[发明专利]一种永磁同步电机高效加速控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步电机高效加速控制方法。

背景技术

随着新型电力电子器件GTO，IGBT等的出现使同步电动机调速系统发展到了一个新的阶段，永磁同步电动机调速系统具有良好的静态和动态特性，适合应用于机床，机器人和柔性制造系统中。电动机的转子采用永久磁铁励磁，消除了转子励磁损耗。如今永磁同步电机得到了广泛的应用，因为它具有维护方便、可控性强、受环境影响小、电机效率高以及具有高功率因数等诸多有点。永磁同步电机正在向大功率、高转速、高效率和小型化方向发展。当今世界已研制出功率密度超过1KW/kg且额定效率大于90％的小型永磁同步电动机，并且满足低速大扭矩和高速恒功率的牵引控制要求。

经典的电机控制方法主要有：矢量控制、直接转矩控制双闭环控制，矢量控制的速度环和电流环同时采用经典PI控制；现代控制理论主要是在速度环和电流环加入滑模变结构控制；智能控制理论则在双闭环中加入模糊控制、神经网络、专家系统等控制策略。

然而，现有的各种电机控制策略还存在着各种不足，矢量控制技术算法结构比较复杂，需要对电机的交、直轴电流进行解耦控制，实现起来比较困难，对控制器要求比较高，且其对速度的响应较慢，抗干扰能力差；直接转矩控制技术低速下调速性能差；现代控制理论及智能控制的研究多停留在理论阶段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机高效加速控制方法，该方法可以在矢量控制策略的基础上加快其对速度的响应。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁同步电机高效加速控制方法，包括以下步骤：

步骤一、实时检测永磁同步电机的实际转速ω_t并返回系统；

步骤二、将电机实际转速与目标转速ω_r的k(k≤1)倍进行对比，判定永磁同步电机的控制方式：高效加速控制模式或者平稳控制模式；

步骤三、若ω_t＜kω_r，则电机进入高效加速控制模式，令转矩轴电流i_q为逆变器和永磁同步电机本身等硬件限制条件下的最大定子电流值i_lim，经过电流调节器输出转矩轴电压u_qref，并经过Park变换输入SVPWM模块，SVPWM模块输出六路PWM波控制逆变器IGBT，使其输出最大电磁转矩时的三相电流，以使电机获得最大的电磁转矩，使电机以能达到的最大加速度逼近目标转速，此阶段为开环控制；

步骤四、当电机转速达到目标转速的k倍及以上时，即ω_t≥kω_r时，则电机退出高效加速控制模式，进入平稳控制模式，切换为i_d＝0的矢量控制策略，形成转速与电流的双闭环控制系统，系统返回实际转速ω_t与目标转速ω_r形成误差量，经速度控制器输出转矩轴电流的初始值i_qref，i_qref与电流返回值形成电流误差值，再经过电流调节器调整，输出转矩轴电压u_qref，经过Park变换输入SVPWM模块，SVPWM模块输出六路PWM波控制逆变器IGBT输出三相电流，使电机较平稳的逼近目标转速，此阶段为闭环控制；

步骤五、永磁同步电机最终稳定在目标转速下，系统一直运行在平稳控制模式，若永磁同步电机运行工况发生改变，闭环控制下，系统也可以迅速的做出调整，系统稳态运行。

进一步，在步骤一中，通过一个传感器对电机的实际转速进行实时检测并返回控制系统。

进一步，在步骤二中，k(k≤1)的值根据硬件设备条件和永磁同步电机的不同用途不同需求进行设定，从而应对多种不同的需求。

进一步，在步骤三中，根据逆变器和永磁同步电机本身硬件条件对定子最大电流i_lim进行设定。

进一步，在步骤三和四中，通过矢量控制算法控制转矩轴电流和磁通电流；k和i_lim的值，只需对系统进行一次设定即可。

本发明的有益效果在于：针对在永磁同步电机启动之初或者目标转速发生较大变化时，电机实际转速与目标转速有较大差值，现有的矢量控制系统有响应速度慢的缺点，本发明可以在矢量控制的基础之上加快响应速度，以硬件条件下能达到的最大加速度进行加速，大大缩短电机的加速时间，以适应不同用途电机在不同工况下的各种需求。

附图说明