[发明专利]一种永磁同步电机负载模拟系统的控制方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机负载模拟系统的控制方法，所述永磁同步电机负载模拟系统用于为被测电机(4)提供负载，包括负载模拟永磁同步电机(1)和用于驱动负载模拟永磁同步电机(1)的负载模拟电机驱动电路(2)，以及数据采集控制系统；所述负载模拟永磁同步电机(1)与负载模拟电机驱动电路(2)的输出端连接，所述被测电机(4)的输出轴通过联轴器与负载模拟永磁同步电机(1)的输出轴连接；所述数据采集控制系统包括微控制器(3-1)，所述微控制器(3-1)的输入端接有用于对负载模拟永磁同步电机(1)的三相电流进行采样的三相电流采样电路(3-2)、用于对负载模拟永磁同步电机(1)的三相电压进行采样的三相电压采样电路(3-3)、用于对负载模拟永磁同步电机(1)的速度进行检测的速度传感器(3-4)和用于对负载模拟永磁同步电机(1)的转矩进行检测的转矩传感器(3-5)，所述负载模拟电机驱动电路(2)与微控制器(3-1)的输出端连接；其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、数据采集及传输：三相电流采样电路(3-2)对负载模拟永磁同步电机(1)的A相电流、B相电流和C相电流进行采集并将采集到的信号输出给微控制器(3-1)，三相电压采样电路(3-3)对负载模拟永磁同步电机(1)的A相电压、B相电压和C相电压进行采集并将采集到的信号输出给微控制器(3-1)，速度传感器(3-4)对负载模拟永磁同步电机(1)的速度进行检测并将检测到的信号输出给微控制器(3-1)，转矩传感器(3-5)对负载模拟永磁同步电机(1)的转矩进行检测并将检测到的信号输出给微控制器(3-1)；

步骤二、数据预处理，具体过程为：

步骤201、所述微控制器(3-1)采用Clarke变换的方法对负载模拟永磁同步电机(1)的A相电流i_a、B相电流i_b和C相电流i_c进行Clarke变换，得到定子电流在α轴的分量i_α和定子电流在β轴的分量i_β；所述微控制器(3-1)采用Clarke变换的方法对负载模拟永磁同步电机(1)的A相电压u_a、B相电压u_b和C相电压u_c进行Clarke变换，得到定子电压在α轴的分量u_α和定子电压在β轴的分量u_β；

步骤202、所述微控制器(3-1)根据公式T_e′＝1.5p(ψ_αi_β-ψ_βi_α)计算得到转矩计算值T_e′；其中，p为电机极对数，ψ_α为定子磁链在α轴的分量且ψ_α＝∫(u_α-R_s·i_α)dt，ψ_β为定子磁链在β轴的分量且ψ_β＝∫(u_β-R_s·i_β)dt，R_s为定子电阻，t为时间；

步骤203、所述微控制器(3-1)根据公式计算得到转矩给定值T_e^*，其中，T_O为恒定转矩的给定值，a、b、c均为速度系数，d为60P_n/2π，n为负载模拟永磁同步电机(1)的额定转速，P_n为待模拟负载的额定功率，sign(n)为给定函数且sign(n≥0)＝-1，sign(n＜0)＝1；J为机械负载和传动轴的转动惯量，J₁为负载模拟永磁同步电机(1)的转动惯量，I为2π/60；

步骤三、采用SVPWM直接转矩控制方式对负载模拟永磁同步电机(1)进行控制，具体过程为：

步骤301、负载转矩角变化值的计算，具体过程为：

步骤3011、所述微控制器(3-1)根据公式ΔT＝T_e^*-T_e计算得到转矩传感器(3-5)检测到的转矩T_e与转矩给定值T_e^*的差值ΔT；

步骤3012、所述微控制器(3-1)根据速度传感器(3-4)检测到的速度信号对负载模拟永磁同步电机(1)进行速度限幅控制，输出转矩调节值T_ere1；

步骤3013、所述微控制器(3-1)根据公式ΔT′＝ΔT-T_ere1计算得到转矩调节值ΔT′；

步骤3014、所述微控制器(3-1)采用PI调节器并根据公式计算得到负载转矩角变化值Δδ；其中，k_p为PI调节器的比例系数，k_i为PI调节器的积分系数，s表示积分；

步骤302、定子磁链控制目标矢量的计算，具体过程为：所述微控制器(3-1)根据公式计算得到定子磁链控制目标矢量|ψ_s(k+1)|^*，其中，k表示k时刻，k+1表示k+1时刻，ψ_f为转子磁链，L_sq为电机定子电感在q轴的分量；

步骤303、电压矢量的计算，具体过程为：

步骤3031、所述微控制器(3-1)根据公式U_sα(k+1)＝[|ψ_s(k+1)|^*cos(θ+Δδ)-ψ_skcosθ]/T_s+R_si_α计算得到在α轴的电压矢量分量U_sα(k+1)；

步骤3032、所述微控制器(3-1)根据公式U_sβ(k+1)＝[|ψ_s(k+1)|^*sin(θ+Δδ)-ψ_sksinθ]/T_s+R_si_β计算得到在β轴的电压矢量分量U_sβ(k+1)；

其中，θ为定子磁链夹角且T_s为电压矢量的控制周期，ψ_sk为k时刻的定子磁链且

步骤304、微控制器(3-1)将电压矢量输出给负载模拟电机驱动电路(2)，通过负载模拟电机驱动电路(2)驱动负载模拟永磁同步电机(1)。