[发明专利]一种内置式永磁同步电机最佳转矩角控制系统

说明书

本发明公开一种内置式永磁同步电机最佳转矩角控制系统，电机转速与给定转速相比较的差值输入转速环控制模块得到给定电流给定电流输入到控制器中，控制器输出最佳转矩角最佳转矩角与电机的转子位置角加得到新转子位置角θ'，新转子位置角θ'分别输入到2r/2s坐标变换模块和2s/2r坐标变换模块中；控制器由带通滤波器、低通滤波器和积分调节器组成，给控制器注入一个高频信号，则给定电流中包含有高频信号本发明在d轴给定电流为零的控制条件下通过注入高频信号得到最佳转矩角，把它补偿到位置角中获得最大的电磁转矩，不受运行工况和电机参数的影响，具有较强的鲁棒性和动态性能。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种内置式永磁同步电机(IPMSM)最佳转矩角的控制系统，特别适合应用于电动汽车的永磁同步电机等需要快速启动的应用场合。

背景技术

车用驱动电机作为电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响电动汽车的整车性能。内置式永磁同步电机凭借其高效率、高转矩密度、高功率密度等优势被广泛应用在电动汽车领域。内置式永磁同步电机由于d、q轴电感不等，输出的电磁转矩包含两部分：励磁转矩和磁阻转矩。传统的d轴电流i_d＝0控制使得输出电磁转矩只与q轴电流呈线性关系，凭借其结构简单在实际中被广泛应用，但它只利用了励磁转矩，忽略了磁阻转矩，导致电机的转矩没有得到充分利用。为解决这一问题，采用了最大转矩电流比(MTPA)控制策略，如图1所示的控制系统，采用光电编码器采集内置式永磁同步电机的转子位置角θ，转子位置角θ经微分器计算得到电机转速Ω，将电机转速Ω与给定转速Ω^*作差得到转速偏差。转速偏差经过转速环后，输出定子给定电流幅值i_s^*，给定电流幅值i_s-^*经d-q轴电流计算模块计算得到给定d轴电流i_d^*和给定q轴电流i_q^*，计算公式是：其中β是电流矢量角。此时电机电磁阻转矩方程为：

其中，p_n为电机极对数；L_d、L_q分别为d轴与q轴电感；ψ_f为电机永磁体产生的磁链。

在给定电流幅值i_s^*下，要解得电磁转矩T_e对电流矢量角β的最大值，即求T_e对β的导数，并令其等于0，得到：

解得：

由此可以得到输出转矩最大时对应的最佳电流矢量角β。

将给定d轴电流i_d^*和给定q轴电流i_q^*与反馈的电机实际d轴电流i_d、q轴电流i_q分别作差，分别经过电流环后输出d轴给定电压u_d和q轴电压u_q，d轴给定电压u_d和q轴电压u_q经2r/2s坐标变换得到αβ轴给定电压u_α和u_β，经过SVPWM调制输出PWM波，经逆变器控制电机。

由此可知：图1所示的最大转矩电流比控制系统是在假设d轴电感L_d、q轴电感L_q、磁链ψ_f这些电机参数不变的基础上，再依据公式计算出最佳电流矢量角的。然而，在实际工作应用中，电感L_d、L_q和磁链ψ_f会受磁饱和、交叉耦合以及温度的影响而发生变化，这便导致图1所示的控制系统不能工作在准确的工作点。