本發(fā)明屬于永磁同步電機控制，具體涉及基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(permanent?magnet?synchronous?motor，pmsm)無電解電容技術(shù)通過采用小容量薄膜電容或者小容量電解電容取代大容量電解電容和去除功率因數(shù)矯正(power?factor?correction，pfc)電路來降低電機驅(qū)動器的硬件成本，提高系統(tǒng)可靠性。弱磁控制是當電機驅(qū)動器的輸出電壓已被充分利用時，通過規(guī)劃電流軌跡以損失轉(zhuǎn)矩輸出的代價來進一步提高輸出轉(zhuǎn)速。

2、傳統(tǒng)的弱磁控制方法通常指反饋弱磁，即通過電壓閉環(huán)的方式負向補償d軸電流；首先計算出當前給定電壓矢量幅值，將其與參考電壓矢量幅值進行比較，如果當前給定電壓矢量幅值超過參考值則負向補償d軸電流。該方法魯棒性強、控制效果穩(wěn)定，在工程中應(yīng)用較廣。然而由于無電解電容電機驅(qū)動器的母線電壓會發(fā)生周期性波動，當輸出功率進一步增加，電機進入弱磁區(qū)域時，基于恒定母線電壓設(shè)計的傳統(tǒng)的弱磁控制方法將難以兼顧母線電壓利用率和電機轉(zhuǎn)矩脈動，無法取得令人滿意的控制效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，提高母線電壓利用率，并減少轉(zhuǎn)矩脈動。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，具體按照以下步驟實施：

3、步驟1，采集電機驅(qū)動系統(tǒng)的實際三相電流和輸出轉(zhuǎn)速，經(jīng)過控制器處理，獲得d軸電壓指令和q軸電壓指令uq*；

4、步驟2，根據(jù)輸出電流、給定轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速，聯(lián)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)轉(zhuǎn)速容許誤差ωset、電流最大值imax和電流中間值im，自適應(yīng)計算參考電壓uref；

5、步驟3，將參考電壓uref與反饋電壓us作差，經(jīng)電壓環(huán)pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，然后限幅輸出d軸負向補償弱磁電流id_fw。

6、本發(fā)明的特點還在于，

7、步驟1中，具體為：

8、步驟1.1，通過傳感器采集電機驅(qū)動器的實際三相電流ia、ib、ic，三相電流ia、ib、ic經(jīng)過坐標變換，得到d軸電流id和q軸電流iq，如式(1)所示：

9、

10、其中，θe為轉(zhuǎn)子電角度；

11、步驟1.2，通過pi轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和定子電流分配策略，獲得d軸電流指令id*和q軸電流指令iq*，如式(2)所示：

12、

13、其中，s是拉普拉斯變換中的復(fù)參量，ωm為轉(zhuǎn)子機械角速度，為系統(tǒng)預(yù)設(shè)給定轉(zhuǎn)速，id_fw是d軸負向補償弱磁電流，kpw和kiw是系統(tǒng)預(yù)設(shè)pi轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)；

14、步驟1.3，通過pi電流調(diào)節(jié)器獲得d軸電壓指令和q軸電壓指令如式(4)所示：

15、

16、kpd、kid、kpq和kiq是系統(tǒng)預(yù)設(shè)pi電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，參考取值如式(3)所示：

17、

18、其中，j為轉(zhuǎn)動慣量，np為極對數(shù)，ψf為永磁體磁鏈。

19、步驟1.3中，kpd、kid、kpq和kiq的參考取值如式(5)所示：

20、

21、其中，ld、lq分別是d軸電感分量、q軸電感分量，r是定子電阻，α是電流環(huán)帶寬，τ是時間常數(shù)。

22、步驟2中，具體為：

23、步驟2.1，通過給定轉(zhuǎn)速ωref、轉(zhuǎn)子機械角速度ωm、d軸電流指令和q軸電流指令計算轉(zhuǎn)速誤差δωe和給定電流幅值iref；如式(6)所示：

24、

25、步驟2.2，根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差δωe和給定電流幅值iref聯(lián)合轉(zhuǎn)速容許誤差ωset、電流最大值imax和電流中間值im，自適應(yīng)計算參考電壓uref。具體為：

26、條件1：當δω≤ωset時，參考電壓uref的計算公式如式(7)所示：

27、

28、其中，β是弱磁增益系數(shù)，如式(8)所示：

29、

30、udcmax和udcmin分別是母線電壓最大值、母線電壓最小值，如式(9)所示：

31、

32、其中，uphase是三相輸入相電壓有效值；

33、條件2：當δω>ωset時，參考電壓uref的計算公式如式(10)所示：

34、

35、步驟3中，具體為：

36、步驟3.1，根據(jù)pi電流調(diào)節(jié)器輸出的d軸電壓指令和q軸電壓指令uq*，計算反饋電壓us，如式(11)所示：

37、

38、步驟3.2，將參考電壓uref與反饋電壓us做差，經(jīng)電壓環(huán)pi調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，輸出弱磁電流待定值id_fw_w，經(jīng)過限幅后輸出d軸負向補償弱磁電流id_fw，如式(12)及(13)所示：

39、

40、其中，kpd_fw和kid_fw是系統(tǒng)預(yù)設(shè)pi電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)。

41、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法，根據(jù)給定轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速和給定電流，聯(lián)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)轉(zhuǎn)速容許誤差ωset、電流最大值imax和電流中間值im自適應(yīng)計算電壓反饋法中的參考電壓uref大小，優(yōu)化電機進入弱磁區(qū)域的效果，從而兼顧母線電壓利用率和電機轉(zhuǎn)矩脈動，提升無電解電容永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的機側(cè)擴速運行效果。

技術(shù)特征：

1.基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

2.如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟1中，具體為：

3.如權(quán)利要求2所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟1.2中，kpw和kiw的參考取值如式(3)所示：

4.如權(quán)利要求2所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟1.3中，kpd、kid、kpq和kiq的參考取值如式(5)所示：

5.如權(quán)利要求2所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟2中，具體為：

6.如權(quán)利要求5所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟2.2中，具體為：

7.如權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，所述步驟3中，具體為：

8.如權(quán)利要求7所述的基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容pmsm弱磁控制方法，其特征在于，id_fw_w和id_fw的計算公式，如式(12)及(13)所示：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于自適應(yīng)參考電壓的無電解電容PMSM弱磁控制方法，具體為：采集電機驅(qū)動系統(tǒng)的實際三相電流和輸出轉(zhuǎn)速，經(jīng)過控制器處理，獲得d軸電壓指令和q軸電壓指令；根據(jù)輸出電流、給定轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速，聯(lián)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)轉(zhuǎn)速容許誤差、電流最大值和電流中間值，自適應(yīng)計算參考電壓；將參考電壓與反饋電壓作差，經(jīng)電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，然后限幅輸出d軸負向補償弱磁電流。本發(fā)明的控制方法，優(yōu)化了電機進入弱磁區(qū)域的效果，從而兼顧母線電壓利用率和電機轉(zhuǎn)矩脈動，提升無電解電容永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的機側(cè)擴速運行效果。

技術(shù)研發(fā)人員：白聰,王博,尹忠剛,李約翰,張延慶
受保護的技術(shù)使用者：西安理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15