种大功率表面式永磁同步电机优化控制方法。本发明解决了传统的永磁同步电机控制过程中因电机参数变化而造成解耦不准确的问题。一种大功率表面式永磁同步电机优化控制方法，该方法是采用如下步骤实现的a.参数的离线辨识过程；b.参数的在线辨识过程；c.参数的校正过程；d.永磁同步电机的运行控制过程。本发明适用于永磁同步电机的控制，尤其适用于大功率表面式永磁同步电机的控制。

主权项

一种大功率表面式永磁同步电机优化控制方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：步骤a在步骤d开始前运行；步骤b和步骤c在步骤d开始后与步骤d同时运行；a.参数的离线辨识过程：a1.在离线辨识开始时，根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查询定子的温度阻值对照表，得到定子电阻值Rs4；a2.定子电感的离线辨识过程：对永磁同步电机施加一个固定矢量的电压，并将该电压维持一定时间，由此对永磁同步电机的直轴进行定位；在定位过程中，永磁同步电机的永磁体磁链的直轴与所施加的电压方向一致，且永磁同步电机静止；此时，记录U相电流的稳态值；待定位结束后，停止对永磁同步电机施加电压，使得定子电流逐渐下降至零；此时，重新对永磁同步电机施加一个相同矢量的电压，使得定子电流逐渐上升并稳定，同时测量得到U相电流从施加电压开始到达稳态值的0.632倍时所需的时间t0.632；根据公式(1)，辨识得到离线的定子电感值公式(1)表示为：Ls1^=Rs4t0.632---(1);]]>a3.永磁体磁链的离线辨识过程：永磁同步电机的数学模型表示为：ud=Rsid+Ldpid-ωLqiquq=Rsiq+Lqpiq+ωLdid+ωψf---(2);]]>当永磁同步电机采用id＝0控制，且运行到稳定状态时，Rsid＝0、Ldpid＝0、Lqpiq＝0、ωLdid＝0，公式(2)由此简化为：ud=ωLqiquq=Rsiq+ωψf---(3);]]>由可得：ψf=us2-(ωLqiq)2-Rsiqω=us2-(ωLqiq)2-Rsiq2πf---(4);]]>令永磁同步电机在id＝0且空载的情况下运行，则iq为极小值，且包含iq的项均可忽略，公式(4)由此等效为：ψf1^=usω=us2πf---(5);]]>公式(5)中：us表示定子电压值；ω表示电角速度；f表示定子频率；根据公式(5)，辨识得到离线的永磁体磁链值然后，关停永磁同步电机；b.参数的在线辨识过程：b1.采用模型参考自适应的方法，并采用通过Popov超稳定理论所得到的自适应率，得到在线辨识公式；在线辨识公式表示为：1L^s=1Ls_old+Ki2∫0t(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))dt+Kp2(ud(id-i^d)+uq(iq-i^q))---(6);]]>ψ^fL^s=ψf_oldLs_old-Ki3∫0tω(iq-i^q)dt-Kp3ω(iq-i^q)---(7);]]>ω^=ω(0)^+Ki4∫0t(idi^q-iqi^d-ψf^Ls^(iq-i^q))dt+Kp4(idi^q-iqi^d-ψf^Ls^(iq-i^q))---(8);]]>公式(6)‑(8)中：Ls_old表示上一拍估计出的定子电感值；ψf_old表示上一拍估计出的永磁体磁链值；表示上一拍估计出的电角速度值；表示本拍估计出的定子电感值；表示本拍估计出的永磁体磁链值；表示本拍估计出的电角速度值；表示在线辨识过程中估计出的定子电流励磁分量；表示在线辨识过程中估计出的定子电流转矩分量；和可根据电机的数学模型计算得到，其中会用到根据实时获取的永磁同步电机定子温度值T查表得到的定子电阻值Rs_new；b2.在永磁同步电机的运行控制过程中，实时获取d轴电压值ud、q轴电压值uq、定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq、电角速度值ω；将离线的定子电感值离线的永磁体磁链值作为在线辨识的初始值；设定三组PI参数：PI参数Ki2、PI参数Kp2、PI参数Ki3、PI参数Kp3、PI参数Ki4、PI参数Kp4；b3.根据公式(6)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old，辨识得到本拍估计出的定子电感值b4.