一種電機(jī)弱磁控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，為一種基于前饋控制的電壓反饋補(bǔ)償法，具體 為一種電機(jī)弱磁控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)（permanentmagnetsynchronousmachine，PMSM)由于其高功率密 度、高可靠性和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械加工設(shè)備、機(jī)器人、電動(dòng)汽車等要求較高的調(diào)速系統(tǒng) 中得到了廣泛的應(yīng)用。由于采用永磁體勵(lì)磁，無法通過勵(lì)磁繞組調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁場(chǎng)，永磁同步電 機(jī)必須采用弱磁技術(shù)以滿足寬調(diào)速范圍的調(diào)速需求。采用高性能的弱磁技術(shù)能夠不斷擴(kuò)大 電機(jī)恒功率運(yùn)行的轉(zhuǎn)速范圍，保持較高的工作效率。
[0003] 目前，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)有的弱磁控制技術(shù)主要有查表法、公式計(jì)算法、梯度下降法 和電壓反饋補(bǔ)償法。查表法需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下需要的直軸電流，因此需 要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。公式計(jì)算法對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴很大，只具有一定的 理論意義，但不能直接滿足工程應(yīng)用。梯度下降法的計(jì)算量較大，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。電壓反饋 補(bǔ)償法是通過構(gòu)建一個(gè)電壓閉環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償，電壓補(bǔ)償法具有魯棒性好、計(jì)算量小、運(yùn)行可靠 等優(yōu)點(diǎn)，適用于工程應(yīng)用。
[0004] 專利申請(qǐng)1，CN200910041656.7《一種基于永磁同步電機(jī)的弱磁控制系統(tǒng)及其控制 方法》使用了電壓反饋法，基于電壓閉環(huán)采用矢量控制的參考電壓作為反饋來實(shí)現(xiàn)弱磁。該 方法魯棒性較好，但是存在著動(dòng)態(tài)性能不佳的問題，有待改進(jìn)。
[0005] 專利申請(qǐng)2，CN201410108255.X《一種增強(qiáng)型永磁同步電機(jī)的弱磁控制方法》首先 根據(jù)電壓誤差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到勵(lì)磁電流分量，然后設(shè)計(jì)了弱磁前饋算法，具體是將電壓誤 差乘以一個(gè)系數(shù)作為前饋定向角度，系數(shù)通過試湊得到。該方法通過前饋在一定程度上改 善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但前饋項(xiàng)中的系數(shù)試湊缺乏明確的準(zhǔn)則，具有一定的盲目性。此外，隨著電 機(jī)運(yùn)行過程中電感、磁鏈等參數(shù)發(fā)生攝動(dòng)，該方法的精度會(huì)受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題是:永磁同步電機(jī)現(xiàn)有弱磁控制技術(shù)存在的參數(shù)難調(diào)整、動(dòng) 態(tài)性能不理想的問題，提出一種基于前饋控制的電壓反饋補(bǔ)償法，改善永磁同步電機(jī)弱磁 控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種電機(jī)弱磁控制方法，為一種基于前饋控制的電壓反饋 補(bǔ)償法，具體包括以下步驟：
[0008]步驟一:根據(jù)永磁同步電機(jī)的直流母線電壓確定弱磁極限電壓Usmax;
[0009]步驟二:通過d、q軸電壓計(jì)算得到端電壓Us;
[0010] 步驟三:根據(jù)弱磁極限電壓UsmajP端電壓仏設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，得到弱磁調(diào)節(jié)電流Idrl;
[0011]步驟四：考慮電感和永磁體磁鏈的參數(shù)攝動(dòng)，基于理論公式計(jì)算得到弱磁前饋電 流Idr2 ;
[0012] 步驟五:將弱磁調(diào)節(jié)電流IdrjP弱磁前饋電流Idr2疊加，得到弱磁算法的直軸補(bǔ)償 電流IdrF￥。
[0013] 本發(fā)明的顯著特征在于弱磁前饋部分，應(yīng)用于弱磁模塊的PI調(diào)節(jié)器可以為傳統(tǒng)PI 調(diào)節(jié)器，也可以為模糊PI調(diào)節(jié)器，或其它形式的PI調(diào)節(jié)器。用于不同形式的PI調(diào)節(jié)器，原理 上相同的是輸入都是偏差e，輸出都是弱磁調(diào)節(jié)電流Idrl，區(qū)別是PI的具體算法有所不同。傳 統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器是現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述，本發(fā)明詳細(xì)進(jìn)一步介紹了模糊PI調(diào)節(jié)器的設(shè)置。
[0014]本發(fā)明與【背景技術(shù)】的兩份專利文獻(xiàn)的相同之處是，都使用了電壓反饋法。
[0015]本發(fā)明和專利申請(qǐng)1的區(qū)別是:發(fā)明專利一沒有弱磁前饋，而本發(fā)明增加了弱磁前 饋。
[0016]本發(fā)明和專利申請(qǐng)2的區(qū)別是:前饋的構(gòu)造方式不一樣，專利申請(qǐng)2使用電壓誤差 乘以一個(gè)系數(shù)作為前饋，本發(fā)明是基于電機(jī)模型計(jì)算弱磁前饋電流，且在使用前饋時(shí)考慮 電感和永磁體磁鏈的參數(shù)攝動(dòng)。
