本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、稀土永磁材料與電機控制理論的發(fā)展，永磁同步電機的研究和應(yīng)用受到了人們的普遍重視。永磁同步電機無需電流勵磁，無需設(shè)置電刷和滑環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率因數(shù)高、功率密度高、體積小、轉(zhuǎn)動慣量低、易于散熱及維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點。隨著材料磁性能的提高，以及新型永磁材料的出現(xiàn)，在高精度、高可靠性、寬調(diào)速范圍的運動控制系統(tǒng)中，大功率永磁同步電機及其應(yīng)用在電力、冶金、建材、化工、礦業(yè)等各領(lǐng)域逐步開始應(yīng)用推廣。

由于永磁同步電機及其應(yīng)用剛剛推廣，目前投運的電機多采用開環(huán)控制方式。永磁同步電機在開環(huán)控制時，永磁同步電機無功電流的波動會引起氣隙磁鏈震蕩，從而導(dǎo)致開環(huán)控制系統(tǒng)在空載和輕載情況下運行不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法，使永磁同步電機在空載和輕載情況下也能穩(wěn)定運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種永磁同步電機控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

升降速控制器、v/f曲線控制器、spwm調(diào)制器、電壓源逆變器、永磁同步電機、坐標(biāo)變換電路、電壓補償電路以及轉(zhuǎn)速補償電路；

所述升降速控制器用于輸入給定頻率，輸出給定轉(zhuǎn)速；

所述v/f曲線控制器的輸入端與所述升降速控制器的輸出端和所述轉(zhuǎn)速補償電路的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的補償后轉(zhuǎn)速，輸出給定電壓；

所述spwm調(diào)制器的輸入端與所述v/f曲線控制器的輸出端和所述電壓補償電路的輸出端連接；

所述電壓源逆變器的輸入端與所述spwm調(diào)制器的輸出端連接；

所述永磁同步電機的輸入端與所述電壓源逆變器的輸出端連接；

所述坐標(biāo)變換電路的輸入端與所述電壓源逆變器的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的三相電流，輸出兩相電流；

所述電壓補償電路的輸入端與所述坐標(biāo)變換電路的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的所述兩相電流，輸出補償電壓；所述補償電壓負(fù)反饋至所述spwm調(diào)制器的輸入端，與所述給定電壓作差后得到補償后電壓；

所述轉(zhuǎn)速補償電路的輸入端與所述坐標(biāo)變換電路的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的所述兩相電流，輸出補償轉(zhuǎn)速；所述補償轉(zhuǎn)速負(fù)反饋至所述v/f曲線控制器的輸入端，與所述給定轉(zhuǎn)速作差后得到所述補償后轉(zhuǎn)速。

可選的，所述坐標(biāo)變換電路的輸入端連接所述電壓源逆變器的的輸出端，用于將三相靜止坐標(biāo)系下的所述三相電流轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的所述兩相電流。

可選的，所述轉(zhuǎn)速補償電路包括轉(zhuǎn)速核算器、高通濾波器和第一比例增益控制器；

所述轉(zhuǎn)速核算器的輸入端與所述坐標(biāo)變換單元的輸出端連接，用于根據(jù)所述兩相電流計算補償轉(zhuǎn)速初始值；

所述高通濾波器的輸入端連接所述轉(zhuǎn)速核算器的輸出端；

所述第一比例增益控制器的輸入端連接所述高通濾波器的輸出端。

可選的，所述電壓補償電路包括運算器、低通濾波器和第二比例增益控制器；

所述運算器的輸入端連接所述坐標(biāo)變換單元的輸出端，用于根據(jù)所述兩相電流計算補償電壓初始值；

所述低通濾波器的輸入端連接所述運算器的輸出端；

所述第二比例增益控制器的輸入端連接所述低通濾波器的輸出端。

本發(fā)明還公開了一種永磁同步電機控制方法，所述方法應(yīng)用于所述永磁同步電機控制系統(tǒng)，所述永磁同步電機控制系統(tǒng)包括升降速控制器、v/f曲線控制器、spwm調(diào)制器、電壓源逆變器、永磁同步電機、坐標(biāo)變換電路、電壓補償電路以及轉(zhuǎn)速補償電路；所述方法包括：

