CN106059421A - 一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法，其包括以下步骤:整车控制器发出扭矩请求T*,电机永磁磁链fai将扭矩请求T*变换为交轴电流iq1和直轴电流id1请求；将ib，ia、ib经过标幺化处理后进入克拉克反变换和帕克反变换进行矢量变换得到实时的交轴电流iq和直轴电流id；获取误差e1、交轴电压uq*与直轴电流电流请求id3；通过调节器PI3获取直轴电流请求id2，通过调节器PI2得到直轴电压ud*；获取得到各自功率开关管的开关状态，最后经过逆变电路完成对驱动电机MOTOR的电流输入。本发明通能加快动态响应特性防止深度弱磁时的电压饱和，具有控制效率高，依赖电机参数少，算法调节器简单易行的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到电机技术领域，特别是一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法。
背景技术
永磁同步电机一般是在基速以下采用最大转矩电流比(MTPA)控制方式和在基速以上采用弱磁控制方式以保证输出最大功率。当前的弱磁控制策略主要有2种：一种是在理论分析基础上，推导出转速与直轴电流的关系，利用电机参数通过计算求出达到指定转速所需的直轴电流id。该弱磁方式由于要进行非线性计算难以保证响应速度，且公式计算所受电机运行时参数漂移影响较大，难以对参数变化进行补偿。第二种方法就是直流侧电压作为一反馈量用于电压外环调节，从而减小直轴电流达到弱磁目的，该方法受电动机参数影响较小，逆变器输出电压是直流侧最大电压，控制外环可保证电流调节器在任何工况下不会饱和，从而获得较满意的控制效果。但是该方法仅当直流侧电压大于交直轴电流调节器输出时调节直轴电流id，电压环在***上滞后于电流环无法满足高速弱磁时的快速响应，本申请在第二种，设计了iq调节id的PID调节器，此方法能加快动态响应特性防止深度弱磁时的电压饱和，本申请具有控制效率高，依赖电机参数少，算法调节器简单易行的优点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法，其包括以下步骤:
S1:整车控制器发出扭矩请求T*,将扭矩请求T*输入电机控制器的最大转矩电流比MTPA模块，所述最大转矩电流比MTPA模块根据电机的交轴电感lq直轴电感ld,电机永磁磁链fai将扭矩请求T*变换为交轴电流iq1和直轴电流id1请求；
S2：在进行S1的同时，单片机通过霍尔电流计采集逆变电路输出的A相电流ia以及B相电流ib，ia、ib经过标幺化处理后进入克拉克反变换和帕克反变换进行矢量变换得到实时的交轴电流iq和直轴电流id；
S3：将S1中得到的iq1和S2中得到的iq送入加法器得到误差e1；
S4:将S3中得到的e1送入Q轴电流调节器PI1得到交轴电压uq*；
S5:在进行S3的同时将e1送入调节器PI4并得到直轴电流电流请求id3；
S6：将电机控制器允许输出的最大电压uref*和电机控制器输出的合成电压sqrt(ud*^2+uq*^2)做差得到误差e3并经过调节器PI3得到直轴电流请求id2；
S7：S1得到id1和S5得到的id3以及S6得到的id2相加后与S2中的得到的直轴电流id做差得到误差e2，将误差e2送入调节器PI2得到直轴电压ud*；
S8：将所述交轴电压uq*和直轴电压ud*送入电压空间矢量脉冲调制得到各自功率开关管的开关状态，最后经过逆变电路完成对驱动电机MOTOR的电流输入。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过负向磁链电流减弱永磁体磁链，该方法是基于直轴电流id和交轴电流iq所构成的状态空间，在满足电流和电压极限圆的基础上，在传统算法利用母线电压过高调节id的基础上，设计了iq调节id的PID调节器，此方法能加快动态响应特性防止深度弱磁时的电压饱和。本申请具有控制效率高，依赖电机参数少，算法调节器简单易行的优点。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的改进型前馈永磁同步电机弱磁方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法，其包括以下步骤:
S1:整车控制器发出扭矩请求T*,将扭矩请求T*输入电机控制器的最大转矩电流比MTPA模块，所述最大转矩电流比MTPA模块根据电机的交轴电感lq直轴电感ld,电机永磁磁链fai将扭矩请求T*变换为交轴电流iq1和直轴电流id1请求；
S2：在进行S1的同时，单片机通过霍尔电流计采集逆变电路输出的A相电流ia以及B相电流ib，ia、ib经过标幺化处理后进入克拉克反变换和帕克反变换进行矢量变换得到实时的交轴电流iq和直轴电流id；
S3：将S1中得到的iq1和S2中得到的iq送入加法器得到误差e1；
