一种电动车用隐极式混合励磁电机直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种电动车用隐极式混合励磁电机直接转矩控制方法。该方法以混合励磁电机的分区控制策略为基础，采用最大转矩电流比算法在不同运行区域计算定子磁链和励磁电流给定值。根据转矩和磁链给定值与各自反馈值的差值查询开关表选择电压矢量，控制PWM逆变器的开关状态，实现了混合励磁电机直接转矩控制。本发明在保证混合励磁电机基本运行特性的前提下，实现了混合励磁电机的直接转矩控制，简化了控制系统算法，提高了电机转矩响应速度。相比于传统直接转矩控制方法，本发明在不同运行区间，根据最大转矩电流比算法计算定子磁链给定值，减小了电枢电流无功分量，提高了电机的效率和转矩输出能力。

主权项

1.一种电动车用隐极式混合励磁电机直接转矩控制方法，其特征在于，对隐极式混合励磁电机采用直接转矩控制策略：分别在电机处于低速标准区、低速增磁区、高速弱磁区运行区域时，根据最大转矩电流比算法计算出定子磁链和励磁电流给定值，根据电磁转矩和所述定子磁链给定值与各自反馈值的差，查询开关表获取最优电压矢量控制PWM逆变器，并根据所述励磁电流给定值控制励磁逆变器；具体包括以下步骤：步骤1)检测PWM逆变器直流母线电压、隐极式混合励磁电机三相电流、隐极式混合励磁电机实测转速以及转子位置角，得到检测值；根据所述检测值，计算得到隐极式混合励磁电机定子磁链实际值ψ_s和转矩实际值T_e；步骤2)根据隐极式混合励磁电机的转速和带载情况，根据最大转矩电流比算法计算出电机分别处于低速标准区、低速增磁区、高速弱磁区运行区域时定子磁链给定值ψ_s^*和励磁电流给定值i_f^*：a.低速标准区：根据所述电机实测转速n和给定转速n′计算得到隐极式混合励磁电机转矩给定值T_e^*，所述转矩给定值T_e^*小于额定转矩T_N，励磁电流给定值i_f^*为0；根据所述转矩给定值T_e^*和隐极式混合励磁电机处于低速标准区运行时转矩T_e表达式，计算得到两相旋转坐标系下定子绕组q轴电流i_q；所述转矩T_e表达式为：$T_e=\frac{3}{2}{\mathrm{pi}}_q{\psi }_{\mathrm{pm}};$其中，p为极对数，i_q为定子绕组q轴电流，ψ_pm为永磁磁链；将所述定子绕组q轴电流i_q代入隐极式混合励磁电机定子处于低速标准区运行时定子磁链ψ_s表达式，得到定子磁链给定值ψ_s^*；所述定子磁链ψ_s表达式为：${\psi }_s=\sqrt{{\psi }_{\mathrm{pm}}^2+{\left(L_q{i}_q\right)}^2}=\sqrt{{\psi }_{\mathrm{pm}}^2+{\left(\frac{2T_e{L}_q}{3p{\psi }_{\mathrm{pm}}}\right)}^2};$其中，L_q为定子绕组q轴电感；b.低速增磁区：根据所述电机实测转速n和给定转速n′计算得到隐极式混合励磁电机转矩给定值T_e^*；所述转矩给定值T_e^*大于额定转矩T_N，电机需要通入正向励磁电流；根据隐极式混合励磁电机处于低速增磁区运行时转矩T_e表达式，计算得到增磁励磁电流给定值i_f^*；所述转矩T_e表达式为：$T_e=T_N+\frac{3}{2}{\mathrm{pi}}_N{M}_{\mathrm{sf}}{i}_f;$其中，p为极对数，i_N为定子绕组额定电流，M_sf为励磁绕组与电枢绕组之间的互感，i_f为励磁电流；将所述增磁励磁电流给定值i_f^*代入隐极式混合励磁电机定子处于低速增磁区运行时定子磁链ψ_s表达式，得到定子磁链给定值ψ_s^*；所述定子磁链ψ_s表达式为：${\psi }_s=\sqrt{{({\psi }_{\mathrm{pm}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_f)}^2+{\left(L_q{i}_{\mathrm{qN}}\right)}^2}$其中，ψ_pm为永磁磁链，i_qN为定子绕组q轴额定电流，L_q为定子绕组q轴电感；c.高速弱磁区：根据削弱定子磁链来提高电机转速的约束条件，忽略定子电阻R，计算得到定子磁链给定值ψ_s^*：所述约束条件为：U_N＝I_sR+ω_eψ_s其中，U_N为电机额定电压；ω_e为电机电角速度，I_s为定子绕组电流；将隐极式混合励磁电机处于高速弱磁区运行时转矩T_e表达式和定子磁链ψ_s表达式联立方程组并求解，得到励磁电流给定值i_f^*；其中，所述转矩T_e表达式为：$T_e=\frac{3}{2}p[{\psi }_{\mathrm{pm}}{i}_q+M_{\mathrm{sf}}{i}_f(i_q-i_d)]$所述定子磁链ψ_s表达式为：${\psi }_s=\sqrt{{({\psi }_{\mathrm{pm}}+M_{\mathrm{sf}}{i}_f)}^2+{\left(L_q{i}_{\mathrm{qN}}\right)}^2}$所述励磁电流给定值i_f^*为：$i_f=\frac{\sqrt{\frac{{\psi }_s^2+\sqrt{{\psi }_s^2-\frac{16T_e^2{L}_q^2}{9p^2}}}{2}}-{\psi }_{\mathrm{pm}}}{M_{\mathrm{sf}}}$其中，p为极对数，i_q为定子绕组q轴电流，i_d为定子绕组d轴电流，ψ_pm为永磁磁链，M_sf为励磁绕组与电枢绕组之间的互感，i_f为励磁电流，L_q为定子绕组q轴电感，i_qN为定子绕组q轴额定电流；步骤3)，根据所述步骤2)得到的电机分别处于不同运行区域时的转矩给定值T_e^*与所述步骤1)得到的转矩实际值T_e的差，以及定子磁链给定值ψ_s^*与所述步骤1)得到的定子磁链实际值ψ_s的差，查询开关表获取最优电压矢量控制PWM逆变器；同时，根据所述步骤2)得到的电机分别处于不同运行区域时的励磁电流给定值i_f^*控制励磁逆变器，实现混合励磁电机直接转矩控制。