[发明专利]凸极式永磁同步电机精确转矩输出的自适应容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车用凸极式永磁同步电机(IPMSM)精确转矩输出的自适应容错控制方法，用于实现凸极式永磁同步电机在复杂运行工况下的精确转矩输出。

背景技术

在汽车动力电气化的技术发展趋势以及“节能减排、改善环境”的国策鼓励下，新能源电动汽车是国家大力发展的重点方向之一。电动汽车电驱动系统不仅要求有较高的转矩输出能力和较宽的调速范围，而且具有较高的转矩控制精度。IPMSM具有高效率、高功率密度和宽调速范围等特点，广泛用于电动汽车电驱动系统，大多基于矢量控制实现IPMSM转矩控制，即基于转矩指令查表或在线计算获得定子d、q轴电流指令，再通过电流双闭环PI控制实现IPMSM电磁转矩的动态控制。然而IPMSM存在参数不确定性，温度变化、铁磁材料的磁导率随温度变化及磁路饱和程度不同呈现出的非线性变化是IPMSM存在参数不确定的重要原因，具体表征为电机负载运行所伴随的温度变化将导致电机永磁体磁链、定子电感以及电枢电阻的变化；磁路饱和将导致定子电感及永磁体磁链的变化。电机参数不确定性的存在将直接影响基于PI控制的IPMSM系统精确转矩控制性能，轻则导致系统性能下降，重则引起系统运行失稳等现象。

为了实现IPMSM精确转矩控制，有效解决方案之一是在系统运行中通过电机参数的在线辨识实现控制器参数与前馈解耦量的自适应更新，但该方案存在计算量较大即系统实现较繁琐的技术不足，且辨识精度直接影响系统的运行性能及稳定性。扰动观测器也是可供选择的解决方案之一，其实现思路是基于IPMSM数学模型设计扰动观测器，在线估计参数不确定产生的扰动量再进行前馈补偿抵消未知扰动对系统的影响，提高系统的控制性能与鲁棒性。基于扰动观测器的IPMSM控制方案，系统控制结构较为复杂，且扰动观测结果直接影响系统的控制性能。

发明内容

本发明是为了克服现有技术方案的不足，提出一种车用凸极式永磁同步电机精确转矩输出的自适应容错控制方法，实现电动汽车电驱动系统在复杂运行工况下的精确转矩输出。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明凸极式永磁同步电机精确转矩输出的自适应容错控制方法，设置凸极式永磁同步电机的控制系统中各模块包括：电流指令表、电流调节器、无模型自适应控制器、自适应容错转矩调节器、电流传感器、位置传感器；所述电流调节器包括直轴电流PI调节器和交轴电流PI调节器；所述自适应容错转矩调节器包括转矩PI调节器和故障判断模块；

本发明凸极式永磁同步电机精确转矩输出的自适应容错控制方法按以下步骤进行；

步骤一、设置控制系统运行的采样周期为T_s，假设当前采样时刻为第k个采样周期，k>0，且k为整数；

步骤二、按如下方式获得第k个采样周期的实际定子直轴电流i_d(k)，第k个采样周期的实际定子交轴电流i_q(k)，第k个采样周期的实际转子电角度θ(k)和第k个采样周期的实际转子电角速度ω_e(k)；

(1)、利用由电流传感器检测获得的第k个采样周期定子a相电流i_a(k)和第k个采样周期定子b相电流i_b(k)，以及由位置传感器检测获得的第k个采样周期实际转子电角度θ(k)，按式(1)进行坐标变换获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下凸极式永磁同步电机第k个采样周期的实际定子直轴电流i_d(k)和第k个采样周期的实际定子交轴电流i_q(k)：

(2)、利用所述第k个采样周期实际转子电角度θ(k)计算获得第k个采样周期的实际转子电角速度ω_e(k)；

步骤三、按如下方式获得第k个采样周期定子直轴电流指令和第k个采样周期的定子交轴电流指令

(1)、利用式(2)计算获得第k个采样周期的转矩扰动估计量

式(2)中，P为凸极式永磁同步电机极对数，ε为设定值；

为无模型自适应控制器输出的第k-1个采样周期的直轴参考电压扰动量；

为第k-1个采样周期的交轴参考电压扰动量；

若k-1＝0时，则有：

利用式(3)计算获得第k个采样周期的转矩估计

式(3)中，L_do为凸极式永磁同步电机直轴标称电感、L_qo为凸极式永磁同步电机交轴标称电感，ψ_mo为凸极式永磁同步电机永磁体标称基波磁链；