一种永磁同步电机的控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及电机拖动技术领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机的控制方法 及系统。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机的励磁磁动势由永磁体产生而无法调节，只能通过减小电机直轴电 流id和交轴电流i5来达到弱磁扩速的目的。就目前的弱磁控制策略而言，一方面，只实现 了最大转矩电流比与电流极限圆之间的平滑过渡，并没有实现电流极限圆和最大转矩电压 比的平滑过渡；另一方面，当给定的电流较大时，且处于深度弱磁时，很容易导致电流振荡， 使得控制系统失控，造成电机故障和危机人生安全等问题。
[0003] 近几年，随着稀土永磁材料和电力功率器件的发展，永磁同步电机获得了广泛研 宄。永磁同步电机较异步电机具有功率密度大、结构紧凑、调速性能好等优点，用永磁同步 电机做主轴传动正成为一个新的研宄方向。在一定的电流与电压输出下，永磁同步传动系 统存在着区域1、区域2和区域3三个工作区域，如图1所示。电流极限圆I所包围区域为 的电流限制区，这一区存在一条最大转矩电流比曲线，可以使永磁同步电机在基速以下获 得最大的电磁转矩，如OA曲线所示；当转速超过额定转速时，A点将落到电流极限圆I 之外，电机工作点受电压极限椭圆II和电流极限圆I的共同限制，此时电机最大转矩工作 点将是电压极限椭圆II与电流极限圆I的交点，并且这一交点随着转速上升由A点向B点 移动，AB为弱磁区域2 ;当电机转速超过时，电压椭圆和最大转矩电压比曲线的交点将 进入电流极限圆I内，电机工作点将沿最大转矩电压比曲线向C点移动，BC为弱磁区域3。
[0004] 永磁同步电机的控制运行是靠逆变器输出驱动的，因而电机运行性能要受到逆变 器的制约。其相电压有效值的极限值ulim要受到逆变器直流侧电压的最大输出限制，相电 流有效值的极限值ilim要受到逆变器的最大输出电流的限制。运行时，定子电流空间矢量 既不能超出电机的电压极限椭圆，也不能超出电流极限圆。电压极限椭圆II与电流极限圆 I的公式如下：
【主权项】
1. 一种永磁同步电机的控制方法，应用于永磁同步电机调速控制装置，其特征在于，包 括如下步骤： 根据所述永磁同步电机的给定角速度和实际角速度，以及比例积分算法得到初始给定 电流； 根据所述初始给定电流得到初始交轴电流； 并利用最大转矩电流比算法，根据所述初始给定电流得到初始直轴电流； 根据所述初始直轴电流和负补偿量得到第一直轴电流； 根据所述第一直轴电流得到第二直轴电流，并使所述第二直轴电流不低于预设的下限 值； 根据所述第二直轴电流得到给定直轴电压； 对所述第一直轴电流和所述第二直轴电流求差，将求差的结果进行比例计算得到交轴 电流补偿量； 对所述初始交轴电流和所述交轴电流补偿量求差，将其差值作为第一交轴电流； 根据所述第一交轴电流得到给定交轴电压； 根据所述给定交轴电流和所述给定交轴电压得到所述负补偿量。
2. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机为表面式永磁同步 电机，所述下限值为永磁体磁链与直轴电感的比值的负值。
3. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机为内置式永磁同步 电机，所述下限值为最大电流极限圆与最高角速度对应的电压限制椭圆的交点对应的直轴 电流。
4. 如权利要求1~3任一项所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第二直轴电流 得到给定直轴电流，包括： 利用最大转矩电压比算法，根据所述第一交轴电流得到第三直轴电流； 利用以所述给定角速度与所述实际角速度的差值为参数的开关函数，对所述第一直轴 电流和所述第三直轴电流进行运算得到所述给定直轴电流。
5. 如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括对所述给定直轴电流进行低通 滤波处理。
6. -种永磁同步电机的控制系统，应用于永磁同步电机调速控制装置，其特征在于，包 括： 第一减法器，用于根据所述永磁同步电机的给定角速度和实际角速度，得到角速度差 值； 比例积分计算模块，用于利用比例积分算法对所述角速度差值进行计算，得到初始给 定电流； 初始交轴电流计算模块，用于根据所述初始给定电流得到初始交轴电流； 最大转矩电流比计算模块，用于对所述初始给定电流进行计算，得到初始直轴电流； 第一加法器，将所述初始直轴电流与负补偿量相加，得到第一直轴电流； 直轴电流转换模块，用于根据所述第一直轴电流得到第二直轴电流，并使所述第二直 轴电流不低于预设的下限值； 给定直轴电流输出模块，用于根据所述第二直轴电流得到并输出给定直轴电压； 第二减法器，用于对所述第一直轴电流和所述第二直轴电流求差，得到直轴电流差 值； 比例计算模块，用于将所述直轴电流差值进行比例计算，得到交轴电流补偿量； 第二加法器，用于将所述初始交轴电流和所述交轴电流补偿量求差，将其差值作为第 一交轴电流； 给定交轴电压计算模块，用于根据所述第一交轴电流得到给定交轴电压； 负补偿量计算模块，用于根据所述给定交轴电流和所述给定交轴电压得到所述负补偿 量。
7. 如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述永磁同步电机为表面式永磁同步 电机，所述下限值为永磁体磁链与直轴电感的比值的负值。
8. 如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述永磁同步电机为内置式永磁同步 电机，所述下限值为最大电流极限圆与最高角速度对应的电压限制椭圆的交点对应的直轴 电流。
9. 如权利要求6~8任一项所述的控制系统，其特征在于，所述给定直轴电流输出模块 包括： 最大转矩电压比计算单元，用于利用最大转矩电压比算法对所述第一交轴电流进行计 算，得到第三直轴电流； 开关函数计算单元，用于利用以所述给定角速度与所述实际角速度的差值为参数的开 关函数，对所述第一直轴电流和所述第三直轴电流进行运算得到所述给定直轴电流。
10. 如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，还包括低通滤波处理模块，用于对所 述给定直轴电流进行低通滤波处理。
【专利摘要】本申请提供了一种永磁同步电机的控制方法及系统，该控制方法及系统首先根据永磁同步电机的给定角速度和实际角速度得到初始给定电流；根据初始给定电流得到初始交轴电流；根据初始给定电流得到初始直轴电流；根据初始直轴电流和负补偿量得到第一直轴电流；根据第一直轴电流得到第二直轴电流，并使第二直轴电流不低于预设的下限值；根据第二直轴电流得到给定直轴电压；对第一直轴电流和第二直轴电流求差，将求差的结果进行比例计算得到交轴电流补偿量；对初始交轴电流和交轴电流补偿量求差得到第一交轴电流；根据第一交轴电流得到给定交轴电压；根据给定交轴电流和给定交轴电压得到负补偿量。能够提高永磁同步电机的稳定性，避免出现电流振荡。
【IPC分类】H02P21-00
【公开号】CN104734592
【申请号】CN201510151199
【发明人】冯江华, 许峻峰, 石敏, 何亚屏, 张朝阳, 肖磊, 文宇良, 刘雄
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月1日