所述v/f曲線控制器獲取補償后轉(zhuǎn)速，所述補償后轉(zhuǎn)速為給定轉(zhuǎn)速和補償轉(zhuǎn)速之差；

所述v/f曲線控制器獲取v/f控制曲線，根據(jù)所述補償后轉(zhuǎn)速和所述v/f控制曲線獲得給定電壓；

所述spwm調(diào)制器獲取補償后電壓，所述補償后電壓為給定電壓和補償電壓之差；

所述spwm調(diào)制器對所述補償后電壓進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制，獲得調(diào)制信號；

所述電壓源逆變器獲取所述調(diào)制信號，根據(jù)所述調(diào)制信號進(jìn)行逆變獲得三相電流，將所述三相電流輸出給所述永磁同步電機。

可選的，在所述v/f曲線控制器獲取補償后轉(zhuǎn)速，所述補償后轉(zhuǎn)速為給定轉(zhuǎn)速和補償轉(zhuǎn)速之差的步驟之前，還包括：

所述升降速控制器獲取給定頻率和升降速設(shè)定時間；

所述升降速控制器根據(jù)所述給定頻率和所述升降速設(shè)定時間，獲得所述給定轉(zhuǎn)速；

所述坐標(biāo)變換電路獲取所述三相電流，根據(jù)所述三相電流獲得兩相電流；

所述轉(zhuǎn)速補償電路獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流獲得所述補償轉(zhuǎn)速。

可選的，所述坐標(biāo)變換電路獲取所述三相電流，將三相靜止坐標(biāo)系下的所述三相電流轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的所述兩相電流。

可選的，所述轉(zhuǎn)速補償電路獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流獲得所述補償轉(zhuǎn)速，具體包括：

所述轉(zhuǎn)速補償電路包括轉(zhuǎn)速核算器、高通濾波器和第一比例增益控制器；

所述轉(zhuǎn)速核算器獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流計算補償轉(zhuǎn)速初始值；

所述高通濾波器獲取所述補償轉(zhuǎn)速初始值，對所述補償轉(zhuǎn)速初始值進(jìn)行高通濾波，獲得濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值；

所述第一比例增益控制器獲取所述濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值，對所述濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值進(jìn)行比例放大，獲得所述補償轉(zhuǎn)速。

可選的，在所述spwm調(diào)制器獲取補償后電壓，所述補償后電壓為給定電壓和補償電壓之差的步驟之前，還包括：

所述坐標(biāo)變換電路獲取所述三相電流，根據(jù)所述三相電流獲得兩相電流；

所述電壓補償電路獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流獲得所述補償電壓。

可選的，所述電壓補償電路獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流獲得所述補償電壓，具體包括：

所述電壓補償電路包括運算器、低通濾波器和第二比例增益控制器；

所述運算器獲取所述兩相電流，根據(jù)所述兩相電流計算補償電壓初始值；

所述低通濾波器獲取所述補償電壓初始值，對所述補償電壓初始值進(jìn)行低通濾波，獲得濾波后的補償電壓初始值；

所述第二比例增益控制器獲取所述濾波后的補償電壓初始值，對所述濾波后的補償電壓初始值進(jìn)行比例放大，獲得所述補償電壓。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明公開了一種永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括升降速控制器、v/f曲線控制器、spwm調(diào)制器、電壓源逆變器、永磁同步電機、坐標(biāo)變換電路、電壓補償電路以及轉(zhuǎn)速補償電路，所述v/f曲線控制器獲取給定轉(zhuǎn)速和補償轉(zhuǎn)速，根據(jù)所述給定轉(zhuǎn)速和所述補償轉(zhuǎn)速獲得補償后轉(zhuǎn)速；所述v/f曲線控制器獲取v/f控制曲線和所述補償后轉(zhuǎn)速，根據(jù)所述補償后轉(zhuǎn)速和所述v/f控制曲線獲得給定電壓；所述spwm調(diào)制器獲取所述給定電壓和補償電壓，根據(jù)所述給定電壓和所述補償電壓獲得補償后電壓；所述spwm調(diào)制器對所述補償后電壓進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制，獲得調(diào)制信號；所述電壓源逆變器獲取所述調(diào)制信號，根據(jù)所述調(diào)制信號進(jìn)行逆變獲得三相電流，將所述三相電流輸出給所述永磁同步電機。所述系統(tǒng)及方法從控制無功功率平衡抑制系統(tǒng)振動的角度出發(fā)，當(dāng)電機功率交換不平衡時，通過永磁同步電機轉(zhuǎn)速補償和定子電壓補償，來抑制無功功率的變化，保持系統(tǒng)無功功率不變，從而抑制無功電流的波動和系統(tǒng)震蕩，使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例永磁同步電機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明實施例電壓補償電路的原理框圖；

