永磁同步电机弱磁控制方法及其装置

摘要

一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤：a、根据永磁同步电机的给定转速与实际转速ωr，生成目标转矩b、根据目标转矩通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流和d轴给定电流c、根据d轴给定电流和d轴实际电流id生成d轴给定电压根据q轴给定电流和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压本发明还公开了一种永磁同步电机弱磁控制装置。本发明将最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制融合在一起，不需要在最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制之间进行切换，从而去除了复杂的参数传递，简化了控制算法，并消除了退弱磁时的电流波动现象，提高了系统的鲁棒性。

权利要求

1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤a、根据永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr，生成目标转矩步骤b、根据目标转矩 通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流 和d轴给定电流

步骤c、根据d轴给定电流 和d轴实际电流id生成d轴给定电压 根据q轴给定电流 和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定电压所述的限幅处理为双向限幅处理，在所述的双向限幅处理中，当所述q轴输出电压uq’大于等于限幅上限值时，则将所述限幅上限值作为q轴给定电压 当所述q轴输出电压uq’小于等于限幅下限值时，则将所述限幅下限值作为q轴给定电压 当所述q轴输出电压uq’大于限幅下限值且小于限幅上限值时，则将所述q轴输出电压uq’作为q轴给定电压 其中，限幅上限值为 限幅下限值为 Umax为电机控制器最大输出电压限值。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，在所述的步骤a中，是将永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr之间的偏差进行PI调节得到目标转矩

3.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，在所述的步骤c中，是将d轴给定电流 和d轴实际电流id之间的偏差进行PI调节得到所述的d轴给定电压 将q轴给定电流 和q轴实际电流iq之间的偏差进行PI调节得到q轴输出电压uq’。

4.如权利要求1所述的永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，所述的永磁同步电机弱磁控制方法包括：

步骤d、将d轴给定电压 和q轴给定电压 进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压 和β轴给定电压

步骤e、根据α轴给定电压 和β轴给定电压 通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步电机。

5.一种永磁同步电机弱磁控制装置，其特征在于，包括：存储器，用于存储程序；

处理器，用于加载所述程序以执行如权利要求1至4中任何一项所述的永磁同步电机弱磁控制方法。

说明书

永磁同步电机弱磁控制方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机弱磁控制方法。

背景技术

[0002] 弱磁控制技术可以使永磁同步电机实现宽转速范围调速运行。传统的双电流调节器弱磁控制方法，由于d、q轴电压的相互耦合，随着转速的提升，电压方程中交叉解耦项占
比增大，容易导致电机电流失控。不同于传统的双电流调节器弱磁控制，单电流环(Single 
Current Regulation，SCR)弱磁控制不再尝试减小交直轴电流耦合的负面影响，而是利用
这种现象，仅控制d轴电流，就可实现电机弱磁控制。

[0003] 图1示出了现有的电机控制器进行单电流环弱磁控制的控制原理框图。在非弱磁区域时，将永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr做比较，差值送入速度环PI调节器运
算得出目标转矩 根据目标转矩 通过最大转矩电流比MTPA控制(Maximum Torque Per 
Ampere)，得到q轴给定电流 和d轴给定电流 将q轴给定电流 d轴给定电流 分别与q
轴实际电流iq、d轴实际电流id做比较后送入电流环PI调节器运算得到q轴给定电压 和d
轴给定电压 当电机控制器的输出电压饱和、弱磁控制标志信号FwFlag发生改变时，电机
控制器的输出电压维持在最大值，弱磁切换开关进行切换动作，使电机控制器由MTPA控制
方式切换到图1虚线框中的单电流环弱磁控制方式：即将速度环PI调节器运算得出的目标
转矩 进行PI调节、比例放大后，得到d轴给定电流 再将d轴给定电流 与d轴实际电流id
做比较后送入电流环PI调节器运算得出d轴给定电压 根据公式 计算得到q
轴给定电压 Umax为电机控制器最大输出电压限值。最后将d轴给定电压 和q轴给定电
压 进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压 和β轴给定电压 根据α轴
给定电压 和β轴给定电压 通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步
电机100。前述的电机控制器例如可以是变频器等。图1中的θ为永磁同步电机的转子位置
角，q轴实际电流iq和d轴实际电流id通过采集永磁同步电机三相电流值并进行Clarke变换
和Park变换后得到。

[0004] 单电流环弱磁控制需要与最大转矩电流比MTPA控制进行切换，切换时大量的参数传递比较复杂，而且由于电流滞环的影响退出弱磁时会出现电流波动(如图2中虚线框部分
所示)，影响控制性能。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种控制方式简单、能够避免退弱磁时的电流波动现象的永磁同步电机弱磁控制方法。

[0006] 本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种永磁同步电机弱磁控制装置。

[0007] 本发明提供了一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤:

[0008] 步骤a、根据永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr，生成目标转矩

[0009] 步骤b、根据目标转矩 通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流 和d轴给定电流

