具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)和方法，采取的技術(shù)方案主要為，在弱磁環(huán)程序中設(shè)置滯環(huán)濾波時間tfl和tfh，通過直軸電壓Vd_ref和交軸電壓Vq_ref計算合成電壓矢量Vs，持續(xù)比較Vs的幅值與基準(zhǔn)電壓Vb的大小關(guān)系，然后判斷該關(guān)系的持續(xù)時間ts是否達(dá)到滯環(huán)濾波時間tfl（或tfh），最后基于該結(jié)果進行弱磁環(huán)的閉環(huán)控制。本發(fā)明用于永磁同步電機的弱磁擴速技術(shù)，將滯環(huán)濾波引入弱磁控制環(huán)節(jié)，可以有效的避免由于瞬間干擾或抖動等因素導(dǎo)致的錯誤控制指令，使電機在弱磁環(huán)運行的穩(wěn)定性和可靠性得到改善，對電動汽車的穩(wěn)定控制具有重要意義。
【專利說明】具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源汽車驅(qū)動電機系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，純電動汽車具有低噪聲、零排放等優(yōu)點，大力發(fā)展純電動汽車對緩解能源危機和減輕環(huán)境污染具有重要的意義。永磁同步電機具有的高功率密度和高效率等優(yōu)點，使其在電動汽車的控制領(lǐng)域備受關(guān)注。為了獲得較寬的調(diào)速范圍，當(dāng)電機在基速以上運行時需要進行弱磁控制，然而由于永磁同步電機的勵磁磁動勢由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，所以只能通過調(diào)節(jié)定子直軸去磁電流分量來維持電機在高速運行時的電壓平衡，以此實現(xiàn)弱磁擴速。
[0003]現(xiàn)有的針對永磁同步電機的弱磁控制方法主要采用開環(huán)控制或簡單的閉環(huán)PI控制；前者需要通過試驗測試高速弱磁點的參數(shù)，工作量大，計算復(fù)雜，且受環(huán)境等因素的影響較大，后者雖然克服了前者的諸多缺陷，但是無法避免由于瞬間干擾或抖動等因素導(dǎo)致的錯誤控制指令。如
【公開日】為2010年01月13日，申請?zhí)枮?00910041656.7的中國發(fā)明專利文獻，具體公開了一種基于永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)主要包括依次相連的扭矩輸入模塊、扭矩-電流查表模塊矢量控制和解耦模塊、空間矢量脈寬調(diào)制和逆變器模塊以及永磁同步電機，該技術(shù)方案雖然可以有效地避免由于逆變器的飽和所引起的電機控制器錯誤的發(fā)生，為逆變器提供較大的裕量使其遠(yuǎn)離飽和區(qū)，但是無法避免由于瞬間干擾或抖動等因素導(dǎo)致的錯誤控制指令，并且控制執(zhí)行效率較低，可移植性不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述缺點，提供一種具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機弱磁控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)可以將滯環(huán)濾波引入弱磁閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，使電機在弱磁環(huán)運行的穩(wěn)定性和可靠性得到改善。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:包括I,調(diào)整模塊、t匕例積分PI控制模塊、坐標(biāo)變換模塊一、坐標(biāo)變換模塊二、脈寬調(diào)制及逆變模塊、永磁同步電機、坐標(biāo)變換模塊、合成電壓矢量幅值比較模塊、滯環(huán)濾波模塊、弱磁控制模塊；
I,調(diào)整模塊，用于計算交軸電流最終給定值;具體是利用永磁同步電機的交軸電流原始給定值I,—M、經(jīng)初始給定值Id—M與弱磁控制模塊輸出量累加后的新的直軸電流給定值Id—10ef*與I,—的合成電流矢量所允許的最大值Ismax，計算交軸電流最終給定值
Iq_ref* >
