一種永磁同步電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種永磁同步電機(jī)的控制方法 及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，只能通過減小電機(jī)直軸電 流id和交軸電流i5來達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。就目前的弱磁控制策略而言，一方面，只實(shí)現(xiàn) 了最大轉(zhuǎn)矩電流比與電流極限圓之間的平滑過渡，并沒有實(shí)現(xiàn)電流極限圓和最大轉(zhuǎn)矩電壓 比的平滑過渡；另一方面，當(dāng)給定的電流較大時(shí)，且處于深度弱磁時(shí)，很容易導(dǎo)致電流振蕩， 使得控制系統(tǒng)失控，造成電機(jī)故障和危機(jī)人生安全等問題。
[0003] 近幾年，隨著稀土永磁材料和電力功率器件的發(fā)展，永磁同步電機(jī)獲得了廣泛研 宄。永磁同步電機(jī)較異步電機(jī)具有功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，用永磁同步 電機(jī)做主軸傳動(dòng)正成為一個(gè)新的研宄方向。在一定的電流與電壓輸出下，永磁同步傳動(dòng)系 統(tǒng)存在著區(qū)域1、區(qū)域2和區(qū)域3三個(gè)工作區(qū)域，如圖1所示。電流極限圓I所包圍區(qū)域?yàn)?的電流限制區(qū)，這一區(qū)存在一條最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線，可以使永磁同步電機(jī)在基速以下獲 得最大的電磁轉(zhuǎn)矩，如OA曲線所示；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，A點(diǎn)將落到電流極限圓I 之外，電機(jī)工作點(diǎn)受電壓極限橢圓II和電流極限圓I的共同限制，此時(shí)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩工作 點(diǎn)將是電壓極限橢圓II與電流極限圓I的交點(diǎn)，并且這一交點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速上升由A點(diǎn)向B點(diǎn) 移動(dòng)，AB為弱磁區(qū)域2 ;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過時(shí)，電壓橢圓和最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線的交點(diǎn)將 進(jìn)入電流極限圓I內(nèi)，電機(jī)工作點(diǎn)將沿最大轉(zhuǎn)矩電壓比曲線向C點(diǎn)移動(dòng)，BC為弱磁區(qū)域3。
[0004] 永磁同步電機(jī)的控制運(yùn)行是靠逆變器輸出驅(qū)動(dòng)的，因而電機(jī)運(yùn)行性能要受到逆變 器的制約。其相電壓有效值的極限值ulim要受到逆變器直流側(cè)電壓的最大輸出限制，相電 流有效值的極限值ilim要受到逆變器的最大輸出電流的限制。運(yùn)行時(shí)，定子電流空間矢量 既不能超出電機(jī)的電壓極限橢圓，也不能超出電流極限圓。電壓極限橢圓II與電流極限圓 I的公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種永磁同步電機(jī)的控制方法，應(yīng)用于永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，其特征在于，包 括如下步驟： 根據(jù)所述永磁同步電機(jī)的給定角速度和實(shí)際角速度，以及比例積分算法得到初始給定 電流； 根據(jù)所述初始給定電流得到初始交軸電流； 并利用最大轉(zhuǎn)矩電流比算法，根據(jù)所述初始給定電流得到初始直軸電流； 根據(jù)所述初始直軸電流和負(fù)補(bǔ)償量得到第一直軸電流； 根據(jù)所述第一直軸電流得到第二直軸電流，并使所述第二直軸電流不低于預(yù)設(shè)的下限 值； 根據(jù)所述第二直軸電流得到給定直軸電壓； 對(duì)所述第一直軸電流和所述第二直軸電流求差，將求差的結(jié)果進(jìn)行比例計(jì)算得到交軸 電流補(bǔ)償量； 對(duì)所述初始交軸電流和所述交軸電流補(bǔ)償量求差，將其差值作為第一交軸電流； 根據(jù)所述第一交軸電流得到給定交軸電壓； 根據(jù)所述給定交軸電流和所述給定交軸電壓得到所述負(fù)補(bǔ)償量。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)為表面式永磁同步 電機(jī)，所述下限值為永磁體磁鏈與直軸電感的比值的負(fù)值。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)為內(nèi)置式永磁同步 電機(jī)，所述下限值為最大電流極限圓與最高角速度對(duì)應(yīng)的電壓限制橢圓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直軸 電流。
