[发明专利]一种内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和系统

说明书

一种内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和系统，属于永磁电机技术领域，通过计算内嵌永磁同步电机的MTPA、弱磁和MTPV控制轨迹曲线，结合电机电压限、电流限和转矩曲线，由所述曲线得到电机交直轴电流的运行轨迹图，采用前馈反馈混合弱磁控制，根据反馈电压和限幅后的给定转矩由轨迹图查表，获得直交轴电流给定值，完成矢量控制中的弱磁控制。本发明解决现有弱磁控制中二维查表占用计算资源的问题，提出基于一维查表实现矢量控制混合弱磁，且保证稳定性，用于电机矢量控制，使电流在变化过程中转矩变化小，平滑过渡，本发明方法仅使用积分器调节直轴去磁电流，简化软件整定步骤，给定转矩与输出转矩一致性高，有利于提高转速环的带宽。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，尤其是内嵌式永磁电机，为一种基于一维查表的内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和系统。

背景技术

永磁同步电机具有高功率密度、低转动惯量、高效率等特点，在高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服装置中得到广泛应用。其中，内嵌式永磁电机因利用磁阻转矩，可进一步提高电机的过载能力，拓宽调速范围。内嵌永磁电机的弱磁控制已成为矢量控制系统中必不可少的一环，得到了广泛研究，其主要分为以下三种方法：前馈弱磁控制 （见参考文献[1~3]）；反馈弱磁控制（见参考文献[4~6]）；前馈反馈混合弱磁控制（见参考文献[7,8]）。前馈弱磁控制根据电机参数通过理论公式计算出电机的转速拐点以及不同工作点的给定电流，这种方法严重依赖于电机参数，且没有考虑电机的电磁饱和影响，对于饱和与直交轴耦合程度较高的内嵌永磁电机来说，电机输出性能不理想。反馈弱磁控制根据电压反馈判断电机控制是否该进入弱磁，通过PI调节直轴去磁电流的增加，同时对交轴电流限幅来实现弱磁控制，这种方法的优点是实现简单、不依赖于电机参数，但缺点是很难充分发挥电机在弱磁区的最大输出性能，更无法实现电机在高速MTPV区域的运行，尤其对于交轴电流的限幅，如采用最大转矩电流比MTPA查表得到的电流幅值作为总的电流限幅（见参考文献[4]），电机将无法在弱磁区输出最大性能，但如果采用电机最大允许电流幅值作为电流限幅，控制系统极容易发生饱和震荡，失去稳定性，弱磁PI的存在降低了系统的动态响应性能，破坏了给定转矩与输出转矩的一致性，降低了转速环带宽，其参数的整定也增加了软件调试的复杂性，且易使控制系统失去稳定（见参考文献[9]）。因此，有文献提出了前馈反馈相结合的混合弱磁控制方法，这种方法先通过对电机标定提前准备两个二维表格，即直交轴电流对应不同定子磁链和不同转矩的表格。在控制系统中，电压反馈通过PI来调节定子磁链幅值，此定子磁链与限幅后的给定转矩进入二维查表获得直交轴电流给定值，这种方法可以充分发挥电机在弱磁区域的性能，并能使电机运行在高速最大转矩电压比MTPV区域，实现低速MTPA到弱磁到高速MTPV的无缝过渡，但这种方法的缺点也很明显，每个中断周期需要做两次二维查表，占用较长的计算时间和内存空间，同时还包含一个PI调节器，继承了反馈弱磁控制PI的类似缺陷。

在已公开的国内专利中，CN103404018B采用的是混合弱磁方法，根据反馈母线电压查表获得调整率，根据给定转矩和调整率查二维表获得直交轴电流给定值。CN103701384A 和CN105450121A采用的是一种反馈弱磁方法，仍旧是根据反馈电压通过PI对直交轴电流给定值进行调整。CN104242766A 根据反馈的电压电流对转矩进行估计，通过PI调整电压向量相角来实现弱磁。CN107046386A 提供了一种弱磁标定方法，其采用的仍是反馈弱磁控制方法。