圖3為本發(fā)明實施例永磁同步電機控制方法的方法流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法，以無功平衡為控制目標(biāo)，來對電壓和轉(zhuǎn)速進(jìn)行補償，既可實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，又可以使電流得到最大效率的利用。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實施例永磁同步電機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

如圖1所示的一種永磁同步電機控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：升降速控制器101、v/f曲線控制器102、spwm調(diào)制器103、電壓源逆變器104、永磁同步電機105、坐標(biāo)變換電路106、電壓補償電路107以及轉(zhuǎn)速補償電路108。

所述升降速控制器101用于輸入給定頻率f，輸出給定轉(zhuǎn)速v。

所述v/f曲線控制器102的輸入端與所述升降速控制器101的輸出端和所述轉(zhuǎn)速補償電路108的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的補償后轉(zhuǎn)速v*，輸出給定電壓u。

所述spwm調(diào)制器103的輸入端與所述v/f曲線控制器102的輸出端和所述電壓補償電路107的輸出端連接。

所述電壓源逆變器104的輸入端與所述spwm調(diào)制器103的輸出端連接。

所述永磁同步電機105的輸入端與所述電壓源逆變器104的輸出端連接。

所述坐標(biāo)變換電路106的輸入端與所述電壓源逆變器104的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的三相電流ia、ib、ic，輸出兩相電流iα和iβ。

所述坐標(biāo)變換電路106的輸入端與所述永磁同步電機105的輸入端連接。

所述spwm調(diào)制器103、所述電壓源逆變器104、所述坐標(biāo)變換電路106和所述電壓補償電路107構(gòu)成電壓環(huán)。

所述v/f曲線控制模塊102、所述spwm調(diào)制模塊103、所述電壓源逆變模塊104、所述坐標(biāo)變換模塊106和所述轉(zhuǎn)速補償模塊108構(gòu)成速度環(huán)。

所述電壓環(huán)和所述速度環(huán)構(gòu)成本發(fā)明所述的永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過電壓補償和轉(zhuǎn)速補償，使永磁同步電機轉(zhuǎn)子的空間與定子磁鏈的空間夾角控制在一定范圍，來調(diào)節(jié)電機無功電流的大小，以維持電機無功電流平衡。

具體地，所述坐標(biāo)變換電路106的輸入端連接所述電壓源逆變器104的輸出端，用于將三相靜止坐標(biāo)系下的所述三相電流ia、ib、ic轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的所述兩相電流iα和iβ。

圖2為本發(fā)明實施例電壓補償電路的原理框圖。為了在同樣的電流幅值下得到大的輸出轉(zhuǎn)矩，需要對定子電壓幅值進(jìn)行補償。v/f控制方式為恒轉(zhuǎn)矩控制方式，v/f理論應(yīng)為一恒定值，但由于變頻器帶永磁同步電機啟動時，變頻器輸出頻率低，對應(yīng)輸出到電機的電壓也低，此時電機內(nèi)阻消耗的壓降對電機的影響非常大，不能忽略，此時電機磁通非恒定狀態(tài)，呈現(xiàn)弱磁現(xiàn)象，為了維持電機恒轉(zhuǎn)矩輸出，必須對輸出給電機的電壓進(jìn)行補償，以維持電機內(nèi)部磁通恒定，電機輸出轉(zhuǎn)矩恒定，減少因電機內(nèi)阻消耗而導(dǎo)致電機弱磁通運行，以減少電機定子電流中無功電流分量占比，進(jìn)而在輸出一定轉(zhuǎn)矩時，使電機定子電流最小。

在基于定子電壓矢量定向的d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，永磁同步電機的無功功率如下式(1)所示：