PI控制模塊，用于電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，并輸出交軸電壓Vurf和直軸電壓vd—給定值；
坐標(biāo)變換模塊一，用于PARK (PARK為人名)逆變換；
脈寬調(diào)制及逆變模塊，用于生成三相控制電流；坐標(biāo)變換模塊二，用于CLARKE/PARK (CLARKE/PARK均為人名)變換；
滯環(huán)濾波模塊，用于濾除系統(tǒng)瞬間干擾或抖動；
合成電壓矢量幅值比較模塊，用于計算滯環(huán)濾波模塊的輸入量；
弱磁控制模塊，用于計算弱磁環(huán)輸出電流Ifw ；
Iq調(diào)整模塊的輸入端接入永磁同步電機的交軸電流原始給定值Igrf、新的直軸電流給定值Id—I,調(diào)整模塊輸出Ig.，I,調(diào)整模塊的輸出端連接至減法器正向輸入端；
PI控制模塊的輸入端接入減法器輸出端，PI控制模塊的輸出端輸出交軸電壓Vgef和直軸電壓Vd M并同時連接至坐標(biāo)變換模塊一與合成電壓矢量幅值比較模塊；
坐標(biāo)變換模塊一的輸入端接入PI控制模塊輸出端的交軸電壓Vgef和直軸電壓Vd Mf，坐標(biāo)變換模塊的輸出端輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α β下的電&να—%與￥0—M并連接至脈寬調(diào)制及逆變模塊；
脈寬調(diào)制及逆變模塊的輸入端接入坐標(biāo)變換模塊一輸出端的兩相靜止直角坐標(biāo)系α β下的電壓Va—μ與Ve—Mf，脈寬調(diào)制及逆變模塊的輸出端輸出三相交流電并連接至永磁同步電機；
坐標(biāo)變換模塊二的輸入端接入永磁同步電機的三相交流電流，坐標(biāo)變換模塊二的輸出端輸出交軸電流反饋值I,—f與直軸電流反饋值Id—f并連接至減法器的負(fù)向輸入端；
合成電壓矢量幅值比較模塊的輸入端接入PI控制模塊輸出端的交軸電壓Vqjrf和直軸電壓Vd M，合成電壓矢量幅值比較模塊的輸出端輸出比較值Vsb并連接至滯環(huán)濾波模塊；滯環(huán)濾波模塊的輸入端接入合成電壓矢量幅值比較模塊輸出的比較值Vsb，滯環(huán)濾波模塊的輸出端輸出滯環(huán)濾波后的電壓Vsf并連接至弱磁控制模塊；
弱磁控制模塊的輸入端接入滯環(huán)濾波模塊輸出的滯環(huán)濾波后的電壓Vsf，弱磁控制模塊的輸出端輸出弱磁電流Ifw并連接至加法器。
[0006]所述滯環(huán)濾波模塊設(shè)置有滯環(huán)濾波時間。
[0007]所述合成電壓矢量幅值比較模塊設(shè)置有輸出狀態(tài)計時器。
[0008]所述弱磁控制模塊設(shè)置有弱磁PI調(diào)節(jié)器輸出使能功能。
[0009]所述弱磁控制系統(tǒng)的控制方法是:
合成電壓矢量幅值比較模塊根據(jù)PI控制模塊輸出的交軸電壓Vg_ref和直軸電壓Vd—計算合成電壓矢量Vs，并將合成電壓矢量Vs與基準(zhǔn)電壓Vb作差輸出比較值Vsb ；
滯環(huán)濾波模塊根據(jù)合成電壓矢量幅值比較模塊的輸出狀態(tài)計時器的時間ts與滯環(huán)濾波時間的比較結(jié)果決定輸出；
弱磁控制模塊通過弱磁PI調(diào)節(jié)器輸出使能功能決定弱磁控制模塊的弱磁輸出電流
Ifw ;
I,調(diào)整模塊通過弱磁控制模塊的輸出Ifw與直軸電流原始給定值Id—M疊加計算新的直軸電流給定值Id—并通過交軸電流原始給定值Iq—M和新的直軸電流給定值Id—以及合成電流矢量所允許的最大值Ismax，共同確定交軸電流最終給定值I,—
[0010]所述新的直軸電流給定值Idjef*為:Idjew=Idjef+ Ifw。
[0011]所述交軸電流最終給定值為:
(I)如果
【權(quán)利要求】
