技术特征：
1.基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、通过电流传感器读取两相电流i
a
和i
b
，经过clark变换将其从三相静止坐标系转换成两相静止坐标系i
α
和i
β
；步骤s2、将步骤s1中求得的两相静止坐标系i
α
和i
β
与转子位置θ结合，经过park变换从两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系i
ds
和i
qs
；步骤s3、转子速度/位置反馈环节将测量的转子角速度ω
r
与参考角速度ω
r1
进行比较，并通过pi调节环节产生交轴给定电流i
q1
，直轴给定电流i
d1
；步骤s4、将步骤s3中求得的交轴给定电流i
q1
、直轴给定电流i
d1
与实际反馈的交轴电流i
qs
、直轴电流i
ds
进行作差比较，取直轴给定电流i
d1
为0；再经过pi调节环节转化为交轴参考电压v
qs
、直轴参考电压v
ds
；步骤s5、将步骤s4中求得的交轴参考电压v
qs
、直轴参考电压v
ds
与检测到的转子位置θ相结合进行反park变化，变换为两相静止坐标系的电压v
α
和v
β
；步骤s6、将步骤s5中求得的两相静止坐标系的电压v
α
和v
β
通过svpwm算法模块调制为六路开关信号从而控制三相逆变器的开关与通断，实现永磁同步电机弱磁控制。2.根据权利要求1所述的基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，所述步骤s1，通过电流传感器读取两相电流i
a
和i
b
，经过clark变换将其从三相静止坐标系转换成两相静止坐标系i
α
和i
β
的方法如下：通过电流采集模块采集两相电流计算出三相电流i
a
，i
b
，i
c
，再通过clark变换计算出两相静止坐标系i
α
和i
β
；两相静止坐标系i
α
和i
β
求解公式如下：i
α
＝(i
a-0.5(i
b
+i
c
))*2/3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)i
β
＝1.732/2(i
b-i
c
)*2/3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。3.根据权利要求1所述的基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，所述步骤s2，将步骤s1中求得的两相静止坐标系i
α
和i
β
与转子位置θ结合，经过park变换从两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系i
ds
和i
qs
的公式如下：i
ds
＝i
α
*cosθ+i
β
*sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)i
qs
＝-i
α
*sinθ+i
β
*cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)。4.根据权利要求1所述的基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，所述步骤s4，将步骤s3中求得的交轴给定电流i
q1
、直轴给定电流i
d1
与实际反馈的交轴电流i
qs
、直轴电流i
ds
进行作差比较，取直轴给定电流i
d1
为0；再经过pi调节环节转化为交轴参考电压v
qs
、直轴参考电压v
ds
的方法如下：交轴给定电流i
q1
，直轴给定电流i
d1
与实际反馈的交轴电流i
qs
、直轴电流i
ds
进行作差比较，分别在q轴和d轴方向产生了交叉耦合电动势，采用常规的pi调解环节并结合前馈解耦控制方法求得d、q轴电压；d、q轴前馈解耦公式如下：
式(5)中，v
d
为d轴的端电压，v
q
为q轴的端电压，k
pd
为pi调解器的比例增益，k
pq
为pi调解器的比例增益，k
id
为pi控制器的积分增益，k
iq
为pi控制器的积分增益，ω
e
是转速，l
d
为d轴的定子电感，l
q
为q轴的定子电感，i
d
为d轴的电枢电流，i
q
为q轴的电枢电流；pmsm数学模型和所有的变量单位统一，同时在d、q转子参考系中建立d轴为直轴，q轴为交轴，定子电压等式在转子参考系中公式如下：式(6)中，r
s
为定子电阻，ω
r
为每单位的角速度，p为导数算子，ψ
f
为永磁体磁链；为了防止电机运行失控，将电流和电压限制在最大电流和最大电压范围内，电流和电压表示如下：压表示如下：式(7)、式(8)中，i
lim
为pmsm的最大电流，u
lim
为pmsm直流侧最大电压，电压和电流限制电机驱动系统的额定转矩下最大速度和电机驱动系统的最大转矩产生能力；基于pmsm模型确定弱磁运行方式：永磁同步电机由永磁体产生主磁场，增加d轴去磁分量削弱主磁场提升扭矩；依据式(6)至(8)忽略定子电阻，稳态电压约束公式如下：电磁转矩t
e
公式如下：t
e
＝n
p
i
q
[ψ
f
+(l
d-l
d
)i
d
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式(10)中n
p
为极对数；转子的转速能公式如下：式(11)中，t
l
为外部负载转矩，b为电机和负载的粘性摩擦系数，ω为电机角速度，j为转动惯量；采用的控制方法包括：当电机角速度ω
r
＜ω
r1
时定义为区间一，当电机的角速度ω
r1
≤ω
r
≤ω
r2
时定义为区间二，当电机角速度ω
r2
≤ω
r
时定义为区间三；id＝0时的控制方法：pmsm面贴式永磁同步电机中，d轴电感和q轴电感为约等于关系而且没有凸极效应，导致id＝0时电流全部集中于q轴上，从而产生更大的转矩，id＝0时定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间正交，电动机转矩中只有永磁转矩分量，其值为：
t
e
＝n
p
ψ
f
i
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式(12)中，i
s
