本發(fā)明屬于永磁同步電機弱磁控制，具體涉及一種永磁同步電機弱磁區(qū)電流控制方法。

背景技術：

1、永磁同步電機(pmsm)是一種在工業(yè)中廣泛使用的電動機類型，在某些特殊的場合下需要較寬的調速范圍，當轉速高于額定轉速時，需要進行弱磁控制。在弱磁區(qū)可以通過增加定子電壓，從而增加轉矩輸出，使電機能在較寬的調速范圍內穩(wěn)定運行，這種控制方法稱為電壓閉環(huán)控制，控制過程如圖1所示。但傳統(tǒng)的電壓閉環(huán)控制無法實現(xiàn)dq軸電流之間的耦合控制，導致動態(tài)性能變差等問題。

2、為了優(yōu)化電流動態(tài)過程，有學者提出了一些解決辦法，但這些解決方法大都無法實現(xiàn)多動態(tài)過程的優(yōu)化控制。如文獻《analytical?design?and?autotuning?of?adaptiveflux-weakening?voltage?regulation?loop?in?ipmsm?drives?with?accurate?torqueregulation》是基于精確轉矩調節(jié)的永磁同步電機自適應弱磁調壓回路分析設計與自整定，但必須通過限流結構才能實現(xiàn)最大轉矩工況下的控制。為了解決這一問題，文獻《analysis?and?applicability?comparison?of?single?current?regulator?methods?ofpmsm?under?square-wave?mode》調整了最大轉矩軌跡，實現(xiàn)了從基速區(qū)到弱磁區(qū)的平滑過渡，但優(yōu)化后的控制方案只能在特定的動態(tài)過程中實現(xiàn)，不具有通用性。為了增強方法的通用性，文獻《virtual?current?constraint?based?segmented?trajectory?controlstrategy?for?flux-weakening?operation?of?spmsm?drives》在弱磁區(qū)域設計了快速耦合控制的自適應控制器參數(shù)，由于控制結構不變，動態(tài)性能還可以進一步提高。文獻《online?adaptive?current?vector?adjustment?for?deep?flux-weakening?control?ofipmsm》通過限制q軸電壓來設計d軸電流優(yōu)先級結構，從而實現(xiàn)更快的抗繞組控制，但該方法不能減少飽和電壓的產(chǎn)生。

3、綜上所述，現(xiàn)有方法在多動態(tài)過程下的電流跟隨性能仍然較差，而且無法減少飽和電壓的產(chǎn)生，因此，提出一種可以在多動態(tài)過程下實現(xiàn)電流動態(tài)性能優(yōu)化以及減少電壓飽和產(chǎn)生的控制方法是十分必要的。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有方法在多動態(tài)過程下的電流跟隨性能差，且無法減少飽和電壓產(chǎn)生的問題，而提出了一種永磁同步電機弱磁區(qū)電流控制方法。

2、本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：

3、一種永磁同步電機弱磁區(qū)電流控制方法，所述方法具體包括以下步驟：

4、步驟一、利用速度外環(huán)的pi控制器輸出轉矩電流參考值i′sq,ref，再對轉矩電流參考值i′sq,ref進行限幅，得到限幅后的轉矩電流參考值i″sq,ref；

5、根據(jù)限幅后的轉矩電流參考值i″sq,ref計算弱磁補償分量isd,補償，利用弱磁補償分量isd,補償對電壓環(huán)pi控制器輸出的勵磁電流參考值i′sd,ref進行補償，得到補償后的勵磁電流參考值isd,ref；

6、步驟二、利用補償后的勵磁電流參考值isd,ref對速度外環(huán)pi控制器輸出的轉矩電流參考值i′sq,ref進行限幅，得到限幅后的轉矩電流參考值isq,ref；

7、步驟三、將q軸和d軸實際電流作為反饋值，并基于限幅后的轉矩電流參考值isq,ref和補償后的勵磁電流參考值isd,ref，通過電流環(huán)的pi控制器輸出q軸定子電壓值usq和d軸定子電壓值usd；

