[发明专利]一种永磁同步电机的控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机的控制装置及方法。

背景技术

自工业革命内燃机的发明以来，汽车已经演变成一种重要的交通工具，它给人们的工作生活出行带来了极大的方便与舒适。各国对于汽车地发展也是十分重视，甚至汽车工业已经变成许多国家的支柱产业。然而，这也越来越多的伴随着一系列的问题，环境污染和能源危机尤为突出，根据国家权威部门的统计数据表明,我国机动车造成的城市大气污染高达30％以上，机动车排放物中大量的PM、CO、NOx、HC对环境及人体系统造成极大的污染和伤害，这对于汽车的发展极为不利。而随着技术的不断进步，开发出无污染、低能耗、低噪音并且不受燃料限制的电动汽车已经成为全球的共识。

永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、过载能力强等优点广泛地应用于电动汽车领域。目前较为成熟的控制方法为矢量控制和直接转矩控制，现有多数控制方法都基于矢量控制和直接转矩控制；永磁同步电机电气特性的参数主要有四个：定子电阻、d轴电感、q轴电感和永磁体磁链，对于表贴式永磁同步电机而言，通常情况下认为这些参数是固定不变的，但是由于制造误差和电机运行时的温度、定子电流和饱和的影响，电机参数会随之发生变化，原有的控制方法不能达到很好的控制效果；对于内嵌式永磁同步电机而言，电流矢量i_d＝0控制虽然简单，但没有充分利用其凸极性产生的磁阻转矩，不是最优控制方案。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁同步电机的控制装置及方法，通过设置电角度偏移单元，在二相/三相转化单元和三相/二相转换单元中增加电角度偏移值输入，使得计算永磁同步电机的电磁转矩时含有I_d的一项不为0，由此解决i_d＝0的永磁同步电机控制效率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁同步电机的控制装置，该装置包括三相/二相转换单元、二相/三相转换单元、电机和电角度偏移单元，其特征在于：

所述电机通过速度传感器与所述电角度偏移单元相连，所述电角度偏移单元同时与所述三相/二相转换单元和二相/三相转换单元相连；

所述三相/二相转换单元用于将所述电机的实时三相电流转化为二相电流，该二相电流包括q轴和d轴方向的实时电流；

所述二相/三相转换单元用于将所述电机的二相参考电压转化为三相控制电压，该三相控制电压作为所述电机的输入电压；

所述电角度偏移单元利用所述q轴和d轴方向的实时电流、所述速度传感器测量的电机实时转速、电角度的偏移和电机效率的关系，计算电角度的偏移，其中，当电机的效率值取最大值时对应的电角度的偏移Δθ，即为所需的电角度偏移。

进一步优选地，所述q轴和d轴方向的实时电流、所述速度传感器测量的电机实时转速、电角度的偏移和电机效率η的关系优选按照下列表达式进行，

其中，P是电机极对数，ψ_f是永磁体磁链，I_d、I_q分别是q轴和d轴实时电流，L_d、L_q分别是q轴和d轴的等效电感，n是电机实时转速,U是电机的供电电源电压，I是电机的供电电源电流，I_s为电流矢量幅值。

进一步优选地，所述三相/二相转换单元包括依次连接的电流传感器模块、CLARK变换模块和PARK变换模块。

进一步优选地，所述二相/三相转换单元包括PARK逆变换模块、SVPWM模块和IGBT逆变器模块。

按照本发明的另一个方面，提供了一种永磁同步电机的控制装置的控制方法，其特征在于，该控制方法包括下列步骤：

(a)预设电机初始电流I_d_ref＝0和初始转速n_ref，速度传感器检测电机获得其实时转速n和实时电角度θ₁，将该实时转速n与初始转速n_ref的差值ε_n经过第一PI控制器后转化为q轴参考电流

(b)电流传感器检测电机的实时三相电流，该实时三相电流和实际电角度θ₂通过三相/二相转换单元转化为q轴和d轴的实时电流I_d、I_q；