[0010] 步骤c、根据d轴给定电流 和d轴实际电流id生成d轴给定电压 根据q轴给定电流 和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定
电压

[0011] 本发明还提供了一种永磁同步电机弱磁控制装置，包括：

[0012] 存储器，用于存储程序；

[0013] 处理器，用于加载所述程序以执行上述的永磁同步电机弱磁控制方法。

[0014] 本发明将最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制融合在一起，不需要在最大转矩电流比MTPA控制与弱磁控制之间进行切换，从而去除了复杂的参数传递，简化了控制算法，并
消除了退弱磁时的电流波动现象，提高了系统的鲁棒性。

附图说明

[0015] 图1示出了现有的电机控制器进行单电流环弱磁控制的控制原理框图。

[0016] 图2示出了现有的单电流环弱磁控制在退出弱磁控制时的电流波形图。

[0017] 图3示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法的控制原理框图。

[0018] 图4示出根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在进行弱磁控制时的等效控制框图。

[0019] 图5示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在退出弱磁控制时的电流波形图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明做出进一步说明。

[0021] 根据本发明实施例的一种永磁同步电机弱磁控制方法，包括以下步骤:

[0022] 步骤a、根据永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr，生成目标转矩

[0023] 步骤b、根据目标转矩 通过最大转矩电流比MTPA控制，得到q轴给定电流 和d轴给定电流

[0024] 步骤c、根据d轴给定电流 和d轴实际电流id生成d轴给定电压 根据q轴给定电流 和q轴实际电流iq生成q轴输出电压uq’，对q轴输出电压uq’进行限幅处理，得到q轴给定
电压

[0025] 图3示出了根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法的控制原理框图。如图3所示，在本实施例中，是通过将永磁同步电机的给定转速 与实际转速ωr之间的
偏差进行PI调节得到目标转矩 将d轴给定电流 和d轴实际电流id之间的偏差进行PI调
节得到d轴给定电压 将q轴给定电流 和q轴实际电流iq之间的偏差进行PI调节得到q轴
输出电压uq’。然而本发明不限于此，在其它的实施例中，也可以根据d轴给定电流 和d轴实
际电流id通过电流预测的方式生成d轴给定电压 根据q轴给定电流 和q轴实际电流iq通
过电流预测的方式生成q轴输出电压uq’。

[0026] 在本实施例中，图3中所示的虚线框内的部分在现有单电流环弱磁控制的基础上增加了一个限幅环节，该限幅处理为双向限幅处理，在该双向限幅处理中，当q轴输出电压
uq’大于等于限幅上限值时，则将限幅上限值作为q轴给定电压 当q轴输出电压uq’小于等
于限幅下限值时，则将限幅下限值作为q轴给定电压 这相当于q轴电流的PI调节器饱和，
q轴电流的PI调节器的输出断开；当q轴输出电压uq’大于限幅下限值且小于限幅上限值时，
则将q轴输出电压uq’作为q轴给定电压 这相当于q轴电流的PI调节器退饱和，q轴电流的
PI调节器的输出重新作用；其中，限幅上限值为 限幅下限值为 Umax
为电机控制器最大输出电压限值。这样的话，MTPA与弱磁控制的切换通过q轴电流调节器的
饱和与退饱和自动切换，不需要额外的切换判断，控制方式简单，适用性强，鲁棒性好。

[0027] 电机进入弱磁运行时，q轴电流的PI调节器的输出断开，其等效控制框图如图4所示，该控制框图的本质是单电流环弱磁控制，具有同样的弱磁运行的稳定性，只是 的获取
方式与现有的单电流环弱磁控制不一样，是通过最大转矩电流比MTPA控制而获得，如图4中
所示。与现有的单电流环弱磁控制相比，本实施例所采用的q轴电压限幅控制不需要切换条
件判断，控制方式更简单，解决了切换过程的不平滑问题，消除了退弱磁时的电流波动。如
图5所示，本实施例的永磁同步电机弱磁控制方法在退出弱磁控制时没有电流波动现象。

[0028] 进一步地，根据本发明一个实施例的永磁同步电机弱磁控制方法包括以下步骤：

[0029] 步骤d、将d轴给定电压 和q轴给定电压 进行反Park变换，得到两相静止坐标系下的α轴给定电压 和β轴给定电压

[0030] 步骤e、根据α轴给定电压 和β轴给定电压 通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，驱动永磁同步电机100。

[0031] 根据本发明的又一实施例还提供了一种永磁同步电机弱磁控制装置，包括存储器和处理器。存储器用于存储程序；处理器用于加载所述程序以执行前述的永磁同步电机弱
磁控制方法。

[0032] 本发明既适用于永磁同步电机无速度传感器矢量控制，也适用于永磁同步电机有速度传感器矢量控制，本发明对此不做限制。

[0033] 以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内
容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发
明确定的保护范围。