其中，qdq電機的無功功率，uq表示定子電壓q軸分量，ud表示定子電壓d軸分量，iq表示定子電流q軸分量，id表示定子電流d軸分量，p表示電機極對數(shù)，lq表示交軸(q軸)電感，ld表示直軸(d軸)電感，ω表示永磁同步電機角頻率，ψr表示轉(zhuǎn)子磁鏈。

在α-β坐標(biāo)系下，永磁同步電機的無功功率如下式(2)所示：

其中，qαβ表示電機無功功率，iα表示定子電流α軸分量，iβ表示定子電流β軸分量，l表示電機定子電感，i表示電機定子電流，且

根據(jù)無功功率平衡理論，當(dāng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行時，系統(tǒng)的無功功率應(yīng)保持不變，即公式(1)中的無功功率值qdq應(yīng)該等于公式(2)中的無功功率值qαβ。而電機低頻時，電機定子電流d分量id非常小，因此在本實施例中，為簡化計算并獲得最大輸出轉(zhuǎn)矩，取id＝0。且對于表貼式永磁同步電機，交軸和直軸電感相等，即ld＝lq。由此獲得本發(fā)明所述電壓補償模塊的控制條件：

其中，uβ表示定子電壓β軸分量。

根據(jù)公式(3)獲得本申請圖2所示的本發(fā)明實施例電壓補償電路的原理框圖。如圖2所示，所述電壓補償電路107具體包括運算器1071、低通濾波器1072和第二比例增益控制器1073。

所述運算器1071的輸入端連接所述坐標(biāo)變換單元1062的輸出端，用于根據(jù)所述兩相電流iα和iβ計算補償電壓初始值

所述低通濾波器1072的輸入端連接所述運算器1071的輸出端。

所述第二比例增益控制器1073的輸入端連接所述低通濾波器1072的輸出端。

具體地，所述運算器1071包括第一平方運算器、第二平方運算器、求和器、第一乘法器、第二乘法器、第三比例增益控制器和減法器。

所述第一平方運算器和所述第二平方運算器的輸入端分別與所述坐標(biāo)變換電路106的兩個輸出端連接，用于對所述兩相電流iα和iβ進(jìn)行平方運算，獲得

所述第一平方運算器和所述第二平方運算器的輸出端分別與所述求和器的兩個輸入端連接，用于對進(jìn)行求和，輸出

所述第一乘法器的第一輸入端輸入電機機械角速度設(shè)定值第二輸入端連接所述求和器的輸出端，用于對所述和所述進(jìn)行求積運算，獲得

所述第三比例增益控制器的輸入端與所述第一乘法器的輸出端連接，用于對求積結(jié)果所述進(jìn)行l(wèi)倍的比例放大，獲得

所述第二乘法器的第一輸入端輸入定子電壓β軸設(shè)定值第二輸入端連接所述第一平方運算器的輸入端，用于對所述iα和所述進(jìn)行求積運算，獲得

所述減法器的第一輸入端與所述第三比例增益控制器的輸出端連接，用于獲取所述第三比例增益控制器的輸出結(jié)果所述減法器的第二輸入端與所述第二乘法器的輸出端連接，用于獲取所述第二乘法器的輸出結(jié)果所述減法器用于計算所述和所述的差值，即所述差值經(jīng)所述低通濾波器1072和所述第二比例增益控制器1073后，轉(zhuǎn)化為補償電壓δu。

所述轉(zhuǎn)速補償電路108的輸入端與所述坐標(biāo)變換電路106的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的所述兩相電流iα和iβ，輸出補償轉(zhuǎn)速δv。所述補償轉(zhuǎn)速δv負(fù)反饋至所述v/f曲線控制器102的輸入端，與所述給定轉(zhuǎn)速v作差后得到所述補償后轉(zhuǎn)速v^*。

根據(jù)無功平衡原理，當(dāng)無功電流減小時，增大輸出電壓，使無功電流增加；當(dāng)無功電流增大時，減小輸出電壓，使無功電流減小。本發(fā)明所述的坐標(biāo)變換電路106和電壓補償電路107通過檢測電流計算出無功功率，再通過比例增益控制無功功率恒定，采用低通濾波器檢測穩(wěn)定狀態(tài)，來完成定子電壓補償。通過這種基于電流反饋的電壓補償控制方式，可以使永磁同步電機v/f控制系統(tǒng)始終運行于穩(wěn)定狀態(tài)。

