[发明专利]永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法，特别是涉及一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有高效率、高功率密度、低噪声，高转矩电流比、强鲁棒性等优势，在要求具有宽调速范围和优良的转矩特性的驱动控制领域中得到了广泛的应用。为了能够充分利用逆变器容量，最大限度的发挥永磁同步电机的转矩潜能，现有技术以转子磁场定向的永磁同步电机同步轴系下的数学模型为基础，根据电磁转矩与电机参数、定子d、q轴电流的关系，利用定子电感参数L_d、L_q和永磁体磁链参数ψ_f计算出最大电磁转矩所对应的定子d、q轴电流的给定值，并通过d、q轴电流的闭环控制来实现最大转矩电流比的控制。

检索国内外专利及相关文献对比分析，目前尚未发现与本发明方法类似的专利报道，但与本发明接近的国内外文献有以下两篇：

(1)李长红、陈明俊、吴小役，PMSM调速系统中最大转矩电流比控制方法的研究，《中国电机工程学报》，2005，25(21)：169-174

(2)Bing Cheng、Tod R.Tesch，Torque Feedforward Control Technique for Permanent-Magnet Synchronous Motors，IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57(3)：969-974

文献(1)给出了一种可工程应用的近似最大转矩电流比的控制方法，该方法采用拉格朗日乘子算法求取永磁同步电机输出最大转矩下同步轴系d、q轴电流的给定值，并通过d、q轴电流的闭环控制实现最大转矩电流比控制。该方法采用的电磁转矩与定子d、q轴电流的关系式依赖于电机参数，电机参数的准确性对系统的运行和控制性能有较大影响，而永磁同步电机在不同运行状态下，其定子电感和永磁体磁链参数受到磁路饱和等因素影响会发生较大变化，由于该方法未考虑电机参数变化带来的影响，因而在运行范围较宽的领域内会偏离最大转矩电流比的运行点，不能最大限度的发挥永磁同步电机的转矩潜能和充分利用逆变器的容量。

文献(2)采用的电磁转矩与定子d、q轴电流的关系式仍然依赖于电机参数，为了考虑电机参数变化对最大转矩电流比控制精确性的影响，依据电机在有限元分析下得到的定子电感L_d、L_q和永磁体磁链ψ_f随i_d、i_q电流变化的三维图，通过查表法得到不同运行状态下的电机参数，实现了基于转矩前馈的最大转矩电流比控制方法。该方法虽然能够在较宽的运行范围内维持电机运行于最大转矩电流比的运行点，但是电机参数三维图绘制需要专业人员通过有限元分析后得到，计算过程比较复杂，而且针对不同的永磁同步电机必须重新绘制电机参数三维图，工作量较大，且需要占据大量的存储区域，此外，该方法还须根据不同电机进行存储数据的大量修改，因而在工程实际运用中存在较大的局限性。

上述方案虽能在一定范围内满足永磁同步电机最大转矩电流比控制的需求，但由于这些方案中所采用的控制模型均局限于采用定子电感参数L_d、L_q和永磁体磁链参数ψ_f来得到电磁转矩与定子d、q轴电流的关系，因而在工程实际运用中急需一种永磁同步电机最大转矩电流比的新的控制方法来解决现有永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法对定子电感和永磁体磁链参数的依赖性，使最大转矩电流比控制在电机参数变化的条件下仍然具备高精确性，实现充分利用逆变器的容量和最大限度发挥永磁同步电机转矩潜能的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有永磁同步电机最大转矩电流比的控制方法的不足，而提供一种永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法。该方法的原理为：利用永磁同步电机在同步轴系下的定子磁链来检测电磁转矩，引入电磁转矩的增量作为反馈，建立转矩角(定子电流矢量与同步轴系d轴间的电角度)的自动寻优算法，得到定子d、q轴电流的给定值，因此无需利用定子电感参数L_d、L_q和永磁体磁链参数ψ_f参与计算，避免了不同运行状态下电机参数变化造成的影响，实现最大转矩电流比的精确检测与控制。

本发明提供的永磁同步电机定子磁链检测电磁转矩的最大转矩电流比的控制方法，它可以通过以下方案加以实现：