[发明专利]一种电驱动系统永磁同步电机矢量弱磁控制系统

说明书

本发明公开了一种电驱动系统永磁同步电机矢量弱磁控制系统，该系统由电流闭环调节模块、调制比偏差计算模块、电流特征点设定模块、电流补偿矢量角度计算模块、电流补偿矢量幅值计算模块、电流补偿矢量计算模块和电流指令修正模块组成。本发明以电机三相短路电流为弱磁调节的终点，在发生电压饱和时，均能使电机控制系统退出饱和；电机端部由于存在逆变器通过动力电池母线供电，其端部电压不会低至零，存在较大余量用于应对异常因素；通过引入dq电流同时修正，可以将抗电压饱和的压力分摊至dq电流，避免因单轴电流调节过多而导致输出转矩偏差过大。本发明在保证驱动系统安全的同时，尽可能减小弱磁控制环节对驱动系统输出转矩的影响。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种电驱动系统永磁同步电机矢量弱磁控制系统。

背景技术

在车用内嵌式永磁同步电机(IPMSM)控制系统中，由于实际应用场景中被控对象—IPMSM不可避免地出现变化而使得控制程序中预先固化的控制参数失效，导致电机高速运行弱磁不足引起电压饱和，危及电机驱动系统的稳定性。

IPMSM具有功率密度大，运行范围宽和效率高的特点而被广泛用于电动汽车的驱动电机，其转矩方程为：

其中，T_e为电机的电磁转矩；P_n为电机磁极对数；为转子永磁体磁通；i_q为q轴电流，i_d为d轴电流；L_d为d轴电感；L_q为q轴电感；在IPMSM正常驱动过程中，T_e＞0,i_q＞0,i_d＞0,L_d＜L_q。

由上式可以看出，转矩与电流成正相关，但不同的dq轴电流组合会对应不同的转矩，每个固定的电流幅值下都会有一组特定的dq电流组合使电机在该电流下能输出最大的转矩。由于磁场饱和，在电流大于某个范围后dq轴电感L_d、L_q随着电流的变化而变化，变化范围最大可达200％之多。这些参数的变化使得在线求解每个电流下的最优dq电流组合变得十分困难甚至不可行。因此在车用电机控制中，一般通过实验的方法测试标定得到每个转矩对应的最优电流组合。全转矩范围内的所有这样的电流组合连成的线叫做IPMSM的最大转矩电流比(MTPA)曲线。

此外，车用IPMSM的运行依赖由逆变器将动力电池的母线转换为三相交流电，这就意味着电机端电压受到直流母线的约束，IPMSM的电压方程为：

其中，V_d为电机d轴电压，V_q为电机q轴电压；R_s为定子电阻，ω为电机的电角速度；在高速稳态下，电机端电压V_s的幅值近似为：

当电机转速升高时，电机端电压升高，当期超过母线电压能提供的交流电压幅值时就需要进行弱磁控制，而当前母线下能提供的最大交流电压就即为电压限制V_{s_lmt}，电压限制的表达式一般为：

其中，V_dc为母线电压，MI_max为电机控制系统最大调制比(maximum modulationindex)，其取值一般为1附近，最大为1.1027。

为了获得既能满足转矩方程，又能满足电压限制的电流组合，仍然通过实验的手段标定获取不同母线和转速下每个转矩对应的dq电流组合；而后将这些数据制成表格存储在数字控制芯片中，在电机实时运行时通过查表将不同转速和母线电压下的转矩指令转换成对应的dq电流指令。