如圖1所示，本實施例所述的電壓補償電路107的輸入端與所述坐標(biāo)變換電路106的輸出端連接，用于根據(jù)輸入的所述兩相電流iα和iβ，輸出補償電壓δu。所述補償電壓δu負(fù)反饋至所述spwm調(diào)制器103的輸入端，與所述給定電壓u作差后得到補償后電壓u*。

本發(fā)明所述永磁同步電機控制系統(tǒng)通過所述電壓補償電路107對輸出給電機的電壓進(jìn)行補償，以維持電機內(nèi)部磁通恒定，電機輸出轉(zhuǎn)矩恒定，減少因電機內(nèi)阻消耗而導(dǎo)致電機弱磁通運行，從而減少了電機定子電流中無功電流分量占比，進(jìn)而保證在輸出一定轉(zhuǎn)矩時，使電機定子電流最小。因此，本發(fā)明所述的永磁同步電機控制系統(tǒng)，在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，還以最小電流獲得了最大的輸出轉(zhuǎn)矩。

同步電機穩(wěn)定啟動或運行的條件是電機轉(zhuǎn)子與電機定子磁場的空間夾角必須小于90°，為安全起見一般控制在75度以內(nèi)。電機轉(zhuǎn)子與電機定子磁場夾角在安全范圍內(nèi)時，當(dāng)電機由于啟動力矩小或電機負(fù)載變重，電機轉(zhuǎn)子與電機定子磁場夾角會變大，以增大電機帶載能力，該過程電機轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)擺動不穩(wěn)。一旦夾角大于90°，隨著夾角繼續(xù)增大，電機帶載能力反而會越來越小，以致電機失步，不可恢復(fù)。通過轉(zhuǎn)速的補償調(diào)節(jié)，可以有效控制電機轉(zhuǎn)子與電機定子磁場的空間夾角，使其可控制在有效范圍內(nèi)，提高電機運行穩(wěn)定性。因此本發(fā)明通過所述轉(zhuǎn)速補償電路108對轉(zhuǎn)速進(jìn)行補償，可以解決v/f開環(huán)控制的轉(zhuǎn)子震蕩和重載失步等穩(wěn)定性問題。

如圖1所示，本發(fā)明所述轉(zhuǎn)速補償電路108包括轉(zhuǎn)速核算器1081、高通濾波器1082和第一比例增益控制器1083。

所述轉(zhuǎn)速核算器1081的輸入端與所述坐標(biāo)變換單元106的輸出端連接，用于根據(jù)所述兩相電流iα和iβ計算補償轉(zhuǎn)速初始值δv”。

所述高通濾波器1082的輸入端連接所述轉(zhuǎn)速核算器1081的輸出端。

所述第一比例增益控制器1083的輸入端連接所述高通濾波器1082的輸出端。

本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)速補償電路108在對轉(zhuǎn)速進(jìn)行補償時，所選用的所述高通濾波器1082的固有角頻率與控制單元給定的固有角頻率ω1相比足夠低，可忽略不計。因此所述高通濾波器1082在穩(wěn)態(tài)下可以保證電機角頻率ω與控制單元給定的固有角頻率ω1相等，即ω＝ω1。所述第一比例增益控制器1083的控制系數(shù)k由電機角頻率ω確定。

采用本發(fā)明所述的永磁同步電機控制系統(tǒng)計算出來的阻尼系數(shù)如下式4所示：

其中，ζ表示阻尼系數(shù)，p表示電機極對數(shù)，j表示折算到電機軸端的轉(zhuǎn)動慣量，l表示定子電感，δ0表示d軸與α軸的夾角，k表示反饋增益。

轉(zhuǎn)速補償環(huán)節(jié)的目的是保持系統(tǒng)穩(wěn)定，有功電流突然增加時，表明負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，可通過增大電壓(轉(zhuǎn)速不變)或降低轉(zhuǎn)速(電壓不變)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)速補償電路108通過所述高通濾波器1082檢測出電流的快速變化量，在比例環(huán)節(jié)進(jìn)行補償，提高了所述系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖3為本發(fā)明實施例永磁同步電機控制方法的方法流程圖。