[0017]本發(fā)明使用了弱磁前饋，現(xiàn)有技術(shù)中，使用這一技術(shù)特征的有以下兩份文獻(xiàn)：
[0018] 文獻(xiàn)一《內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制實(shí)驗(yàn)研究》(王瑩，唐任遠(yuǎn)，曹先慶，朱建 光，《微電機(jī)》2008年第11期），以內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn) 矩和定子磁鏈給定值，通過查表得出電機(jī)的交、直軸電流參考值;同時(shí)為了解決電機(jī)高速運(yùn) 行時(shí)的參數(shù)漂移問題，在前饋控制的基礎(chǔ)上疊加了基于輸出電壓的閉環(huán)控制策略，有效地 提高了系統(tǒng)的魯棒性。
[0019]文獻(xiàn)二《FeedforwardFlux-WeakeningControlofSurface-Mounted Permanent-MagnetSynchronousMotorsAccountingforResistiveVoltageDrop》 (MarcoTursini,EnzoChiricozzi，andRobertoPetrella，IEEETransactionson IndustrialElectronics(ImpactFactor:6.5) ·02/2010;57(1) :440-448.)以表貼式永磁 同步電機(jī)為研究對(duì)象，分別針對(duì)淺弱磁區(qū)和深弱磁區(qū)，基于反饋轉(zhuǎn)速和前一時(shí)刻的定子電 流設(shè)計(jì)了弱磁前饋，使得電機(jī)可以可靠地工作在大范圍弱磁區(qū)域。
[0020] 本發(fā)明和文獻(xiàn)一的區(qū)別是：前饋的獲取方式不同，文獻(xiàn)一使用查表的方法來獲得 弱磁前饋值，本發(fā)明是基于電機(jī)模型、采用理論公式計(jì)算弱磁前饋電流。由于文獻(xiàn)一采用的 方法是查表法，具有算法精度較低、測(cè)試工作量大的缺點(diǎn)，本發(fā)明的算法基于模型本身，具 有精度較高、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。
[0021] 本發(fā)明和文獻(xiàn)二的區(qū)別是文獻(xiàn)二只用了前饋的方法，具有魯棒性差的缺點(diǎn)；而本 發(fā)明在前饋的基礎(chǔ)上結(jié)合了電壓反饋法，提升了弱磁控制的魯棒性。
[0022] 本發(fā)明能夠有效提升永磁同步電機(jī)的弱磁控制性能，有效改善現(xiàn)有技術(shù)存在的參 數(shù)難調(diào)整、動(dòng)態(tài)性能不理想的問題，具體表現(xiàn)為：
[0023] 1)現(xiàn)有技術(shù)使用電壓誤差乘以一個(gè)系數(shù)作為弱磁前饋，前饋項(xiàng)中的系數(shù)要用試湊 法來確定。本發(fā)明基于電機(jī)模型計(jì)算弱磁前饋電流，計(jì)算公式中所有參數(shù)都是已知的，不需 要通過試湊的方法得到，避免了調(diào)節(jié)過程中的盲目性。而且本發(fā)明中的弱磁前饋電流計(jì)算 公式還考慮了電感和永磁體磁鏈的參數(shù)攝動(dòng)，避免了電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化而導(dǎo)致參數(shù)漂移 的影響，提高了系統(tǒng)的控制精度。
[0024] 2)圖5~7的實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。其中從圖5所示轉(zhuǎn)速跟蹤的結(jié)果 中可以看出：給定轉(zhuǎn)速4000rpm，現(xiàn)有技術(shù)的超調(diào)是60rpm，本發(fā)明的超調(diào)是20rpm。從圖6所 示現(xiàn)有技術(shù)直軸電流跟蹤的波形中可以看出：現(xiàn)有技術(shù)存在直軸電流局部過沖的特點(diǎn)，動(dòng) 態(tài)過程的波形較陡峭。從圖7所示本發(fā)明直軸電流跟蹤的波形中可以看出：本發(fā)明不存在直 軸電流局部過沖的問題，動(dòng)態(tài)過程的波形相對(duì)較平緩。綜上所述，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具 有轉(zhuǎn)速超調(diào)小，直軸電流無局部過沖，電流跟蹤過渡過程平緩，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明應(yīng)用于電機(jī)時(shí)的總體方案控制原理圖，圖中Iqr為直軸給定電流，Iqr為交軸給定電流。
[0026]圖2是本發(fā)明的弱磁控制原理圖。
[0027]圖3是在本發(fā)明中模糊PI的控制原理圖。
[0028]圖4是本發(fā)明中模糊PI控制的隸屬度函數(shù)波形圖。
[0029]圖5是永磁同步電機(jī)給定階躍轉(zhuǎn)速4000rpm的情況下，現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的轉(zhuǎn)速實(shí) 驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。
[0030]圖6是現(xiàn)有技術(shù)的d軸電流跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中Id定義為直軸反饋電流。
[0031]圖7是本發(fā)明的d軸電流跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明為一種基于前饋控制的電壓反饋補(bǔ)償法，圖1是本發(fā)明用于電機(jī)中的控制 原理圖，圖2對(duì)應(yīng)圖1中的弱磁模塊，為本發(fā)明的弱磁控制原理圖，圖3對(duì)應(yīng)于圖2中的模糊PI 部分，為具體的模糊PI控制原理圖。
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟說明。
[0034] 步驟一:根據(jù)直流母線電壓確定弱磁極限電壓Usmax。
[0035]弱磁極限電壓Usmax的理論值為永磁同步電機(jī)的控制主電路逆變器能夠輸出的最 大電壓幅值，該幅值與直流母線電壓大小Ud。有關(guān)，關(guān)系式
[0036] 步驟二:通過d、q軸電壓計(jì)算得到端電壓Us