4. 如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第二直軸電流 得到給定直軸電流，包括： 利用最大轉(zhuǎn)矩電壓比算法，根據(jù)所述第一交軸電流得到第三直軸電流； 利用以所述給定角速度與所述實(shí)際角速度的差值為參數(shù)的開關(guān)函數(shù)，對(duì)所述第一直軸 電流和所述第三直軸電流進(jìn)行運(yùn)算得到所述給定直軸電流。
5. 如權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，還包括對(duì)所述給定直軸電流進(jìn)行低通 濾波處理。
6. -種永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，應(yīng)用于永磁同步電機(jī)調(diào)速控制裝置，其特征在于，包 括： 第一減法器，用于根據(jù)所述永磁同步電機(jī)的給定角速度和實(shí)際角速度，得到角速度差 值； 比例積分計(jì)算模塊，用于利用比例積分算法對(duì)所述角速度差值進(jìn)行計(jì)算，得到初始給 定電流； 初始交軸電流計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述初始給定電流得到初始交軸電流； 最大轉(zhuǎn)矩電流比計(jì)算模塊，用于對(duì)所述初始給定電流進(jìn)行計(jì)算，得到初始直軸電流； 第一加法器，將所述初始直軸電流與負(fù)補(bǔ)償量相加，得到第一直軸電流； 直軸電流轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)所述第一直軸電流得到第二直軸電流，并使所述第二直 軸電流不低于預(yù)設(shè)的下限值； 給定直軸電流輸出模塊，用于根據(jù)所述第二直軸電流得到并輸出給定直軸電壓； 第二減法器，用于對(duì)所述第一直軸電流和所述第二直軸電流求差，得到直軸電流差 值； 比例計(jì)算模塊，用于將所述直軸電流差值進(jìn)行比例計(jì)算，得到交軸電流補(bǔ)償量； 第二加法器，用于將所述初始交軸電流和所述交軸電流補(bǔ)償量求差，將其差值作為第 一交軸電流； 給定交軸電壓計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一交軸電流得到給定交軸電壓； 負(fù)補(bǔ)償量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述給定交軸電流和所述給定交軸電壓得到所述負(fù)補(bǔ)償 量。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)為表面式永磁同步 電機(jī)，所述下限值為永磁體磁鏈與直軸電感的比值的負(fù)值。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)為內(nèi)置式永磁同步 電機(jī)，所述下限值為最大電流極限圓與最高角速度對(duì)應(yīng)的電壓限制橢圓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直軸 電流。
9. 如權(quán)利要求6~8任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述給定直軸電流輸出模塊 包括： 最大轉(zhuǎn)矩電壓比計(jì)算單元，用于利用最大轉(zhuǎn)矩電壓比算法對(duì)所述第一交軸電流進(jìn)行計(jì) 算，得到第三直軸電流； 開關(guān)函數(shù)計(jì)算單元，用于利用以所述給定角速度與所述實(shí)際角速度的差值為參數(shù)的開 關(guān)函數(shù)，對(duì)所述第一直軸電流和所述第三直軸電流進(jìn)行運(yùn)算得到所述給定直軸電流。
10. 如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括低通濾波處理模塊，用于對(duì)所 述給定直軸電流進(jìn)行低通濾波處理。
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N永磁同步電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)，該控制方法及系統(tǒng)首先根據(jù)永磁同步電機(jī)的給定角速度和實(shí)際角速度得到初始給定電流；根據(jù)初始給定電流得到初始交軸電流；根據(jù)初始給定電流得到初始直軸電流；根據(jù)初始直軸電流和負(fù)補(bǔ)償量得到第一直軸電流；根據(jù)第一直軸電流得到第二直軸電流，并使第二直軸電流不低于預(yù)設(shè)的下限值；根據(jù)第二直軸電流得到給定直軸電壓；對(duì)第一直軸電流和第二直軸電流求差，將求差的結(jié)果進(jìn)行比例計(jì)算得到交軸電流補(bǔ)償量；對(duì)初始交軸電流和交軸電流補(bǔ)償量求差得到第一交軸電流；根據(jù)第一交軸電流得到給定交軸電壓；根據(jù)給定交軸電流和給定交軸電壓得到負(fù)補(bǔ)償量。能夠提高永磁同步電機(jī)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)電流振蕩。
【IPC分類】H02P21-00
【公開號(hào)】CN104734592
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510151199
【發(fā)明人】馮江華, 許峻峰, 石敏, 何亞屏, 張朝陽, 肖磊, 文宇良, 劉雄
【申請(qǐng)人】南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日