1.具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:包括Iq調(diào)整模塊(1)、PI控制模塊(2 )、坐標(biāo)變換模塊一(3 )、坐標(biāo)變換模塊二( 6 )、脈寬調(diào)制及逆變模塊(4)、永磁同步電機(5 )、坐標(biāo)變換模塊、合成電壓矢量幅值比較模塊(7 )、滯環(huán)濾波模塊(8 )、弱磁控制模塊(9)； Iq調(diào)整模塊(1)，用于計算交軸電流最終給定值I,—具體是利用永磁同步電機(5)的交軸電流原始給定值Igm經(jīng)初始給定值Id—%與弱磁控制模塊(9)輸出量累加后的新的直軸電流給定值Id—Mf、10ef*與Igrf*的合成電流矢量所允許的最大值Ismax，計算交軸電流最終給定值I,—; PI控制模塊(2)，用于電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，并輸出交軸電壓Vqref和直軸電壓VdMf給定值； 坐標(biāo)變換模塊一(3 )，用于PARK逆變換； 脈寬調(diào)制及逆變模塊(4)，用于生成三相控制電流； 坐標(biāo)變換模塊二( 6 )，用于CLARKE/PARK變換； 滯環(huán)濾波模塊(8)，用于濾除系統(tǒng)瞬間干擾或抖動； 合成電壓矢量幅值比較模塊(7)，用于計算滯環(huán)濾波模塊(8)的輸入量； 弱磁控制模塊(9)，用于計算弱磁環(huán)輸出電流Ifw ； Iq調(diào)整模塊(1)的輸入端接入永磁同步電機(5)的交軸電流原始給定值Iq 、新的直軸電流給定值Id—Iq調(diào)整模塊(1)輸出電流Iq—Iq調(diào)整模塊(1)的輸出端連接至減法器正向輸入端； PI控制模塊(2)的輸入端接入減法器輸出端，PI控制模塊(2)的輸出端輸出交軸電壓Vgef和直軸電壓Vd M并同時連接至坐標(biāo)變換模塊一(3 )與合成電壓矢量幅值比較模塊(7)； 坐標(biāo)變換模塊一(3)的輸入端接入PI控制模塊(2)輸出端的交軸電壓Vgrf和直軸電SVd Mf，坐標(biāo)變換模塊的輸出端輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α β下的電SVa—%與Ve—%并連接至脈寬調(diào)制及逆變模塊(4)； 脈寬調(diào)制及逆變模塊(4)的輸入端接入坐標(biāo)變換模塊一(3)輸出端的兩相靜止直角坐標(biāo)系α β下的電壓Mf，脈寬調(diào)制及逆變模塊(4)的輸出端輸出三相交流電并連接至永磁同步電機(5)； 坐標(biāo)變換模塊二(6)的輸入端接入永磁同步電機(5)的三相交流電流，坐標(biāo)變換模塊二(6)的輸出端輸出交軸電流反饋值Iu與直軸電流反饋值Id f并連接至減法器的負(fù)向輸入端; 合成電壓矢量幅值比較模塊(7)的輸入端接入PI控制模塊(2)輸出端的交軸電壓ref和直軸電壓Vd—Mf，合成電壓矢量幅值比較模塊(7)的輸出端輸出比較值Vsb并連接至滯環(huán)濾波模塊(8)； 滯環(huán)濾波模塊(8)的輸入端接入合成電壓矢量幅值比較模塊(7)輸出的比較值Vsb，滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出端輸出滯環(huán)濾波后的電壓Vsf并連接至弱磁控制模塊(9)； 弱磁控制模塊(9)的輸入端接入滯環(huán)濾波模塊(8)輸出的滯環(huán)濾波后的電壓Vsf，弱磁控制模塊(9)的輸出端輸出弱磁電流Ifw并連接至加法器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述滯環(huán)濾波模塊(8)設(shè)置有滯環(huán)濾波時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述合成電壓矢量幅值比較模塊(7)設(shè)置有輸出狀態(tài)計時器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述弱磁控制模塊(9)設(shè)置有弱磁PI調(diào)節(jié)器輸出使能功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:所述弱磁控制系統(tǒng)的控制方法是: 合成電壓矢量幅值比較模塊(7)根據(jù)PI控制模塊(2)輸出的交軸電壓Vgrf和直軸電壓Vd—%計算合成電壓矢量Vs，并將合成電壓矢量Vs與基準(zhǔn)電壓Vb作差輸出比較值Vsb ； 滯環(huán)濾波模塊(8)根據(jù)合成電壓矢量幅值比較模塊(7)的輸出狀態(tài)計時器的時間ts與滯環(huán)濾波時間的比較結(jié)果決定輸出； 弱磁控制模塊(9)通過弱磁PI調(diào)節(jié)器輸出使能功能決定弱磁控制模塊(9)的弱磁輸出電流Ifw ; Iq調(diào)整模塊(I)通過弱磁控制模塊(9)的輸出Ifw與直軸電流原始給定值Id μ疊加計算新的直軸電流給定值Idy，并通過交軸電流原始給定值I,—%和新的直軸電流給定值Id—ref*,以及合成電流矢量所允許的最大值Ismax，共同確定交軸電流最終給定值Igrf* ; 所述新的直軸電流給定值Idjef*為=IdJefHt=IdJef+ Ifw ； 所述交軸電流最終給定值為:
