[发明专利]车载内置式永磁同步电机控制方法

权利要求书

1.一种车载内置式永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、建立永磁同步电机数学模型，其中包括定子电压方程模型、电磁转矩方程模型和转矩平衡方程模型；

步骤二、基于转速误差，设计滑模面和滑模控制律，对电机电磁转矩实现滑模控制；

步骤三、基于电磁转矩值T_e，以最大转矩电流比策略为依据，分解得到交轴电流i_q和直轴电流i_d；

步骤四、基于交轴电流i_q、直轴电流i_d、直流母线电压U_dc、交直轴电压给定U'_q和U'_d，以弱磁模型为依据分解得到交直轴电流给定值和

步骤五、基于交直轴电流给定值和经电流环抗饱和调节器和电压前馈解耦环节共同作用分解得到交直轴电压给定U'_q和U'_d；

步骤六、基于电压给定U'_q和U'_d，经坐标变换得到两相静止电压U_α和U_β，以U_α和U_β为输入，经过调制模型后得到三相给定电压U_a、U_b、U_c驱动逆变器和电机工作，

步骤一中，

定子电压方程为：

电磁转矩方程为：

式中，R_s—定子电阻；p＝d/dt—微分算子；i_d，i_q，L_d，L_q—直轴和交轴电流及电感；ω_e＝n_p·ω_r，ω_e为电角速度，n_p为电机极对数，ω_r为机械角速度；ψ_f—转子永磁体与定子绕组交链的磁链，ψ_d为定子磁链的直轴分量，ψ_q为定子磁链的交轴分量，

三相永磁同步电机的转矩方程如下：

其中，J为转动惯量，T_L为负载转矩，

步骤二中，

令e为转速误差，则由公式(3)可得：

式中为转速误差的变化率，为转速误差的二阶导数，为电机转速给定值，令则公式(4)可整理为：

设计滑模面为其中c必须满足Hurwitz条件，即c＞0，根据李雅普洛夫稳定性判据，当李雅普诺夫函数V正定并具有连续的一阶偏导数，而V的一阶偏导数半负定，那么它就是稳定的，定义李雅普洛夫函数为则为保证设计滑模控制律为：

步骤三中，

依据以下式(7)和式(8)建立最大转矩电流比模型，

步骤四中，比较与的大小来决定系统的运行阶段，当时，说明此时电机端电压小于电压极限值U_smax，采用最大转矩电流比控制策略；当时，说明此时电机端电压达到极限值U_smax，采用弱磁控制策略，当时，取其差值经积分调节器输出角度θ后重新分配i_q的电流，角度θ的取值范围是-π/2到0之间，使原来的i_q一部分作为i_d的去磁分量，同时i_q自身分量也减小，实现弱磁升速。

2.如权利要求1所述的车载内置式永磁同步电机控制方法，其特征在于：

步骤五中，

电压前馈解耦

根据公式(1)得到

式中—直轴电流变化率；

—交轴电流变化率，

式(9)中的U_d为直轴电流环调节器的输出值，U_q为交轴电流环调节器的输出值，

补偿后的电压给定值为

式中,U′_d—补偿后的直轴电压值；

U′_q—补偿后的交轴电压值，

将公式(10)带入公式(9)得到

3.如权利要求2所述的车载内置式永磁同步电机控制方法，其特征在于：

步骤六中，

在实际过程中，当电机运行在弱磁阶段时，给定电压一般较大，因此会出现过调制现象，当出现过调制时需对T_x、T_y进行调整，为了进一步提高对逆变器直流母线电压的利用率，提高弱磁升速宽度，采用一种SVPWM过调制方法对直流母线电压进行逆变，具体如下所示，

(a)T_x＞T_y时

当T_x+T_y/2＞T_s时，此时T_x＝T_s，T_y＝0；

当T_x+T_y/2＜T_s并且T_x+T_y＞T_s时说明过调制，此时T_x'＝[T_x/(T_x+T_y)]·T_s，T_y'＝[T_y/(T_x+T_y)]·T_s；

当T_x+T_y/2＜T_s并且T_x+T_y＜T_s时说明没有过调制，此时T_x＝T_x,T_y＝T_y，

(b)T_x＜T_y时

当T_x/2+T_y＞T_s时，此时T_x＝0,T_y＝T_s；

当T_x/2+T_y＜T_s并且T_x+T_y＞T_s时说明过调制，此时T_x'＝[T_x/(T_x+T_y)]·T_s，T_y'＝[T_y/(T_x+T_y)]·T_s；

当T_x/2+T_y＜T_s并且T_x+T_y＜T_s时说明没有过调制，此时T_x＝T_x,T_y＝T_y，

其中，T_x为期望电压矢量下部相邻轴上的电压分量；T_y为期望电压矢量上部相邻轴上的电压分量；T_s为采样周期。