一种基于弱磁控制的电动汽车永磁同步电机的调速方法转让专利
申请号 : CN202110484846.7
文献号 : CN113179061B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 肖纯 , 陈静 , 田韶鹏 , 刘欢 , 王雯静 , 伍炜 , 徐诚博
申请人 : 佛山仙湖实验室
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于弱磁控制的电动汽车永磁同步电机的调速方法,其特征在于,该方法应用于弱磁控制电机调速系统,所述弱磁控制电机调速系统包括转速给定模块、电流检测模块、转子角度和转速检测模块、速度控制器、弱磁控制模块、深度弱磁控制模块、电流控制器、Park变换模块、Clark变换模块、逆Park变换模块、空间脉冲调制模块和逆变电路;电流控制器包括d轴电流控制模块和q轴电流控制模块,采用基于超前角弱磁控制策略和基于最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略实时修正电流控制器的输入信号,使电机运行于额定转速之上,满足电动汽车在不同工况下对电机速度的要求;
该调速方法的步骤如下:
步骤一:电流检测模块实时获取永磁同步电机的定子三相电流ia、ib、ic,转子角度和转速检测模块实时获取永磁同步电机的转子角度θ和永磁同步电机实时转速ωx,转速给定模块从整车控制器获取需求转速ωref;
步骤二:三相电流ia、ib、ic经过Clark变换模块得到iα和iβ;Park变换模块根据iα、iβ和θ,输出d轴反馈电流idback和q轴反馈电流iqback;
同时,比较器计算出永磁同步电机需求转速ωref与永磁同步电机实时转速ωx的差值,即Δω1=ωref‑ωx,速度控制器根据Δω1得到d轴电流控制模块的给定信号idref1和q轴电流控制模块的给定信号iqref1;
步骤三:速度控制器根据需求转速ωref,由以下任一种情况确定d轴电流控制模块的电流给定信号idref3和q轴电流控制模块的电流给定信号iqref3:S01:当ωref大于0并且小于等于第一速度阈值时,d轴电流给定信号为idref3=idref1,q轴电流给定信号为iqref3=iqref1;
S02:当ωref大于第一速度阈值并且小于等于第二速度阈值时,从弱磁控制模块得到d轴第一电流补偿值Δid1和q轴第一电流补偿值Δiq1,此时d轴电流给定信号idref3=idref1+Δid1,q轴电流给定信号iqref3=iqref1+Δiq1,其中Δid1和Δiq1由弱磁控制模块采用超前角弱磁控制策略得到;
S03:当ωref大于第二速度阈值时,从弱磁控制模块得到d轴第一电流补偿值Δid1和q轴第一电流补偿值Δiq1,从深度弱磁控制模块得到q轴第二电流补偿值Δiq2,此时d轴电流控制模块的电流给定信号为下限值,q轴电流控制模块的电流给定信号为iqref3=iqref1+Δiq1+Δiq2,其中Δiq2由深度弱磁控制模块采用基于最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略得到;
其中,所述的第一速度阈值小于所述的第二速度阈值,所述的第一速度阈值取值为永磁同步电机的额定转速,所述的第二速度阈值小于永磁同步电机的最高转速;
步骤四:d轴电流控制模块根据idref3与idback偏差,即Δid3=idref3‑idback,经过PI控制输出信号udref,q轴电流控制模块根据iqref3与iqback偏差,即Δiq3=iqref3‑iqback,经过PI控制输出信号uqref;udref和uqref经过逆Park变换模块后输出信号uαref和uβref,再经过空间脉冲调制模块形成PWM波信号,驱动逆变电路,以控制永磁同步电机的转速;
重复步骤一至步骤四,实现电动汽车永磁同步电机的调速;
所述Δiq2由深度弱磁控制模块采用基于最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略得到具体为:
S0301:对永磁同步电机d轴电流进行限幅,选取电压极限椭圆的中心点作为永磁同步电机d轴电流的下限值,即下限值为idmin=‑ψf/Ld;
S0302:idref1经过弱磁控制模块补偿后,当idref1+Δid1等于idmin时,此时永磁同步电机进入深度弱磁区,当永磁同步电机进入深度弱磁区,idref1+Δid1不等于idmin,此时d轴电流控制模块的电流给定信号为下限值,即idref3=idmin,iqref3=iqref1+Δiq1+Δiq2,采用最大转矩电压比MTPV得到q轴第二电流补偿值为:其中,Ld和Lq分别为电机d轴电感和q轴电感;ψf为永磁体磁链。
2.根据权利要求1所述的基于弱磁控制的电动汽车永磁同步电机的调速方法,其特征在于,速度控制器包括PI控制模块和最大转矩电流比MTPA控制模块,首先PI控制模块根据Δω1,通过PI控制输出转矩信号Te;MTPA控制模块根据Te,采用最大转矩电流比控制,用最小的电流获得最大转矩时电流控制器的给定信号idref1和iqref1,其值由以下方程确定:其中,Ld和Lq分别为电机d轴电感和q轴电感;ψf为永磁体磁链;Pn为电机极对数。
3.根据权利要求1所述的基于弱磁控制的电动汽车永磁同步电机的调速方法,其特征在于,所述Δid1和Δiq1由弱磁控制模块采用超前角弱磁控制策略得到为:S0201:计算逆变电路的最大电压Umax与电流控制器输出信号udref和uqref的平方和的差值ΔU,即
S0202:当ΔU<0时,采用PI算法实时计算超前角β,其值为负值,此时永磁同步电机进入弱磁区;
S0203:计算永磁同步电机的定子电流S0204:依据定子电流is和超前角β,计算d轴第一电流补偿值和q轴第一电流补偿值:
说明书 :
一种基于弱磁控制的电动汽车永磁同步电机的调速方法
技术领域