參見圖3，一種永磁同步電機控制方法，所述方法應(yīng)用于所述永磁同步電機控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括升降速控制器101、v/f曲線控制器102、spwm調(diào)制器103、電壓源逆變器104、永磁同步電機105、坐標(biāo)變換電路106、電壓補償電路107以及轉(zhuǎn)速補償電路108。所述方法包括：

步驟301：所述v/f曲線控制器獲取補償后轉(zhuǎn)速，所述補償后轉(zhuǎn)速為給定轉(zhuǎn)速和補償轉(zhuǎn)速之差。

步驟302：所述v/f曲線控制器獲取v/f控制曲線，根據(jù)所述補償后轉(zhuǎn)速和所述v/f控制曲線獲得給定電壓。

v/f控制是變頻器的一種控制方法，易于實現(xiàn)、價格低廉，它是通過改輸出電源的頻率的同時控制變頻器輸出的電壓，使電機的磁通φm保持一定，原理如下式(5)所示：

e＝4.44fnkφm(5)

其中，e表示定子三相繞組中每相感應(yīng)反電動勢的有效值，f表示定子頻率，φm表示氣隙的每極磁通量，n表示定子每相繞組的匝數(shù)，k表示定子繞組的基波繞組系數(shù)。

在可調(diào)速范圍內(nèi)，始終保持v/f為常數(shù)，以保證電機磁通φm恒定。

而電機轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系如下式(6)表示：

n＝60f/p(6)

其中，n表示電機的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，f表示電源頻率，p表示電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。

由式(6)可知，由本發(fā)明所述的補償后轉(zhuǎn)速可換算得到相應(yīng)的頻率，根據(jù)所述頻率和所述v/f控制曲線即可獲得所述給定電壓。

步驟303：所述spwm調(diào)制器獲取補償后電壓，所述補償后電壓為給定電壓和補償電壓之差。

步驟304：所述spwm調(diào)制器對所述補償后電壓進(jìn)行正弦脈寬調(diào)制，獲得調(diào)制信號。

步驟305：所述電壓源逆變器獲取所述調(diào)制信號，根據(jù)所述調(diào)制信號進(jìn)行逆變獲得三相電流，將所述三相電流輸出給所述永磁同步電機。

具體的，在所述步驟301之前，還包括：

步驟3011：所述升降速控制器101獲取給定頻率f和升降速設(shè)定時間t。

步驟3012：所述升降速控制器101根據(jù)所述給定頻率f和所述升降速設(shè)定時間t，獲得所述給定轉(zhuǎn)速v。

步驟3013：所述坐標(biāo)變換電路106獲取所述三相電流ia、ib、ic，將三相靜止坐標(biāo)系下的所述三相電流ia、ib、ic轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的所述兩相電流iα和iβ。

步驟3014：所述轉(zhuǎn)速補償電路108獲取所述兩相電流iα和iβ，根據(jù)所述兩相電流iα和iβ獲得補償轉(zhuǎn)速δv。

具體地，所述轉(zhuǎn)速補償電路108包括轉(zhuǎn)速核算器1081、高通濾波器1082和第一比例增益控制器1083。

所述步驟3014具體包括：

所述轉(zhuǎn)速核算器1081獲取所述兩相電流iα和iβ，根據(jù)所述兩相電流iα和iβ計算補償轉(zhuǎn)速初始值δv”。

所述高通濾波器1082獲取所述補償轉(zhuǎn)速初始值δv”，對所述補償轉(zhuǎn)速初始值δv”進(jìn)行高通濾波，獲得濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值δv'。

所述第一比例增益控制器1083獲取所述濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值δv'，對所述濾波后的補償轉(zhuǎn)速初始值進(jìn)行比例放大，獲得所述補償轉(zhuǎn)速δv。

可選的，在所述步驟302之前，還包括：

步驟3021：所述坐標(biāo)變換電路106獲取所述三相電流ia、ib、ic，根據(jù)所述三相電流ia、ib、ic獲得兩相電流iα和iβ。

所述步驟3021具體包括：

所述坐標(biāo)變換電路106獲取所述三相電流ia、ib、ic，將三相靜止坐標(biāo)系下的所述三相電流ia、ib、ic轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系下的所述兩相電流iα和iβ。