S4:将S3中得到的e1送入Q轴电流调节器PI1得到交轴电压uq*；
S5:在进行S3的同时将e1送入调节器PI4并得到直轴电流电流请求id3；
S6：将电机控制器允许输出的最大电压uref*和电机控制器输出的合成电压sqrt(ud*^2+uq*^2)做差得到误差e3并经过调节器PI3得到直轴电流请求id2；
S7：S1得到id1和S5得到的id3以及S6得到的id2相加后与S2中的得到的直轴电流id做差得到误差e2，将误差e2送入调节器PI2得到直轴电压ud*；
S8：将所述交轴电压uq*和直轴电压ud*送入电压空间矢量脉冲调制得到各自功率开关管的开关状态，最后经过逆变电路完成对驱动电机MOTOR的电流输入。
本实施例中永磁同步电机转矩公式T*＝K×(fai+(ld-lq)×id1)×iq1(其中K为电机常数)Q轴电流调节器也称作扭矩调节器因此要想获得充足的动力需求，原则上PI1调节器比例积分参数较本***中的其他调节器大。
其中uref*为电机控制器允许输出的最大电压，受到电压极限圆ud*^2+uq*^2＜＝uref*^2的限制(ud*为电机控制器输出的直轴电压，uq*为电机控制器输出的交轴电压)电机控制器输出的合成电压sqrt(ud*^2+uq*^2)应小于uref*，否则会造成逆变器饱和导致电机失控。
本发明实施例提供的基于电压闭环的弱磁调节器PI3，当电机控制器输出的电压sqrt(ud*^2+uq*^2)大于uref*时加法器输出的误差e3小于0，e3经过弱磁调节器PI3得到的弱磁电流id2负向增大，根据永磁同步电机电压方程式，uq*＝R×iq+w×fai+w×ld×id，ud*＝R×id+w×lq×iq(R为电机定子电阻，lq为交轴电感，ld为直轴电感，id为直轴电流，iq为交轴电流，fai为电机永磁磁链，w为电机角速度)，如果其他参数不变，id小于0且绝对值增大将促使ud*和uq*同时减小从而远离电机允许输出的最大电压uref*。
本发明实施例中，改进型的前馈调节器PI4，当电机需要加速时请求的扭矩指令T*增大，经MTPA模块输出的iq1也将增大，在***加速响应前交轴电流iq在短时间内可以认为无变化，随着误差e1的增大，前馈调节器PI4输出的前馈弱磁电流id3也将负向增大。
本发明实施例中，传统的弱磁调节器误差是由sqrt(ud*^2+uq*^2)和uref*经加法器得到，直轴电压ud*和交轴电压uq*是经过Q轴电流调节器PI1和D轴电流调节器PI2得到的，从***响应的角度来看PI1和PI2在时间上滞后于PI4,本方法设计的改进型前馈调节器PI4能在电机需要急加速时提高响应速度，防止电机输出电压sqrt(ud*^2+uq*^2)大于电机控制器允许最大电压uref*从而饱和。
MTPA输出的电流id1，PI3输出的id2以及本申请输出电流id3和S2中获得的id做加法处理得到误差e2,e2送入D轴电流调节器得到直轴电压ud*
本发明通过负向磁链电流减弱永磁体磁链，该方法是基于直轴电流id和交轴电流iq所构成的状态空间，在满足电流和电压极限圆的基础上，在传统算法利用母线电压过高调节id的基础上，设计了iq调节id的PID调节器，此方法能加快动态响应特性防止深度弱磁时的电压饱和。本申请具有控制效率高，依赖电机参数少，算法调节器简单易行的优点。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (1)
1.一种改进型前馈永磁同步电机弱磁方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1:整车控制器发出扭矩请求T*,将扭矩请求T*输入电机控制器的最大转矩电流比MTPA模块，所述最大转矩电流比MTPA模块根据电机的交轴电感lq直轴电感ld,电机永磁磁链fai将扭矩请求T*变换为交轴电流iq1和直轴电流id1请求；
S2：在进行S1的同时，单片机通过霍尔电流计采集逆变电路输出的A相电流ia以及B相电流ib，ia、ib经过标幺化处理后进入克拉克反变换和帕克反变换进行矢量变换得到实时的交轴电流iq和直轴电流id；
S3：将S1中得到的iq1和S2中得到的iq送入加法器得到误差e1；
S4:将S3中得到的e1送入Q轴电流调节器PI1得到交轴电压uq*；
S5:在进行S3的同时将e1送入调节器PI4并得到直轴电流电流请求id3；
S6：将电机控制器允许输出的最大电压uref*和电机控制器输出的合成电压sqrt(ud*^2+uq*^2)做差得到误差e3并经过调节器PI3得到直轴电流请求id2；
S7：S1得到id1和S5得到的id3以及S6得到的id2相加后与S2中的得到的直轴电流id做差得到误差e2，将误差e2送入调节器PI2得到直轴电压ud*；
S8：将所述交轴电压uq*和直轴电压ud*送入电压空间矢量脉冲调制得到各自功率开关管的开关状态，最后经过逆变电路完成对驱动电机MOTOR的电流输入。
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