背景技术
性能要求。为此,对电动汽车用永磁同步电机进行弱磁控制,实现电动汽车高效行驶。
定性差等问题;中国专利文献“201610954121.9”提出了一种永磁同步电机深度弱磁控制方
法及控制装置,可以有效削弱永磁同步电机深度弱磁控制中的电流震荡。但是以上专利不
能同时实现弱磁控制和深度弱磁控制,也不能实现永磁同步电机在不同转速范围内的平滑
过渡,满足不了电动汽车在不同工况下运行的需求。
发明内容
能运行于额定转速上下,并能在不同转速之间进行平滑调节,满足电动汽车在不同工况下
对电机速度的要求以及高效运行。
转子角度和转速检测模块、速度控制器、弱磁控制模块、深度弱磁控制模块、电流控制器、
Park变换模块、Clark变换模块、逆Park变换模块、空间脉冲调制模块(SVPWM)和逆变电路;
电流控制器包括d轴电流控制模块和q轴电流控制模块,采用基于超前角弱磁控制策略和基
于最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略实时修正电流控制器的输入信号,使电机运行
于额定转速之上,满足电动汽车在不同工况下对电机速度的要求;
定模块从整车控制器获取需求转速ωref;
轴电流控制模块的给定信号iqref1;
+Δid1,q轴电流给定信号iqref3=iqref1+Δiq1,其中Δid1和Δiq1由弱磁控制模块采用超前角
弱磁控制策略得到;
电流控制模块的电流给定信号为下限值,q轴电流控制模块的电流给定信号为iqref3=iqref1
+Δiq1+Δiq2,其中Δiq2由深度弱磁控制模块采用基于最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控
制策略得到;
制输出信号uqref;udref和uqref经过逆Park变换模块后输出信号uαref和uβref,再经过空间脉冲
调制模块形成PWM波信号,驱动逆变电路,以控制永磁同步电机的转速;
最小的电流获得最大转矩时电流控制器的给定信号idref1和iqref1,其值由以下方程确定:
制模块的电流给定信号为下限值,即:idref3=idmin,iqref3=iqref1+Δiq1+Δiq2,采用最大转矩
电压比MTPV得到q轴第二电流补偿值为:
运行于额定转速上下,并能在不同转速之间进行平滑调节,满足电动汽车在不同工况下对
电机速度的要求以及高效运行。主要有以下的优点:
控制器组成。
弱磁控制策略和基于最大转矩电压(MTPV)的深度弱磁控制策略,修正q轴电流控制器的给
定信号,使永磁同步电机在额定转速以上稳定高效运行,也可以实现在不同转速范围的平
滑过渡。
附图说明
10.Clark变换模块;11.Park变换模块;12.PMSM;13转子角度和转速检测模块;3‑1.d轴电流
控制模块;3‑2.q轴电流控制模块。
具体实施方式
用于限定本发明。
出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别
类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
模块和q轴电流控制模块组成;速度控制器中的MTPA控制与PI控制结合,得出用最小的电流
获得最大的转矩时的电流控制器的给定信号,采用基于超前角弱磁控制策略和基于最大转
矩电压(MTPV)的深度弱磁控制策略,修正d轴电流控制模块和q轴电流控制模块的给定信
号。本发明可应用于电动汽车用永磁同步电机的弱磁控制电机调速系统,满足电动汽车在
不同工况下对电机速度的要求。
测模块、转子角度和转速检测模块、速度控制器、弱磁控制模块、深度弱磁控制模块、电流控
制器、Park变换模块、Clark变换模块、逆Park变换模块、空间脉冲调制模块和逆变电路;电
流控制器包括d轴电流控制模块和q轴电流控制模块,采用基于超前角弱磁控制策略和基于
最大转矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略实时修正电流控制器的输入信号,使电机运行于
额定转速之上,满足电动汽车在不同工况下对电机速度的要求。
度和转速检测模块13、速度控制器2、弱磁控制模块4、深度弱磁控制模块5、电流控制器3、
Park变换模块11、Clark变换模块10、逆Park变换模块6、SVPWM模块7和逆变电路模块8;电流
控制器3包括d轴电流控制模块3‑1和q轴电流控制模块3‑2。
ωx,转速给定模块1从整车控制器获取需求转速ωref;
定信号idref1和q轴电流控制模块3‑2的给定信号iqref1;
的电流获得最大转矩时电流控制器的给定信号idref1和iqref1,其值由以下方程确定:
定信号idref3=idref1+Δid1,q轴电流给定信号iqref3=iqref1+Δiq1,其中Δid1和Δiq1由弱磁
控制模块采用超前角弱磁控制策略得到,具体如下:
偿值Δiq2,此时d轴电流控制模块3‑1的电流给定信号为下限值,q轴电流控制模块3‑2的电
流给定信号为iqref3=iqref1+Δiq1+Δiq2,其中Δiq2由深度弱磁控制模块5采用基于最大转
矩电压比MTPV的深度弱磁控制策略得到,具体如下:
制模块的电流给定信号为下限值,即:idref3=idmin,iqref3=iqref1+Δiq1+Δiq2,采用最大转矩
电压比MTPV得到q轴第二电流补偿值为:
过PI控制输出信号uqref;udref和uqref经过逆Park变换模块6后输出信号uαref和uβref,再经过
SVPWM模块7形成PWM波信号,驱动逆变电路8,以控制永磁同步电机12的转速;其中由比较器
计算Δid3和Δiq3。
本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之
处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。