[发明专利]基于FOC永磁同步电机弱磁失控控制方法、系统、计算机和存储介质

说明书

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于FOC永磁同步电机弱磁失控控制方法、系统、计算机和存储介质；所述方法包括获取电流环输出的Ud、Uq，计算Us；对Us进行超限判断后并对Ud或Uq进行限制处理，得到实际电压指令；Us超限后对电流环限幅进行处理，解决积分饱和问题；本发明可对电动和发电进行分别限制Uq和Ud，防止系统Us超限而进入完全失控状态，且通过对电流环Id和Iq积分进行特殊处理，可以快速使Ud和Uq退出饱和状态，进而退出半失控的状态，解决了电机高速标定过程失控问题，有效提高系统的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于FOC永磁同步电机弱磁失控控制方法、系统、计算机和存储介质。

背景技术

永磁同步电机以其高功率密度获得了更多的应用场合，在电动汽车中，永磁同步电机已经成为主导的电驱动系统的主体。在实际使用过程中，一般采用FOC(FieldOriented Control，磁场定向控制)控制，有2个电流环分别对id和iq进行控制，调节Ud和Uq，使得实际电流能跟踪电流指令。一般我们用查表法得到电流指令实现MTPA(最大转矩电流比控制)和MTPV(最大转矩电压比控制)，需要事先在台架上标定各工作点数据，调整电流给定测得符合MTPA或MTPV曲线的数据。在标定弱磁区工作点数据时，因电流给定不合适会造成电流不能跟踪。一般的只是对id和iq电流环的输出进行限幅，将Ud和Uq限幅值设为逆变器能够输出的最大值Umax，在电流不能跟踪时，会使得Ud或Uq单向增大或减小，直到达到Umax或-Umax，形成饱和。

电压指令饱和时，Ud和Uq位于图1基于Ud-Uq平面的正方形的四个顶点之一，对应的电压角度分别为π/4，3π/4，5π/4，7π/4，实际的电机端电压在幅值Umax的电压限制圆上，幅值改变，但角度不变。

将图1的电压圆轨迹映射到电流平面上，随转速变化电压椭圆大小发生变化，四个饱和失控点在四条射线上(参照图2)。在电机高速运转时，此电流失控容易造成过流，过压等问题，导致设备损坏。

永磁同步电机FOC控制及弱磁理论概述

永磁同步电机的FOC控制，即磁场定向控制，目的是通过坐标变换对永磁同步电机系统进行解耦，将控制磁场的电流和控制转矩的电流分离开来，对永磁同步电机的励磁电流和转矩电流分别进行控制，从而达到控制电机转矩的目的。

永磁同步电机电压方程为：

u_d＝-ωL_qi_q

u_q＝ωL_di_d+ωψ_f

上式中的Ud，Uq为d轴和q轴的端电压，即两个电流环的控制输出。逆变器的输出能力有限，分为电流幅值受限和电压幅值受限，其中的电压最大值和直流母线电压相关，可写为：

设电流最大值为i_smax，则电机工作状态需满足以下方程：

在电流平面上，上式可表示为电流限制圆和电压限制椭圆，电流指令只有同时在电流圆和电压椭圆内，才能被实际电流跟踪。

参照图3，在转速较低时，电机工作点位于电流限制圆内，即A点，随着转速升高，电压椭圆向C点收缩，需要使得id再偏负，使得工作点位于电流限制圆和电压限制椭圆的交点内，即A-B-C线，此时即为弱磁区，使得id和iq在当前转速处于两个限制圆内的控制即为弱磁控制。一旦id或iq不满足条件，实际电流就会不再能正常跟随，电流环就会失控。

MTPA和MTPV的实现：