8、步驟四、將定子電壓作為電壓環(huán)的pi控制器的輸入，通過電壓環(huán)的pi控制器輸出新勵磁電流參考值i′sd,ref；

9、對輸出的新勵磁電流參考值i′sd,ref返回執(zhí)行步驟一。

10、進一步地，所述速度外環(huán)的pi控制器輸出的轉矩電流參考值為：

11、

12、其中，kp為速度外環(huán)的pi控制器中的比例增益，ki為速度外環(huán)的pi控制器中的積分增益，s為拉氏變換中的復矢量，ωe為電機角速度，ωe,ref為電機參考角速度，i′sq,ref為速度外環(huán)的pi控制器輸出的轉矩電流參考值。

13、進一步地，所述對轉矩電流參考值i′sq,ref進行限幅，得到限幅后的轉矩電流參考值i″sq,ref；具體為：

14、步驟1、永磁同步電機最大電流約束方程為：

15、

16、其中，ismax為最大電流，isq為q軸實際電流值，isd為d軸實際電流值；

17、將式(2)代入得

18、

19、其中，ωe為電機角速度，lq為q軸電感，ld為d軸電感，ψf為永磁體磁鏈，usmax為最大電壓；

20、則限幅值isqmax1為：

21、

22、步驟2、比較限幅值isqmax1與i′sq,ref的大小；

23、若i′sq,ref小于等于isqmax1，則i″sq,ref等于i′sq,ref；

24、若i′sq,ref大于isqmax1，則i″sq,ref等于isqmax1。

25、進一步地，所述弱磁補償分量isd,補償?shù)挠嬎氵^程為：

26、在兩相旋轉坐標系下，永磁同步電機最大電壓約束方程為：

27、

28、其中，usmax為最大電壓；

29、電機的電壓平衡方程為：

30、

31、其中，rs為電機電阻；

32、忽略電阻產(chǎn)生的壓降，將式(6)簡化為：

33、

34、將式(7)代入式(5)得：

35、

36、則弱磁補償分量為：

37、

38、進一步地，所述利用弱磁補償分量isd,補償對電壓環(huán)pi控制器輸出的勵磁電流參考值i′sd,ref進行補償，得到補償后的勵磁電流參考值isd,ref；具體為：

39、isd,ref＝i′sq,ref+isd,補償????????????????????????????(10)

40、其中，isd,ref是補償后的勵磁電流參考值。

41、進一步地，所述利用補償后的勵磁電流參考值isd,ref對速度外環(huán)pi控制器輸出的轉矩電流參考值i′sq,ref進行限幅，得到限幅后的轉矩電流參考值isq,ref；具體為：

42、計算限幅值isq,max2：

43、

44、其中，ismax是最大電流，isd,ref是補償后的勵磁電流參考值；

45、若速度外環(huán)的pi控制器輸出的轉矩電流參考值小于等于限幅值isq,max2，則將速度外環(huán)的pi控制器輸出的轉矩電流參考值作為限幅后的轉矩電流參考值isq,ref；

46、若速度外環(huán)的pi控制器輸出的轉矩電流參考值大于限幅值isq,max2，則將限幅值isq,max2作為限幅后的轉矩電流參考值isq,ref。

47、更進一步地，所述將q軸和d軸實際電流作為反饋值，并基于限幅后的轉矩電流參考值isq,ref和補償后的勵磁電流參考值isd,ref，通過電流環(huán)的pi控制器輸出q軸定子電壓值usq和d軸定子電壓值usd；具體為：

48、

49、其中，k′p為d軸電流環(huán)的pi控制器中的比例增益，k′i為d軸電流環(huán)的pi控制器中的積分增益，k″p為q軸電流環(huán)的pi控制器中的比例增益，k″i為q軸電流環(huán)的pi控制器中的積分增益。

50、本發(fā)明的有益效果是：

51、本發(fā)明中加入了弱磁補償分量，因此當轉矩電流參考值發(fā)生變化時，勵磁電流參考值會立即發(fā)生變化，降低了弱磁控制的延遲，提高了加減速、加減載不同動態(tài)過程中電流動態(tài)響應與電流跟隨能力。而且與傳統(tǒng)控制方法相比，本發(fā)明方法在動態(tài)過程中電壓波動減小，突加速與突加載過程中電壓超調減小，減少了飽和電壓的產(chǎn)生。