[发明专利]嵌入式永磁同步电机的控制方法

权利要求书

1.嵌入式永磁同步电机的控制方法，其特征在于，其控制器包括旋转变压器模块(1)、温度传感器模块(2)、定子电阻计算模块(3)、Clark变换模块(4)、Park变换模块(5)、定子电感计算查表模块(6)、永磁体磁链计算模块(7)、转矩计算模块(8)、电流I*计算模块(9)、电流角度计算模块(10)、鲁棒解耦控制器模块(11)、PWM调制模块(12)、三相逆变桥模块(13)；

1)旋转变压器模块

旋转变压器安装在嵌入式永磁同步电机上，通过旋转变压器测量得到永磁同步电机的转子位置θ，转子位置θ经过微分，得到永磁同步电机的转速w_e；

2)温度传感器模块

电机定子中埋有温度传感器，由温度传感器得到电机的实时定子温度T；

3)定子电阻计算模块

电机温度变化导致电机定子电阻R_s的变化，测试并绘制电机定子的温度阻值对照表，通过温度传感器获取定子实时温度值T，并通过查询电机定子的温度阻值对照表得到定子电阻R_s(T)；

4)Clark变换模块

采集两相定子电流i_a、i_b，经过Clark变换得到定子电流i_α、i_β；

5)Park变换模块

定子电流i_α、i_β经过Park变换得到d-q静止坐标系下的电流i_d、i_q；

6)定子电感计算查表模块

定子电感L_d和L_q与电机定子温度T、定子电流的幅值I_S和定子电流的相位β_S三个变量相关；

先制作在一定温度区间内的不同温度点下，定子电感L_d、L_q随I_S和β_S变化的表格；

随后用实时采集到的定子温度T、定子电流的幅值I_S和定子电流的相位β_S，通过查询表格，得到定子电感L_d(T)、L_q(T)；

7)永磁体磁链计算模块

永磁体磁链计算模块的输入为：电流i_d、i_q，定子电阻R_s(T)，定子电感L_d(T)和L_q(T)，上一计算周期的定子电压u’_d，u’_q，上一计算周期计算得到的永磁体磁链Ψ’_f(T_r)，转速w_e，永磁体磁链计算模块的输出Ψ_f(T_r)计算方式如下：

其中：K_{p_Ψf}和K_{i_Ψf}是控制参数，分别表示估计的电流值，t为采集时刻，T_r代表永磁体的实际工作温度；

调试得到K_{p_Ψf}和K_{i_Ψf}的过程如下：给定K_{i_Ψf}一个较小的参数，先调节参数K_{p_Ψf}使输出得到的Ψ_f(T_r)处于等幅震荡的状态，这时再调节参数K_{i_Ψf}，使输出Ψ_f(T_r)收敛，这时得到的参数K_{p_Ψf}和K_{i_Ψf}是控制参数；

和通过以下公式计算得到：

8)转矩计算模块

转矩计算模块的输入为电流i_d、i_q，定子电阻R_s(T)，定子电感L_d(T)和L_q(T)，转速w_e，Ψ_f(T_r)；

转矩计算模块的输出——电磁转矩T_eb按如下计算公式得到：

T_ex1＝1.5n_pi_q[(L_d(T)-L_q(T))i_d]

式中，n_p是电机的极对数，

T_ex2＝1.5n_pi_q[(L_d(T₀)-L_q(T₀))i_d]

式中，L_d(T₀)和L_q(T₀)分别是在额定工况下的定子电感的值；

T_ex＝T_ex1-T_ex2

T_est＝1.5n_pi_q[ψ_f(T_r)+(L_d(T₀)-L_q(T₀))i_d]

T_eb＝T_ex+T_est

9)电流I*计算模块

目标转矩T^*_e经过限幅和斜坡处理后，得到给定转矩T^*_e1；

T^*_e1为电流I*计算模块的输入；

给定转矩T^*_e1经过计算模块，得到给定电流值I₁^*；

T^*_e1与T_eb的差经过PI调节器，输出为ΔI；

最终得到电流I*计算模块的输出是电流给定I^*，通过如下公式计算得到：

I^*＝I₁^*+ΔI

10)电流角度计算模块

电流角度计算模块的输入为电机参数Ψ_f(T_r)、L_d(T)、L_q(T)和电流给定I^*；

电流角度计算模块的输出为电流角度β₁：

电流幅值I^*和β₁用来生成给定电流i^*_d、i^*_q，计算过程如下：

11)鲁棒解耦控制器

鲁棒解耦控制器的输入参数有电流i_d^*、i_q^*、i_d、i_q、定子电阻R_s(T)、定子电感L_d(T)和L_q(T)、永磁体磁链Ψ_f(T_r)和转速w_e，其输出参数为定子电压u_d、u_q；

控制算法中间变量u_d1、u_q1计算过程如下：

式中，β_x是控制参数，其表示如下：

β_x＝β_b×f_kx

式中，β_b是控制参数基准值，在0.1－1.0之间选择，f_kx是逆变器的开关频率；

控制算法中间变量u_d2、u_q2计算过程如下：

式中，δ_d、δ_q的计算公式如下：

式中，λ为控制参数，控制参数λ采用试凑法选取；

i_d1、i_q1为算法过程中的中间变量，i_d1、i_q1的计算公式如下：

其中，δ’_d、δ’_q是上一计算周期计算得到的变量δ_d、δ_q；

电压u_d、u_q的计算过程如下：

K_R为阻尼系数；

12)PWM调制模块

PWM调制模块的输入为定子电压u_d、u_q，直流母线电压u_dc，转速w_e和角度θ；PWM调制模块的输出为6路PWM波，驱动三相逆变桥模块工作。