根据公式(7)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的定子电感值Ls_old、上一拍估计出的永磁体磁链值ψf_old，辨识得到本拍估计出的永磁体磁链值b5.根据公式(8)、估计出的定子电流励磁分量估计出的定子电流转矩分量上一拍估计出的电角速度值本拍估计出的定子电感值本拍估计出的永磁体磁链值辨识得到本拍估计出的电角速度值c.参数的校正过程：c1.在离线辨识过程结束后运行永磁同步电机，将离线的定子电感值和离线的永磁体磁链值代入公式(8)来辨识永磁同步电机的电角速度；在辨识永磁同步电机的电角速度的过程中，不断调整公式(8)中的PI参数Ki4和PI参数Kp4，使得辨识得到的电角速度值与实时获取的电角速度值ω的差值的绝对值小于设定值ε1，由此确定PI参数Ki4和PI参数Kp4；c2.在永磁同步电机正式运行过程中实时获取电角速度值ω；将实时获取的电角速度值ω与本拍估计出的电角速度值作差得到差值Δω；c3.将差值Δω取绝对值后与设定值ε1作差得到差值a；c4.若差值a的平均值大于0，则表明在线辨识的精度未满足要求，此时调整公式(6)和公式(7)中的PI参数，并返回步骤b；若差值a的平均值小于等于0，则表明在线辨识的精度满足要求，此时将本拍估计出的定子电感值作为在线的定子电感值将本拍估计出的永磁体磁链值作为在线的永磁体磁链值并将在线的定子电感值在线的永磁体磁链值运用到永磁同步电机的运行控制过程中；d.永磁同步电机的运行控制过程：控制环节产生6路PWM信号，并通过6路PWM信号控制永磁同步电机的三相逆变器，由此控制永磁同步电机的运行；所述步骤d的控制算法如下：通过温度传感器实时获取永磁同步电机定子温度值T；通过旋转变压器实时获取电角速度值ω、转子位置信息θ；给定电角速度值ω*与电角速度值ω的差值通过PI调节器实时计算得到参考定子电流转矩分量通过电流传感器实时获取U相电流值iu、V相电流值iv、W相电流值iw；U相电流值iu、V相电流值iv、W相电流值iw通过3s/2s变换器实时变换得到α轴电流值isα、β轴电流值isβ；α轴电流值isα、β轴电流值isβ通过2s/2r变换器实时变换得到定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq；定子电流励磁分量id、定子电流转矩分量iq、参考定子电流励磁分量参考定子电流转矩分量离线的定子电感值离线的永磁体磁链值在线的定子电感值在线的永磁体磁链值查表得到的定子电阻值Rs_new、电角速度值ω通过复合控制器实时计算得到d轴电压值ud、q轴电压值uq；d轴电压值ud、q轴电压值uq通过2r/2s变换器实时变换得到α轴电压值usα、β轴电压值usβ；α轴电压值usα、β轴电压值usβ通过复合PWM调制部分实时产生6路PWM信号；所述复合控制器的控制算法如下：id1＝Fr1(s)*id        (9)；Fr1(s)=α1s+1λ1s+1---(10);]]>iq1＝Fr2(s)*iq          (11)；Fr2(s)=α2s+1λ2s+1---(12);]]>ud=(i*d-id1)*PI1-(i*q-iq1)*PI2*ωLq3^Rs_new+Lq3^s---(13);]]>uq=(i*q-iq1)*PI2+(i*d-id1)*PI1*ωLd3^Rs_new+Ld3^s+ωψf3^---(14);]]>公式(9)‑(14)中：Fr1(s)表示第一滤波器的传递函数；Fr2(s)表示第二滤波器的传递函数；PI1表示第一PI调节器的传递函数；PI2表示第二PI调节器的传递函数；在参数的离线辨识过程结束后，在参数的在线辨识过程和校正过程结束后，所述第一PI调节器的控制参数采用如下方法进行微调：当永磁同步电机的运行处于稳态时，将参考定子电流励磁分量与定子电流励磁分量id的差值Δid进行多拍比较；若差值Δid的绝对值大于设定值ε3，则进一步微调第一PI调节器的控制参数，直至差值Δid小于设定值ε3；设定值ε3的选取根据具体工况确定；所述第二PI调节器的控制参数采用如下方法进行微调：当永磁同步电机的运行处于稳态时，将参考定子电流转矩分量与定子电流转矩分量iq的差值Δiq进行多拍比较；若差值Δiq的绝对值大于设定值ε4，则进一步微调第二PI调节器的控制参数，直至差值Δiq小于设定值ε4；设定值ε4的选取根据具体工况确定。