基于功率环的高速永磁同步电机控制方法

1.本发明涉及永磁同步电机控制领域，尤其涉及基于功率环的高速永磁同步电机控制方法。


背景技术：

2.永磁同步电机具有效率高，响应快，噪音小等优点。因此，永磁同步电机已经在越来越多的行业广泛应用。
3.传统的永磁同步电机通过控制逆变器开关元件，使定子电流相位提前，削弱永磁励磁磁场，从而达到弱磁升速的目的。本质是利用定子电枢的磁场去抵消掉一部分永磁磁场，让电机的反电动势降低，不至于超过电压极限。但是，这种方案在控制过程中母线电压没有充分利用，电流变大，效率变差，并且对电机的电感参数比较敏感，参数不准，电机性能会下降。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决目前传统高速永磁同步电机控制方法效率差、电机性能欠佳、功率不稳定的问题，本发明提供基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，利用开环电流注入电流环、速度环、功率环，从而达到永磁同步电机高速运行中保持功率恒定、电机性能和效率的目的。
5.技术方案：基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：
6.(1)永磁同步电机起动时，初始给定开环电流；
7.(2)开环电流爬坡且功率环和速度环不运作；
8.(3)当电机转速提升到正常空载转速的80％～90％时，切入到功率环运行。
9.所述初始给定开环电流为iq。
10.所述初始给定开环电流iq限流且逐步增大，爬坡的开环电流值为：
[0011][0012]
其中，iqmax为最大允许起动电流，t为预设期望的起动时间。
[0013]
所述步骤3为：
[0014]
(3.1)设定切入功率环地电机转速为正常空载转速的80％～90％；
[0015]
(3.2)在转速达到功率设定转速的80％～90％之前，功率环和速度环不运作，当初始给定地开环电流逐步增大且转速达到功率设定转速的80％～90％时，切断开环注入电流，电流环、速度环、功率环同时运行；
[0016]
(3.3)实时采样母线电压与母线电流，两项乘积与给定功率作差进行功率补偿；
[0017]
(3.4)对电流环、速度环、功率环周期进行设定。
[0018]
所述采样母线电流的方法为：
[0019]
在svpwm的扇区矢量为000，111时采用is计算；其他扇区情况直接使用实时采样的
母线电流进行计算，is的具体计算公式为：
[0020][0021]
其中，id为实时采样的d轴电流，iq为实时采样的q轴电流。
[0022]
所述步骤(3.4)中三个环路设置的方法如下：
[0023]
电流环周期等于pwm周期；速度环周期10到20倍的电流环周期；功率环周期5到10倍速度环周期。
[0024]
所述电流环需要每个foc运算周期进行运算；所述速度环和功率环不需要每个foc运算周期都进行运算。
[0025]
对所述电机转速提升进行pi限幅。
[0026]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
[0027]
1、本发明利用基于功率环的控制方法来实现永磁同步电机的高速运行；与传统的控制方法相比，不仅能够充分利用母线电压，还保证了电机性能。
[0028]
2、本发明首先利用开环电流起动，并做好开环电路的爬坡和限流，做到短时间内达到期望的转速值。
[0029]
3、本发明在电流环和速度环的基础上，新增功率环，保证永磁同步电机高速运行中功率的动态稳定。
[0030]
4、本发明在功率环功率补偿中，将母线电流采样按svpwm扇区进行分开考虑，提高了功率补偿的准确性。
附图说明
[0031]
图1为基于功率环的高速永磁同步电机控制方法的流程图；
[0032]
图2为基于功率环的高速永磁同步电机矢量控制框图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0034]
如图1所示，基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：
[0035]
(1)永磁同步电机起动时，初始给定开环电流。短时间内达到期望的转速；
[0036]
(2)判断因开环电流逐步增大而导致的转速增加是否提高到功率设定转速的80％～90％，如果已经达到，那么切断开环电流注入，进入下一流程；反之，继续给定开环电流爬坡；
[0037]
(3)当初始给定地开环电流逐步增大且转速达到功率设定转速的80％～90％时，切断开环注入电流，电流环、速度环、功率环同时运行；
[0038]
(4)功率环运作的同时，实时采样母线电流和母线电压进行功率补偿。
[0039]
如图2所示，本发明提供了一种基于功率环的高速永磁同步电机矢量控制框图，包括：开环电流注入电流环、速度环、功率环；电机起动时，首先注入开环电流控制，此时速度环和功率环不运作，同时采用id＝0的控制解耦策略实现d-q轴的电流静态解耦。当开环电流达到最大允许起动电流电流附近时，切入到电流环-速度环-功率环同时运作；功率环运行时，给定功率与实时采样的母线电压与母线电流乘积作差进行功率补偿，其中，母线电压
即为实时采样的母线电压，母线电流在svpwm的扇区矢量为000，111时采用is估算；其他扇区情况直接使用实时采样的母线电流进行计算。为保证采样周期准确性，电流环周期等于pwm周期；速度环周期10到20倍的电流环周期；功率环周期5到10倍速度环周期。


技术特征：
1.基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)永磁同步电机起动时，初始给定开环电流；(2)开环电流爬坡且功率环和速度环不运作；(3)当电机转速提升到正常空载转速的80％～90％时，切入到功率环运行。2.根据权利要求1所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述初始给定开环电流为i
q
。3.根据权利要求2所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述初始给定开环电流i
q
限流且逐步增大，爬坡的开环电流值为：其中，i
q
max为最大允许起动电流，t为预设期望的起动时间。4.根据权利要求1所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤3为：(3.1)设定切入功率环地电机转速为正常空载转速的80％～90％；(3.2)在转速达到功率设定转速的80％～90％之前，功率环和速度环不运作，当初始给定地开环电流逐步增大且转速达到功率设定转速的80％～90％时，切断开环注入电流，电流环、速度环、功率环同时运行；(3.3)实时采样母线电压与母线电流，两项乘积与给定功率作差进行功率补偿；(3.4)对电流环、速度环、功率环周期进行设定。5.根据权利要求4所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述采样母线电流的方法为：在svpwm的扇区矢量为000，111时采用i
s
计算；其他扇区情况直接使用实时采样的母线电流进行计算，i
s
的具体计算公式为：其中，i
d
为实时采样的d轴电流，i
q
为实时采样的q轴电流。6.根据权利要求4所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述步骤(3.4)中三个环路设置的方法如下：电流环周期等于pwm周期；速度环周期10到20倍的电流环周期；功率环周期5到10倍速度环周期。7.根据权利要求4所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述电流环需要每个foc运算周期进行运算；所述速度环和功率环不需要每个foc运算周期都进行运算。8.根据权利要求1所述的基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，对所述电机转速提升进行pi限幅。

技术总结
本发明公开了一种基于功率环的高速永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括：当永磁同步电机起动时，初始给定开环电流，功率环和速度环不运作；当电机转速从提升到正常空载转速的80％～90％时，切入到功率环运行。本发明利用基于功率环的控制方法来实现永磁同步电机的高速运行；与传统的控制方法相比，不仅能够充分利用母线电压，还保证了电机性能，提高了功率补偿的准确性。功率补偿的准确性。功率补偿的准确性。


技术研发人员：李可礼 张志良 张懿 魏海峰 陈椒娇
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/2/23