[发明专利]内置式永磁同步电机电流控制方法

摘要

本发明一种内置式永磁同步电机电流控制方法，即电机输出给定转矩条件下，控制电机中铜耗和铁耗的损耗量最小化的一种控制方法。根据电机的铜耗和铁耗方程，在满足电磁转矩为给定值的条件极值下计算出电流分量值，以给定转矩的电磁转矩方程为条件，以电机铜耗和铁耗构成的电机损耗方程为目标函数，利用拉格朗日算法求出满足给定转矩情况下损耗最小时的定子电流分量值，并将其作为电流给定值与由电流传感器检测获取的定子电流经坐标变换得到的反馈电流进行比较后分别经过PI调节得出电压分量值，再经坐标变换后作为空间矢量脉宽调制单元的输入产生脉冲触发变频器的开关管，从而实现内置式永磁同步电机的最优控制，以提高电机的运行效率。

主权项

1.一种内置式永磁同步电机电流控制方法，其特征在于：控制方法的控制系统由转速外环和电流内环组成，控制系统的装置包括内置式永磁同步电机，变频器，空间矢量脉宽调制单元(SVPWM)，效率最优电流控制单元，三相‑两相坐标变换单元，静止‑旋转坐标变换单元及其反变换单元，正交编码脉冲电路(QEP)，速度运算单元，转速调节器；在电机输出给定转矩条件下，控制内置式永磁同步电机电流使电机中铜耗和铁耗的损耗量最小化,即在给定转矩条件下满足电机损耗最小时的定子电流分量值，对其进行重新分配；根据电机的铜耗和铁耗方程，在满足电磁转矩为给定值的条件极值下计算出电流分量值，以给定转矩的电磁转矩方程为条件，以电机铜耗和铁耗构成的电机损耗方程为目标函数，利用拉格朗日算法求出满足给定转矩情况下损耗最小时的定子电流分量值，并将其作为电流给定值与由电流传感器检测获取的定子电流经坐标变换得到的反馈电流进行比较后分别经过PI调节得出电压分量值，再经坐标变换后作为空间矢量脉宽调制单元的输入产生脉冲触发变频器的开关管；所述的控制方法采用的运算步骤如下:所述控制方法中对i_s进行分配的方法是基于内置式永磁同步电机的转矩公式：式中p为极对数ψ_f为永磁体磁链Ld、Lq为d、q轴等效电感由电机学知，单位重量中铁耗的计算公式为式中，p_1/50为铁耗系数，为Bm＝1T、f＝50Hz时，每千克硅钢片的铁耗，其值在1.05～2.50范围内；β为频率指数，其值在1.2～1.6范围内，随硅钢片的含钢量而异，当确定电机转速、铁耗系数和频率指数后，则单位重量中铁耗正比于磁感应强度的平方，即p_Fe∝B_m²；进而对已经制造好的电机，由于铁心重量已经确定则可得铁心的铁耗为：其中G为铁心的重量又因为Bm∝Φ∝ψ∝U所以可得P_Fe＝K′U2其中ω,N,S分别为电源角频率，线圈匝数和线圈所围面积；且忽略定子电阻的d、q轴电压为：U_d＝‑ωL_qi_qU_q＝ωψ_f+ωL_di_d又由铜耗公式即可得电机损耗：为了简化处理，令b＝2K′ω²ψ_fL_dd＝K′ω²ψ_f²可得则效率最优电流控制就可以转化成如下求极值问题：利用拉格朗日算法，做辅助函数式中，λ为拉格朗日算子；将上式分别对i_d、i_q和λ求偏导数并令其为零，有：由上式可得到i_d、i_q和转矩T_e的非线性方程组：将a,b,c,d代入到上述方程组得：为了更加明确地得到i_d、i_q与T_e的关系，并且考虑到电机参数确定后上述方程组中的常数量，故可将其简化为：其中B＝2K′ψ_fL_dω²D＝6pψ_f(3R₁+K′ω²L_dL_q)由上式可以得出，虽然电机定子电流的d、q轴分量i_d、i_q均为电磁转矩给定值T_e的函数，但是它们之间并非线性关系，很难直接通过电磁转矩的给定值而求出d、q轴电流分量值，为了对定子电流分量与电磁转矩之间的关系式进行简化，采用效率最优电流控制的曲线拟合控制方案，即通过MATLAB软件工具将上式非线性方程组进行曲线拟合得到线性化的d轴电流i_d＝f₁(T_e),q轴电流i_q＝f₂(T_e)，此时得到的定子电流分量是恒转矩状况下在同时考虑电机铜耗和铁耗时的定子电流最小时的分量值；由上述也可知，实际上这时候得到的定子电流分量即为电流给定值，再经过与传感器检测到的实际反馈值进行比较后经PI调节得到定子电压d、q轴分量给定值，然后经坐标变换后作为空间矢量脉宽调制单元的输入进而输出脉冲到开关管，进行内置式永磁同步电机效率最优电流控制，实现内置式永磁同步电机铜耗和铁耗的损耗量最小化控制。