[发明专利]基于温度变化的永磁同步电机自适应控制方法

摘要

本发明涉及一种基于温度变化的永磁同步电机自适应控制方法，属于永磁同步电机控制技术领域。建立一个永磁同步电机在d-q坐标系的数学模型：根据永磁同步电机温度在-50℃～150℃范围内，永磁同步电机三相定子的电阻R在t时刻随温度变化的关系，以及永磁同步电机三相定子电感L随温度t变化的关系，计算修正后的R、L。使用根据温度自适应修正后的R、L，计算得到永磁同步电机转子的机械角速度。本方法修正了永磁同步电机由于自身的温度变化而引起的电阻和电感的变化，以及由此带来的控制系统诸多问题，优化了永磁同步电机的控制模型，较大的提高了永磁同步电机的控制精度。

主权项

一种基于温度变化的永磁同步电机自适应控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）设永磁同步电机的定子绕组为星型连接，永磁同步电机的反电动势为正弦，永磁同步电机的转子上无阻尼绕组，永磁同步电机的永磁体电导率为零，依据以上条件建立一个永磁同步电机在d‑q坐标系的数学模型：A‑B‑C轴系表示的永磁同步电机的三相定子电压矢量方程为： u s = R s i s + L s di s dt + d ( ψ f e jθ ) dt d‑q轴系表示的三相定子电压矢量方程为： u d = dψ d dt - ω r ψ q + R s i d u q = dψ q dt - ω r ψ d + R s i q 永磁同步电机的磁链方程为：ψq=Lqiqψd=Ldid+ψf永磁同步电机的电磁转矩方程为：Tem=pn(ψdiqψqid)=pn[ψfiq+(LdLq)idiq]其中：ud、uq是三相定子电压d‑q轴分量，id、iq是定子电流d‑q轴分量，ψd、ψq是三相定子磁链d‑q轴分量，Ld、Lq是三相定子绕组d‑q轴电感，Rs是三相定子的电阻，pn是电机转子极对数，ψf是转子永磁铁的磁链，Tem是电机电磁转矩；（2）根据永磁同步电机的特性，在‑50℃～150℃范围内，永磁同步电机三相定子的电阻R在t时刻随温度变化的关系如下式： R = k R · R 0 · T + t T + t 0 其中，R0为在t0温度下三相定子的电阻，kR是根据系统运行情况设定的调节系数，kR的取值范围为0.8～1.2，T为电机三相定子的电阻材料的温度系数，其取值范围在200～ 260之间；通过此公式可以得到温度自适应修正后的永磁同步电机三相定子电阻R；（3）根据永磁同步电机的特性，在‑50℃～150℃范围内，永磁同步电机三相定子电感L随温度t变化的关系如下式：L=L0+kl1t2+kl2t+kl3式中，L0为电机停止运行后的电感，kl1、kl2、kl3为设定的调节系数，kl1、kl2、kl3的取值范围分别为0～10，得到温度自适应修正后的永磁同步电机三相定子电感L；（4）将检测到的永磁同步电机的三相电流ia，ib，ic进行克拉克变换，得到用于帕克变换的永磁同步电机电流值iα，iβ，其中克拉克变换的方式为： i α i β = 2 3 1 - 1 2 - 1 2 0 3 2 - 3 2 i a i b i c 帕克变换的公式为： i d i q = cos θ sin θ - sin θ cos θ i α i β θ为永磁同步电机的转子角度；（5）计算永磁同步电机转子的机械角速度ωm： ω m = ∫ T em - T L - R Ω - new ω m J dt 其中，Tem是电机电磁转矩：Tem=pn(ψdiq‑ψqid)=pn[ψfiq+(Ld‑new‑Lq‑new)idiq ]，RΩ‑new是经温度自适应修正后的三相定子电阻，Ld‑new，Lq‑new是经温度自适应修正后的三相定子电感在d‑q轴的分量，id、iq是三相定子电流d‑q轴分量，ψd、ψq是三相定子磁链d‑q轴分量，Ld、Lq是三相定子的d‑q轴电感，Rs是三相定子电阻，pn是转子极对数，ωm是转子机械角速度，ωr是转子电角速度，ωr=pnωm，ψf是转子永磁铁的磁链，J是转子的转动惯量，Tem是转子和定子之间的电磁转矩，TL是电机负载转矩。