CN116995981B - 一种电流电压矢量幅角控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流电压矢量幅角控制方法，涉及到电流电压矢量幅角控制和改进的方法技术领域，包括以下步骤：对d轴和q轴电流进行电流矢量的合成，得到合成矢量的幅值和旋转角；然后对合成的电流矢量幅值进行调节和旋转角控制，将控制结果进行矢量分解，分解得到电压矢量，从而进行PMSM的控制。本发明运用合成矢量方法得到电流合成矢量的幅值和旋转角，对合成矢量的幅值和旋转角进行解耦控制，提高了***的控制精度，减小了扭矩波动；本发明对***中不同转速和负载下的功率因数角进行标定，补偿目标功率因数角和实际功率因数角之间的差值，提高了在弱磁工况下转速和功率因数。

Description

一种电流电压矢量幅角控制方法
技术领域
本发明涉及电流电压矢量幅角控制和改进的方法技术领域，特别涉及一种电流电压矢量幅角控制方法。
背景技术
目前，电流电压矢量幅角的控制方法主要有：
(1)直接转矩控制：由于三相耦合性强，很难对转矩进行精确控制，存在输出转矩不平稳和扭矩抖动的现象。
(2)FOC磁场定位矢量控制：该方法将静止坐标系ABC轴下的电流变换为两相旋转坐标系d轴和q轴下的电流，实现PMSM转矩电流和励磁电流的解耦，分别对d轴和q轴电流进行PI调节。该方法在控制***中存在低速转向电流波动和高频噪音现象。
本发明运用矢量合成方法得到电流合成矢量的幅值和旋转角，对合成矢量的幅值和旋转角进行解耦控制，提高***助力的控制精度,减小扭矩波动；同时，补偿目标功率因数角和实际功率因数角之间的差值，提高了在弱磁工况下转速和功率因数。因此，提出一种电流电压矢量幅角控制方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流电压矢量幅角控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电流电压矢量幅角控制方法，包括以下步骤：对d轴和q轴电流进行电流矢量的合成，得到合成矢量的幅值和旋转角；
然后对合成的电流矢量幅值进行调节和旋转角控制，将控制结果进行矢量分解，分解得到电压矢量，从而进行PMSM的控制；
合成的电流矢量由d轴目标电流、q轴目标电流/>、计算出目标电流合成矢量幅值和目标电流旋转角/>；由d轴反馈电流/>，q轴反馈电流/>，计算出实际的电流合成矢量幅值/>和实际的电流旋转角/>。
优选的，所述电压矢量分别是d轴电压和q轴电压/>。
优选的，所述电流矢量幅值调节由目标电流合成矢量幅值，实际电流合成矢量幅值/>进行电流合成矢量幅值闭环PI调节，得到调节出的电压合成矢量幅值/>。
优选的，所述旋转角控制分为两部分：旋转角调节和旋转角补偿，旋转角调节由目标电流旋转角，实际电流旋转角/>，进行旋转角度闭环PI调节，得到旋转角调节值/>。
优选的，所述旋转角补偿由转速和负载转矩/>，查表得到标定的目标功率因数角；同时计算出实际功率因数角/>由/>和/>求得旋转角补偿值/>。
优选的，所述电压矢量的分解由电压矢量幅值和电压旋转角/>，得到d轴电压/>和q轴电压/>。
本发明的技术效果和优点：
本发明运用矢量合成方法得到电流合成矢量的幅值和旋转角，对合成矢量的幅值和旋转角进行解耦控制，提高了***的控制精度，减小了扭矩波动；
本发明对***中不同转速和负载下的功率因数角进行标定，补偿目标功率因数角和实际功率因数角之间的差值，提高了在弱磁工况下转速和功率因数。
附图说明
图1为本发明电流控制框图。
图2为本发明电流矢量合成示意图。
图3为本发明电压矢量分解示意图。
图4为本发明实测三相电机电流示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-图4所示的一种电流电压矢量幅角控制方法，分别对应附图1中的框图①、②、③，对d轴和q轴电流进行电流矢量的合成，得到合成矢量的幅值和旋转角；然后对合成的电流矢量幅值进行调节和旋转角控制，将控制结果进行矢量分解，分解得到电压矢量，分别是d轴电压和q轴电压/>，从而进行PMSM的控制。该方法使电流的合成磁场的旋转轨迹尽可能的成为圆形磁场，提高助力***的控制精度,减小扭矩波动。
电流矢量合成：依据附图2所示原理，由d轴目标电流、q轴目标电流/>、计算出目标电流合成矢量幅值/>和目标电流旋转角/>；由d轴反馈电流/>，q轴反馈电流/>，计算出实际的电流合成矢量幅值/>和实际的电流旋转角/>。其中：
式1，
式2，
式3，
式4
电流矢量幅值调节和旋转角控制：
电流矢量幅值调节：由目标电流合成矢量幅值，实际电流合成矢量幅值/>进行电流合成矢量幅值闭环PI调节，得到调节出的电压合成矢量幅值/>。其中：
式中为电压合成矢量幅值计算时的比例系数，/>为电压合成矢量幅值计算时的积分系数。
旋转角控制：旋转角控制分为两部分：旋转角调节和旋转角补偿。
旋转角调节：由目标电流旋转角，实际电流旋转角/>，进行旋转角度闭环PI调节，得到旋转角调节值/>。其中：
式中为旋转角调节值计算时的比例系数，/>为旋转角调节值计算时的积分系数
旋转角补偿：由转速和负载转矩/>，查表得到标定的目标功率因数角/>；同时计算出实际功率因数角/>由/>和/>求得旋转角补偿值/>其中：
式中为修正系数，/>电流过零点时刻，/>为电压过零点时刻，/>为电角度周期
计算电压旋转角：式11。
电压矢量分解：由电压矢量幅值和电压旋转角/>，依据附图3所示原理，得到d轴电压/>和q轴电压/>。其中：
本发明提供一种电流电压矢量幅角控制方法。基于以TI公司的TMS320F280049为主MCU的EPS控制器进行了方法实现，转向电机采用三对极隐极式永磁同步电机(PMSM)，扭矩为4.5N·m,额定转速为900r/min。
如附图1所示，在每个控制周期，EPS***采集转向电机的三相电机电流、/>、/>和转子角度/>，经过Clark和Park变换得到电机的d轴反馈电流/>，q轴反馈电流/>。同时，EPS***通过扭矩传感器采集驾驶员的手力值/>，结合助力曲线和车速/>得到q轴目标电流/>；EPS实时检测和计算负载转矩/>和电机转速/>，根据电机的T-n曲线得到d轴目标电流/>。
EPS控制器根据式1、式2、式3、式4进行电流矢量的合成，得到目标电流合成矢量幅值、目标电流旋转角/>、实际的电流合成矢量幅值/>、实际的电流超前角/>。
根据式5、式6将对和/>进行电流矢量幅值闭环PI调节，得到输出电压合成矢量幅值/>。
根据式7、式8对目和/>，进行旋转角闭环PI调节，得到旋转角调节值/>。
控制器采集两次A相电压由负变为正的过零点的时间间隔作为电角度周期T，同时记录A相电流过零点时刻和A相电压过零点/>。
根据式10得到实际功率因数角；由电机转速/>和负载转矩/>，根据表1查得到标定的目标功率因数角/>。
根据式9计算出旋转角补偿值。
由式11得到电压旋转角。
依据式12和式13将电压矢量分解为d轴电压/>和q轴电压/>。对/>、/>进行Park逆变换并通过SVPWM算法计算出三相PWM占空比，输出到三相桥逆变器，驱动转向电机运行。
表1.转向电机功率因数表
注：所用的转向电机额定扭矩为4.5N·m,额定转速为900r/min。
实际使用效果
在台架进行转向助力调试，实测三相电机电流如附图4所示，提高了***的控制精度，减小了扭矩波动。