步驟3022：所述電壓補償電路107獲取所述兩相電流iα和iβ，根據(jù)所述兩相電流iα和iβ獲得補償電壓δu。

具體地，所述電壓補償電路107具體包括運算器1071、低通濾波器1072和第二比例增益控制器1073。

所述步驟3022具體包括：

步驟(1)：所述運算器1071獲取所述兩相電流iα和iβ，根據(jù)所述兩相電流iα和iβ計算補償電壓初始值

具體地，所述運算器1071包括第一平方運算器、第二平方運算器、求和器、第一乘法器、第二乘法器、第三比例增益控制器和減法器。

所述步驟(1)具體包括：

所述第一平方運算器獲取所述兩相電流中的一相iα，對所述電流iα進(jìn)行平方運算，獲得

所述第二平方運算器獲取所述兩相電流中的一相iβ，對所述電流iβ進(jìn)行平方運算，獲得

所述求和器對所述第一平方運算器的輸出和所述第二平方運算器的輸出進(jìn)行求和，輸出

所述第一乘法器獲取電機機械角速度設(shè)定值和所述求和器的輸出結(jié)果對所述和所述進(jìn)行求積運算，獲得

所述第三比例增益控制器獲取所述第一乘法器的求積結(jié)果對所述求積結(jié)果進(jìn)行l(wèi)倍的比例放大，獲得

所述第二乘法器獲取定子電壓β軸設(shè)定值所述兩相電流中的一相iα，對所述iα和所述進(jìn)行求積運算，獲得

所述減法器獲取所述第三比例增益控制器的輸出結(jié)果和所述第二乘法器的輸出結(jié)果計算所述和所述的差值，獲得所述補償電壓初始值即

步驟(2)：所述低通濾波器1072獲取所述補償電壓初始值對所述補償電壓初始值進(jìn)行低通濾波，獲得濾波后的補償電壓初始值

步驟(3)：所述第二比例增益控制器1073獲取所述濾波后的補償電壓初始值對所述濾波后的補償電壓初始值進(jìn)行比例放大，獲得所述補償電壓δu。

所述補償轉(zhuǎn)速δv負(fù)反饋至所述v/f曲線控制器102的輸入端，與所述給定轉(zhuǎn)速v作差后得到所述補償后轉(zhuǎn)速v^*。

本發(fā)明所述的永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法是在三相靜止abc坐標(biāo)系和兩相靜止α-β坐標(biāo)系下實現(xiàn)的，不需要park變換，也不需要分離分離出d軸電流id和q軸電流iq，對電流id和iq的控制是一種效果上的間接控制。所述系統(tǒng)及方法也不需要計算轉(zhuǎn)子的位置，而是通過將無功功率保持恒定來抑制d軸電流id，間接實現(xiàn)純iq控制，保持系統(tǒng)無功功率不變，從而抑制無功電流的波動和系統(tǒng)震蕩，使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。因此本發(fā)明所述的永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法避免了矢量控制所需的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)角觀測器，更易于實現(xiàn)。

永磁同步電機不同于異步電機，在v/f開環(huán)控制時，速度動態(tài)特性差，轉(zhuǎn)矩利用率低。脈振轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機械應(yīng)力，易引起電氣或機械共振，使繞組端部、轉(zhuǎn)子線圈接頭處、機軸和聯(lián)軸器等部位承受正負(fù)交變的扭矩，此扭矩若長時間反復(fù)作用，將降低這些部位的機械強度。在低速運行時，受定子電阻壓降和變頻器逆變器開關(guān)管延時的影響，系統(tǒng)會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，響應(yīng)震蕩強烈，震蕩頻率高。開環(huán)v/f無法準(zhǔn)確跟蹤輸入量的變化，負(fù)載激烈變化時容易使永磁同步電機失步，嚴(yán)重時會出現(xiàn)永磁體失磁，使電機永久損壞。本發(fā)明所述的永磁同步電機控制系統(tǒng)及方法通過將無功功率保持恒定來間接抑制d軸電流id，實現(xiàn)iq控制，協(xié)同電壓補償、轉(zhuǎn)速補償?shù)碾p閉環(huán)v/f控制方式，保持永磁同步電機系統(tǒng)無功功率不變，從而抑制系統(tǒng)無功電流的波動和系統(tǒng)震蕩，使永磁同步電機平穩(wěn)運行。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。