[发明专利]一种用于控制永磁同步电机转矩变化率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种用于控制永磁同步电机转矩变化率的方法及装置。

背景技术

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）驱动系统设计时，系统的转矩变化率可按照线性曲线和非线性曲线进行控制。通常大多选择线性曲线，线性曲线一般是将转矩变化率设置为时间的函数，如图1所示。线性函数关系处理起来比较简单，但是系统加速性偏慢，很难满足电动汽车在快速起步、快速加速和有效能量回馈。而非线性曲线的种类很多，但大多处理过程复杂计算量过大，系统响应特性较差。

由于永磁同步电机PMSM的控制工况复杂，环境恶劣，当设定电流较大，且处于深度弱磁时，如果转矩变化率太快，很容易导致实际电流无法跟踪设定电流，使电流调节器迅速饱和，导致电流失控。一旦电流失控，电机及其控制器将有可能出现超速、过流、直流母线电压升高等故障。

因此，现有的一些做法是在基速以下采用最大转矩电流比控制，基速以上弱磁控制相结合的矢量控制策略，以使得汽车在整个运行范围内具有高效率、调速范围宽、强过载能力、良好的起动加速性能，并且在低速运行时能够提供大转矩，高功率密度、高可靠性、低成本。但是目前采用上述控制策略针对转矩变化率进行控制的方法在系统的动态响应和稳定性兼顾方面还不甚理想。

为此，针对永磁同步电机的控制还需要提供一种有效的简便的转矩变化率控制方法以使系统的响应速度和稳定性方面同时达到最优。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种新的转矩变化率的控制方法。该方法能有效的提高转矩响应速度，缩短系统在加速和爬坡时的反应时间；该方法能选择合理的转矩响应速度，提高系统的稳定性；该方法能提高电机的效率和抗干扰能力。

根据本发明的用于控制永磁同步电机转矩变化率的方法，其包括以下步骤：

检测步骤，实时检测电机运行时的电枢三相电流和转速；

变换步骤，基于Clark－Park变换将所检测的电枢三相电流转换为电机交直轴电流并计算对应的交直轴电压；

转矩调节步骤，基于所述变换步骤中得到的交直轴电流和电压计算调制系数Mindex，并根据所述调制系数Mindex的值所处的范围来以不同的转矩变化率分段调节输出的转矩。

根据本发明的一个实施例，在所述转矩调节步骤中，当所述调制系数Mindex低于一阈值时，以第一组转矩变化率来调节输出的转矩从而使电机在最大转矩电流比控制方式下运行以缩短转矩响应时间。

根据本发明的一个实施例，在所述转矩调节步骤中，当所述调制系数Mindex高于或等于一阈值时，以第二组转矩变化率来调节输出的转矩从而使电机在弱磁控制方式下运行以平缓到达转矩设定值。

根据本发明的一个实施例，所述第一组转矩变化率均高于所述第二组转矩变化率。

根据本发明的一个实施例，所述阈值与逆变的最大限制输出电压有关。

根据本发明的一个实施例，在未达到设定转矩时，采用不同循环次数的定时中断并基于所述调制系数Mindex所处的范围来递增或递减所述转矩，其中所述不同的循环次数对应于所述第一组转矩变化率和所述第二组转矩变化率。

根据本发明的一个实施例，所述调制系数Mindex采用以下公式得到：

Mindex=3usUdc]]>

Us为电机旋转磁场产生的交直轴电压矢量，Udc为输入电机的驱动电压。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制永磁同步电机转矩的装置，其包括：

检测单元，其用于实时检测电机运行时的电枢三相电流和转速；

变换单元，其基于Clark－Park变换将所检测的电枢三相电流转换为电机交直轴电流并计算对应的交直轴电压；

转矩调节单元，基于调制系数的值所处的范围来以不同的转矩变化率分段调节输出的转矩，其中，所述调制系数与交直轴电压或交直轴电流的矢量有关。