一种三相永磁同步电机的控制方法

摘要

本发明提供了一种三相永磁同步电机的控制方法，包括电机动能外环控制方法和电流内环控制方法，该方法将三相永磁同步电机存储的动能作为整体反馈，经由给定速度计算的储能值与实际值相比后产生电机加速功率给定，再加上相应的损耗部分和负载估计值，除以电机的感应电动势，产生两相旋转坐标系下q轴电流给定值i^*_q和d轴电流给定值i^*_d。再由电流内环控制方法依次得到电压给定值U^*_q、U^*_d，经Park反变换，再结合设于三相永磁同步电机逆变器的直流侧电压U_dc，通过空间矢量脉宽调制最终得到用于驱动三相永磁同步电机逆变器的三相开关序列S_a、S_b、S_c信号。该方法能够大大提高三相永磁同步电机控制系统的动态响应性能。满足如电动汽车驱动控制等对于电机响应性能要求更高的场合。

主权项

一种三相永磁同步电机的控制方法，包括电机动能外环控制方法和电流内环控制方法，具体包括以下步骤：1)电机动能外环控制方法：A)分别利用设于三相永磁同步电机上的电流传感器采集三相永磁同步电机的相电流i_a、i_b、i_c，利用设于三相永磁同步电机上的光栅编码器采集三相永磁同步电机的角速度ω_m及转子位置θ；B)通过Clark变换和Park变换，按下式I)将得到的三相永磁同步电机相电流从三相坐标系下变换至两相旋转坐标系下，得到两相旋转坐标系下的电流分量i_d、i_q：$\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{c}{i}_{\alpha }=\frac{2}{3}{i}_a-\frac{1}{3}(i_b+i_c)\\ i_{\beta }=\frac{1}{\sqrt{3}}(i_b-i_c)\end{array}\right.\\ \left\{\begin{array}{c}{i}_d=i_{\alpha }·\cos \left(\theta \right)+i_{\beta }·\sin \left(\theta \right)\\ i_q=-i_{\alpha }·\sin \left(\theta \right)+i_{\beta }·\cos \left(\theta \right)\end{array}\right.\end{array}---I)$C)分别根据三相永磁同步电机的转动惯量J、定子电阻值R_s、绕组电感量L_m、电磁转矩T_e依次获得三相永磁同步电机转子所储存的动能实际值三相永磁同步电机定子的电阻消耗功率R_s(i²_d+i²_q)、三相永磁同步电机绕组电感内磁场储能损耗及负载功率P^*_L＝T_e·ω_m，再将三相永磁同步电机转子所储存的动能实际值与控制器输入的三相永磁同步电机转子所储存的动能给定值相比较，再经动能PI调节器转换成三相永磁同步电机的功率给定值P^*_A，然后通过功率累加器将功率给定值P^*_A、负载功率P^*_L、电阻消耗功率R_s(i²_d+i²_q)以及三相永磁同步电机绕组电感内磁场储能损耗累加，得到三相永磁同步电机逆变器需要向电机输出的有功功率P^*_总；D)将步骤C)得到的有功功率P^*_总除以三相永磁同步电机的两相旋转坐标系下q轴感应电动势e_q，得到两相旋转坐标系下q轴电流给定值i^*_q，其中感应电动势e_q＝K_t×ω_m，K_t为三相永磁同步电机结构常数，由于两相旋转坐标系下的d轴为三相永磁同步电机的励磁方向，因此两相旋转坐标系下的d轴感应电动势e_d＝0，两相旋转坐标系下的d轴电流给定值i^*_d＝0；2)电流内环控制方法：E)将两相旋转坐标系下q轴电流给定值i^*_q与电流分量i_q比较的差值经电流PI调节器转换为两相旋转坐标系下q轴电压差值分量ΔU_q，同样地，将两相旋转坐标系下d轴电流给定值i^*_d与电流分量i_d比较的差值经另一电流PI调节器转换为两相旋转坐标系下d轴电压差值分量ΔU_d；F)忽略三相永磁同步电机电阻上的压降，将三相永磁同步电机的感应电动势按下式II)进行前馈和解耦，分别得到两相旋转坐标系下的给定电机电压值U_d^*、U_q^*：$\left\{\begin{array}{c}{U}_d^{*}={\mathrm{\Delta U}}_d-{\omega }_m{L}_q{i}_q+e_d\\ U_q^{*}={\mathrm{\Delta U}}_q+{\omega }_m{L}_d{i}_d+e_q\end{array}\right.---II)$式II)中，L_d为永磁同步电机的直轴同步电感，L_q为交轴同步电感；G)对步骤F)得到的两相旋转坐标系下的给定电压值U_d^*、U_q^*按下式III)做Park反变换，得到两相静止坐标系下的给定电机电压值U_α^*、U_β^*；$\left[\begin{array}{c}{U_{\alpha }}^{*}\\ {U_{\beta }}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\theta & -sin\theta \\ sin\theta & \cos \theta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_d^{*}\\ U_q^{*}\end{array}\right]---III)$H)将步骤G)得到的两相静止坐标系下的给定电机电压值U_α^*、U_β^*，并结合设于三相永磁同步电机逆变器上的电压传感器采集的三相永磁同步电机逆变器的直流侧电压U_dc，通过空间矢量脉宽调制最终得到用于驱动三相永磁同步电机逆变器的三相开关序列S_a、S_b、S_c信号。