Claims (1)

1.一种电流电压矢量幅角控制方法，其特征在于：包括以下步骤：对d轴和q轴电流进行电流矢量的合成，得到合成矢量的幅值和旋转角；
然后对合成的电流矢量幅值进行调节和旋转角控制，将控制结果进行矢量分解，分解得到电压矢量，从而进行PMSM的控制；
合成的电流矢量由d轴目标电流、q轴目标电流/>、计算出目标电流合成矢量幅值/>和目标电流旋转角/>；由d轴反馈电流/>，q轴反馈电流/>，计算出实际的电流合成矢量幅值/>和实际的电流旋转角/>；
所述电流矢量幅值调节由目标电流合成矢量幅值，实际电流合成矢量幅值/>进行电流合成矢量幅值闭环PI调节，得到调节出的电压合成矢量幅值/>；所述旋转角控制分为两部分：旋转角调节和旋转角补偿，所述旋转角调节由目标电流旋转角/>，实际电流旋转角，进行旋转角度闭环PI调节，得到旋转角调节值/>，所述旋转角补偿：由转速/>和负载转矩/>，查表得到标定的目标功率因数角/>；同时计算出实际功率因数角/>由/>和/>求得旋转角补偿值/>，其中，
式中/>为修正系数，/>电流过零点时刻，/>为电压过零点时刻，/>为电角度周期；
计算电压旋转角：；
电压矢量分解：由电压矢量幅值和电压旋转角/>，得到d轴电压/>和q轴电压/>。
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