[发明专利]一种永磁同步电机转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机转矩控制方法，将永磁同步分为两种运行状态：一种是未进入弱磁的运行状态，在此状态下采用常规的双电流环控制；另一种是需要进入弱磁的运行状态，此状态下控制算法由双电流环切换为幅相控制，且两种控制方式根据电机运行状态进行切换，两种控制方法的切换点为电机的弱磁点，根据母线电压计算出输出电压的调制系数，并根据设定的阈值确定电机是否处于弱磁运行状态。采用该方法可使永磁同步电机在全速段范围内都无需加入弱磁的PI环节，降低了永磁同步电机控制中的过流风险，极大地提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机控制方法，主要适用于对永磁同步电机运行稳定性要求较高的场合。

背景技术

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是用稀土永磁体代替励磁绕组构成的一种新型的同步电机。它结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高，转子无发热问题，有大的过载能力，小的转动惯量和小的转矩脉动。PMSM无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此使用方便，可靠性高。所以由PMSM组成的系统已广泛用于柔性制造系统、机器人、办公自动化和数控机床等领域。

控制电动机的关键是转矩的控制，然而感应电动机的转矩与气隙主磁通，转子电流、转子内功率因数有关，而这些量都是转差率S的函数，它们相互藕合，互不独立，并且又都是难以控制的量。因此，要在动态中控制感应电机的转矩是比较困难的，对于同步电机，更是如此。于是各种新型控制策略的提出为永磁同步电机的动态控制起到了很大的作用，同时在实际运用中，出现的各种问题也为控制策略的进步与发展起到了重要的影响。

目前较为主流的控制算法是矢量控制，电动机调速的关键是对其转矩的控制，矢量控制的实质是为了改善转矩控制的性能，而最终实施是落实到对定子电流的控制上。在系统参数不变的情况下，对电磁转矩的控制最终可以归结为对d、q轴电流的控制。对于给定的输出转矩，有多个d、q轴电流的控制组合，由此形成了永磁同步电机的电流控制策略。

在电机进入弱磁状态后，目前较为流行的方法是加入弱磁PI环节，因此在弱磁运行状态下，控制系统至少存在三个PI环节，即d、q轴的电流环和弱磁环。其中弱磁环与电流环存在较为严重的耦合性，若PI参数调节不当，在动态响应过程中容易引起系统振荡甚至发散，导致电机过流故障。因此，在一些对稳定性要求较高的场合，弱磁环并不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对永磁同步电机弱磁运行状态下传统的弱磁PI环在动态响应过程中容易引起系统振荡甚至发散的情况，将弱磁状态下的控制方式由双电流环切换为幅相控制，使得系统的输出电压为固定值，且整个系统仅有一个角度PI调节器，提高了系统的鲁棒性，使得电机运行更为稳定，降低了过流故障风险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机转矩控制方法，将永磁同步分为两种运行状态：一种是未进入弱磁的运行状态，在此状态下采用常规的双电流环控制；另一种是需要进入弱磁的运行状态，此状态下控制算法由双电流环切换为幅相控制，且两种控制方式根据电机运行状态进行切换。两种控制方法的切换点为电机的弱磁点，根据母线电压计算出输出电压的调制系数，并根据设定的阈值确定电机是否处于弱磁运行状态。

进一步的步骤如下：

步骤1，首先采用传统的最大转矩电流控制，对永磁同步电机进行全速段范围内转矩标定，通过数据插值法计算出两张二维插值表，通过两张插值表可计算出任一转速下输出转矩T所对应的d、q轴电流值；

步骤2，当电机运行时，根据直流母线电压U_dc实时计算出电压调制系数M，并设定M=0.95为弱磁点，则M≤0.95时，电机处于恒转矩控制区，不需要进入弱磁状态；当M＞0.95时，电机进入恒功率控制区，表明电机需要进入弱磁运行状态；