[发明专利]考虑电气损耗的定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法

说明书

考虑电气损耗的定子电流矢量定向下永磁同步电机(PMSM)转矩脉动综合抑制方法，所述控制方法首先推导出PMSM在最小损耗条件下的定子电流约束条件和实现转矩脉动最小化的最优定子谐波电流约束条件；根据上述约束条件，在闭环I/f控制框架下运用反推控制原理建立了考虑电气损耗的定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动综合抑制方法(简称：闭环I/f控制方法)。本发明同时设计了一种基于最小二乘法的PMSM速度辨识算法以准确获取速度信号。试验结果表明：在提出的闭环I/f控制方法下，电机各参数能快速收敛并达到稳定值，电机运行损耗明显降低且转矩脉动得到有效抑制；对于低、中、高情况下的转速，均能做到准确地跟踪辨识，实现PMSM的宽范围跟踪。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制方法，属于电机技术领域。

背景技术

随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)得以迅速的推广应用。然而由于电机结构设计的非理想、气隙磁场的畸变和逆变器的非线性等原因，永磁同步电机的转矩存在较大的脉动，从而限制了永磁同步电机在高精度场合的应用。另一方面，当下能源紧缺问题日益突出，PMSM的运行效率问题也越来越受到关注。电机的运行效率主要取决于对电机损耗的控制情况，忽略阻尼绕组时，PMSM的损耗包含铁损耗、铜损耗和机械损耗。因此，减小PMSM运行损耗，对提高电机控制性能和节约能源有着重要的意义。现有的关于转矩脉动的研究往往忽略了电气损耗的影响，但这两个问题常常是相互影响相互耦合的。因此，设计一个统一的框架，对电机运行时产生的转矩脉动和电气损耗进行综合控制，对提升电机耗能，保证电机的稳定运行有着非常重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于针对现有技术的弊端，做出两点创新：一是提出了考虑电气损耗的定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法(简称：闭环I/f控制方法)。二是设计了一种基于最小二乘法的PMSM速度辨识方法。

本发明所述的问题是由以下技术方案实现的：

考虑电气损耗的定子电流矢量定向下PMSM转矩脉动抑制方法，所述控制方法为：

首先基于PMSM最小损耗数学模型推导出最小损耗条件下的定子电流约束条件：

然后根据PMSM的实际运行参数，在定子电流矢量定向下建立机组的动态数学模型：

其中：u_sd*和u_sq*分别为d^*轴和q^*轴的定子电压；n_p为转子的极对数；ψ_r为永磁体励磁空间矢量；ω_r为转子角速度；θ_L为q^*轴与d轴间的夹角；θ为转子转过的角度；ω_i为定子电流矢量i_s的旋转机械角速度；R_s为定子电阻；L_q*为q^*轴的定子电感；i_s为定子电流；J为转动惯量；B为粘滞系数；T_L为负载转矩，T_e为电磁转矩；

基于反推控制原理，得到PMSM各参数及电压控制方程为：

随后基于PMSM磁共能模型下的电磁转矩方程，建立了保证转矩脉动最小化时的最优定子谐波电流约束条件：