为电流最大值；最大转矩/电流控制：在电机基速以下时，在电机给定转矩条件下控制定子电流的模值为最小，使定子电流充分利用，电机进入区间一内运行；问题等效为式(7)，式(10)满足的条件极值问题，根据拉格朗日极值定理，引入辅助函数如下：式(13)中λ为拉格朗日乘子，h为辅助函数；对式(13)求偏导，并令其等于零，对式进行求解求得直轴电流i
d
和交轴电流i
q
的关系为：根据电机此时运行的区间，确定此时的直轴电流为负数，则求得：随着i
q
的增大，i
q
按照式(15)变化时，求得电机的最大转矩/电流控制的轨迹；转速过度区域的控制方法：在电机转速超过基速，还未达到转折速度时，电压和电流极限环对电机限制，电机进入区间二内运行；为最大限度利用逆变器容量，控制电流矢量沿着电流限环逆时针向下；当电动机运行于某一角速度ω
r
时，由电压方程求得区间二内弱磁控制时电流矢量控制方程如下：确定电流的轨迹路线，由式(16)得出：最大转矩电压比控制方法：电动机超出转折速度后，电机进入区间三内运行，选择最大转矩电压比，进行电流路径规划；永磁同步电机沿着最大转矩电压比曲线运行，d、q轴电流受到电压限制点的约束；根据拉格朗日极值定理，引入辅助函数：
h＝(ω
r
l
q
i
q
)2+(ω
r
l
d
i
d
+ω
r
ψ
f
)2+λ{t
e-n
p
[ψ
f
i
q
+(l
d-l
q
)i
d
i
q
]}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)对式(18)求偏导，并令其等于零，求解求得直轴电流i
d
和交轴电流i
q
的关系为：式(19)为最大转矩电压比轨迹；再联立式(19)和电磁转矩公式(10)分别求得直轴电流i
d
和交轴电流i
q
；由式(19)求得：式中：式(20)中，c为磁通变化量；将式(20)代入式(18)中的偏导式求得：求得最大转矩电压比的轨迹。5.根据权利要求1所述的基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，所述步骤s5，将步骤s4中求得的交轴参考电压v
qs
、直轴参考电压v
ds
与检测到的转子位置θ相结合进行反park变化，变换为两相静止坐标系的电压v
α
和v
β
的方法如下：v
α
＝v
ds
cosθ-v
qs
sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)v
β
＝v
ds
sinθ+v
qs
cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)。6.根据权利要求1所述的基于内埋式pmsm扭矩提升算法，其特征在于，所述步骤s6，将步骤s5中求得的两相静止坐标系的电压v
α
和v
β
通过svpwm算法模块调制为六路开关信号从而控制三相逆变器的开关与通断，实现永磁同步电机弱磁控制：电压空间矢量u
out
旋转到某个区域中，所述u
out
由组成该区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合产生，以扇区i为例，根据平衡等效原则得到公式如下：t
s
u
out
＝t4u4+t6u6+t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)t4+t6+t0＝t
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)式(24)中，u
out
为电压空间矢量，t
s
为一个载波周期，u4、u6分别为扇区i的合成矢量电压，t4为u4的作用时间，t6为u6的作用时间，t0为零矢量u0或u7的作用时间，u0、u7分别为零矢量电压；式(26)中，u1、u2分别为计算合成矢量电压；求解作用时间t4、t6和t0：
式(27)中，θ为合成矢量与主矢量的夹角；将式(26)及|u4|＝|u6|＝2u
dc
/3带入式中(27)，得出了扇区作用时间t4、t6和t0或t7，公式如下：式(28)中，u
m
为合成矢量电压，u
dc
为母线电压；参考电压矢量的扇区判断：用u
α
和u
β
表示参考电压矢量u
out
在α、β轴上的分量，u
ref1
，u
ref2
和u
ref3
通过三角函数得出公式如下：式(29)中，定义u
ref1
是投影到空间坐标系x的矢量分量，u
ref2
是投影到空间坐标系y的矢量分量，u
ref3
是投影到空间坐标系z的矢量分量；再定义3个变量a，b，c，通过分析可以得出：若uref1>0，则a＝1，否则a＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(30)若uref2>0，则b＝1，否则b＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(31)若uref3>0，则c＝1，否则c＝0；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(32)定义扇区n＝4c+2b+a，求得u
out
所在扇区；非零矢量和零矢量作用时间的计算：通过对式(33)进行转换，得出以下公式：求解其他扇区各矢量的作用时间，公式如下：
式(35)中，x为空间坐标系矢量的作用时间，y为空间坐标系矢量的作用时间，z为空间坐标系矢量的作用时间；求得各个扇区t0或t7、t4和t6作用的时间；如果t4+t6＞t
s
，则需进行过调制处理，过调制处理公式如下：扇区矢量切换点的确定：三相电压开关切换时间ta、tb和tc，公式如下：ta、tb和tc分别为三相电压开关时间切换点t
cm1
、t
cm2
和t
cm3
与各扇区的关系；最后使用一定频率的三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，从而可以产生控制器所需的pwm脉冲信号，从而可以产生控制器所需的pwm脉冲信号从而提升扭矩输出。
技术总结
基于内埋式PMSM扭矩提升算法，属于电机弱磁控制方法领域，是针对降低永磁同步电动机的反应电动势，通过弱磁控制增加高速时电机的转矩输出能力的问题所提出，包括通过电流传感器读取两相电流i
技术研发人员：祝涛 张凯 石晓东 李彬
受保护的技术使用者：祝涛
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2022/5/30