(I )如果
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的具有滯環(huán)濾波功能的永磁同步電機的弱磁控制系統(tǒng)，其特征在于:在滯環(huán)濾波模塊(8)中，通過判斷合成電壓矢量幅值比較模塊(7)輸出的比較值Vsb與零的大小關(guān)系選擇所需的滯環(huán)濾波控制子程序，所述滯環(huán)濾波時間開始弱磁的濾波時間為tfl和結(jié)束弱磁的濾波時間為tft，滯環(huán)濾波模塊(8)的具體實施過程如下: (1)當(dāng)Vsb≥O時，查詢開始弱磁標(biāo)志Flag_BFW與結(jié)束弱磁標(biāo)志Flag_EFW的狀態(tài)；若Flag_BFW=l且Flag_EFW=0，清零計時器時間ts，同時將Vs賦值給滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf，并結(jié)束本次滯環(huán)濾波子程序，進入弱磁控制子程序；否則若Flag_BFW=0或Flag_EFW=l，則查詢合成電壓矢量幅值比較模塊(7)的前一次輸出值Vsbtl ； 若Vsbtl ^ O,則將Vsb賦值給Vsbtl ;若Vsbo<0,則將計時器時間ts清零，再將Vsb賦值給Vsbtl ； 再判斷狀態(tài)的持續(xù)時間ts是否大于tfl:如果ts大于tfl，則置位開始弱磁標(biāo)志Flag_BFW，清零結(jié)束弱磁標(biāo)志Flag_EFW，同時將Vs賦值給滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf ;如果ts小于或等于tfl，滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf保持不變； 結(jié)束本次滯環(huán)濾波子程序，進入弱磁控制子程序； (2)當(dāng)Vsb〈0時，查詢開始弱磁標(biāo)志Flag_BFW與結(jié)束弱磁標(biāo)志Flag_EFW的狀態(tài)；若Flag_BFW=0且Flag_EFW=l，清零計時器時間ts，同時將Vs賦值給滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf，并結(jié)束本次滯環(huán)濾波子程序；否則若Flag_BFW=l或Flag_EFW=0，則查詢電壓矢量幅值比較模塊的前一次輸出值Vsbtl;若VsM〈0，則將Vsb賦值給Vsbtl ;若Vsbo ^ O,則將計時器時間ts清零，再將Vsb賦值給Vsbtl ；再判斷狀態(tài)的持續(xù)時間ts是否大于tfh:如果大于tfh，則置位結(jié)束弱磁標(biāo)志Flag_EFW，清零開始弱磁標(biāo)志Flag_BFW，同時將Vs賦值給滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf，否則滯環(huán)濾波模塊(8)的輸出Vsf保持不變；結(jié)束本次滯環(huán)濾波子程序； 在弱磁控制模塊(9)中，通過比較弱磁環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出值Ifw PI與零的大小關(guān)系決定弱磁控制模塊(9)的輸出；如果弱磁環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出值Ifw pi ^ O，則屏蔽弱磁環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出，即弱磁控制模塊(9)的輸出Ifw=O ;否則，使能弱磁環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出，即弱磁控制模塊(9) 的輸出Ifw=Ifw PI。
【文檔編號】H02P21/00GK103944472SQ201410135491
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】陳磊, 楊平, 周虎 申請人:中國東方電氣集團有限公司