[发明专利]永磁同步电动舵机系统弱磁控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动舵机伺服系统的电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电动舵机系统弱磁控制方法。

背景技术

现如今战术武器电动舵机系统普遍采用直流电机、无刷直流电机作为执行机构，传统舵机用无刷直流电机系统位置-电流双闭环加“伪速度环”的控制方式。传统的最大转矩电流比(i_d＝0)控制方案，由于逆变器直流侧电压限制，存在积分饱和，当轻负载运行时电机转速最大为额定转速，功率有富余，对于弹用舵系统能源一次性消耗的特点来说，此时的富余功率是浪费的，无法最大限度利用弹上能源。

发明内容

本发明提供一种永磁同步电动舵机系统弱磁控制方法，针对导弹一次性消耗的特点，实现了舵机系统在功率富余情况下的弱磁增速，提高了舵机系统的高频动态响应速度。

为了达到上述目的，本发明提供一种永磁同步电动舵机系统弱磁控制方法，包含以下步骤：提取电机直轴和交轴的电压饱和量，基于电压反馈的电流补偿弱磁分配策略对电流环进行补偿，实现永磁同步电机弱磁升速；

所述的电机直轴和交轴的电压饱和量为：

其中，U_d、U_q分别为电机直轴d轴和电机交轴q轴电流积分形成的电压量，U_dc为逆变器直流侧供电电压；k为可调参数；

电机直轴电流补偿量：

电机交轴电流补偿量：

其中，i_s为速度环输出的电流量。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、考虑了弹用能源一次性消耗，无需回收的特殊性，充分利用了弹上能源。

2、挖掘了永磁同步电动舵机系统的潜能，拓宽了电动舵机系统的转速限制。

3、实现了电动舵机在普通区域与弱磁恒功率区域的平滑切换。

4、改善了弹用电动舵机系统在轻负载情况下的能源利用率，提升了电动舵机系统的动态响应速度。

附图说明

图1是表贴式永磁同步电机矢量电流轨迹。

图2是电压反馈弱磁控制框图。

图3是采用弱磁控制方法后的转速波形。

图4是采用弱磁控制方法后的电流波形。

具体实施方式

以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。

表贴式永磁同步电机(SPMSM)具有体积小、质量转矩比大、控制精度高的特点，非常适合现代航天工业对电机系统轻质小型化的要求，尤其是适合高精度电动舵机伺服控制领域。

本发明提供一种永磁同步电动舵机系统弱磁控制方法，包含以下步骤：当电机转速超过电机额定最高转速时，提取电机直轴和交轴的电压饱和量，基于电压反馈的电流补偿弱磁分配策略对电流环进行补偿，实现永磁同步电机弱磁升速。

具体来说，永磁同步电机的弱磁控制思想来源于他励直流电动机的弱磁增速。但是由于在永磁同步电机中，转子磁场是由永磁体产生，只能通过增加定子直轴的去磁分量来模拟他励直流电机的励磁电流，从而实现弱磁增速。

特别的，表贴式永磁同步电机凸极率接近于1(ρ＝1)，故可认为直轴d轴电感等于交轴q轴电感，L_q＝L_d。

其中，ω为电机转速；u为逆变器直流侧电压；ρ为电机凸极率；L_d为电机d轴等效电感；L_q为电机q轴等效电感；i_d为电机d轴等效电流；i_q为电机q轴等效电流；ψ_f为电机永磁体磁链。

由上式(1)可知，当电动机端电压达到逆变器输出电压的极限值时，即u＝u_max，且电感与磁链基本保持不变时，要想继续提高转速，可以采取以下两种方式：

1、增加电机的直轴电流i_d，使直轴产生去磁分量，且满足L_di_d+ψ_f≥0(i_d<0)；

2、减少电机的交轴电流i_q。

但由于电动机的相电流满足电流极限圆的关系，上述两种方法无法完全独立使用，即在增加直轴去磁分量电流时，相应的需要减小交轴电流分量。这两种方式相互配合，确保电机电流矢量运行在电流极限圆内，以获得“弱磁”增速效果。