阅读说明：本技术 永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法 (High dynamic response torque current control method for permanent magnet synchronous motor ) 是由 吴嘉欣 张懿 魏海峰 李震 李可礼 李垣江 刘维亭 于 2019-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法,本发明在得到电机相反电势系数与电流系数的基础上,通过在永磁同步电机电流环内增加转矩电流补偿环节,将一定转速下可以预先计算的与反电势系数及电流系数相关的转矩电流值计算出来,并配合原有的PI控制,减小了电流误差,增加了电流环的响应速度与实现精度,减小了电机抖振,提高了电机的跟随性能,进而改善了永磁同步电机的动态响应性能。(The invention discloses a method for controlling the high dynamic response torque current of a permanent magnet synchronous motor, which is characterized in that on the basis of obtaining the opposite potential coefficient and the current coefficient of the motor, a torque current compensation link is added in a current loop of the permanent magnet synchronous motor, the torque current value which can be pre-calculated and is related to the back potential coefficient and the current coefficient under a certain rotating speed is calculated, and the original PI control is matched, so that the current error is reduced, the response speed and the realization precision of the current loop are increased, the motor buffeting is reduced, the following performance of the motor is improved, and the dynamic response performance of the permanent magnet synchronous motor is further improved.)

永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法。

背景技术

永磁同步电机交流伺服系统中，电流环决定了系统的暂态和稳态性能，如何构造一个稳定性高动态性能良好且控制精度高的电流环成为高性能伺服控制的关键。因此，具有优良暂态性的电流控制成为伺服控制的研究热点。

永磁同步电机的控制算法有很多种，目前研究较为成熟、使用较多的是比例积分(PI)控制和直接转矩控制。PI控制有良好的稳态控制性能，但其动态性能较差，响应很快时会导致系统超调，要想系统无超调就要牺牲响应的快速性。直接转矩控制响应速度快，有较好的参数鲁棒性，但是其本质上是滞环控制，即使在稳态时其电流也在不断波动变化，而且其开关频率始终在改变从而导致电机抖振。随着新型电磁材料的使用，电力器件的升级，在一个电流环周期内完成较为复杂的算法成为可能，使得新的高精度的永磁同步电机控制算法得以应用。

综上所述，提出一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法显得尤为重要。

发明内容

本发明公开了一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法，解决了动态性能差，导致电机抖振的技术问题。

为了达到上述目的，本发明公开了一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法，包括下列步骤：

步骤1：永磁同步电机工作在转速模式下，计算给定转速n^*与实际转速n的偏差Δn；

步骤2：将Δn送入PI控制器PI1得到转矩电流给定值

步骤3：计算转矩电流给定值

与实际转矩电流i_q的偏差Δi_q；

步骤4：将Δi_q送入PI控制器PI2得到q轴电压给定值

步骤5：对q轴进行转矩电流补偿，得到q轴给定电压

步骤6：计算直轴电流给定值

与实际直轴电流i_d的偏差Δi_d；

步骤7：将Δi_d送入PI控制器PI3得到d轴电压给定值

步骤8：将q轴给定电压

与d轴给定电压

送入SVPWM算法，得到6个PWM 信号，将6个PWM信号送入逆变器得到实际电压值u_a、实际电压值u_b、实际电压值u_c，完成永磁同步电机高动态响应转矩电流控制。

进一步的，所述步骤5中，对q轴进行转矩电流补偿具体步骤为：

步骤51：计算实际转速值n与电机相反电势系数k_E的乘积n·k_E；

步骤52：计算给定转矩电流

与电流系数k_I的乘积

步骤53：将n·k_E、

以及相加。

进一步的，所述步骤51中，获得电机相反电势系数k_E方法的具体步骤为：

步骤511：在无电流工况下，通过测功机对永磁同步电机进行对拖，使永磁同步电机在额定转速n_N下运转；

步骤512：获取永磁同步电机线反电势幅值E；

步骤513：计算电机相反电势系数

进一步的，所述步骤52中，获得电流系数k_I方法的具体步骤为：

步骤521：给定永磁同步电机额定转矩电流

启用电机制动装置使永磁同步电机转子保持制动状态；

步骤522：在实际转矩电流达到给定值时，测得此时q轴输出给定电压

步骤523：计算电流系数

进一步的，所述步骤521中，在给定电机额定转矩电流

时，保持电机其他输入量均为零，只有给定电机额定转矩电流在使电机运转。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在得到电机相反电势系数与电流系数的基础上，通过在永磁同步电机电流环内增加转矩电流补偿环节，将一定转速下可以预先计算与反电势系数及电流系数相关的转矩电流值，并配合原有的PI控制，减小了电流误差，增加了电流环的响应速度与实现精度，减小了电机抖振，提高了电机的跟随性能，进而改善了永磁同步电机的动态响应性能。

附图说明

图1为本发明具体实施例的一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法的整体流程图；

图2为本发明具体实施例的一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法的结构图；

图3为本发明具体实施例的对q轴进行转矩电流补偿方法的流程图；

图4为本发明具体实施例的获得相反电势系数k_E方法的流程图；

图5为本发明具体实施例的获得电流系数k_I方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1-5对本发明的永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明公开了一种永磁同步电机高动态响应转矩电流控制方法，包括下列步骤：

步骤S1：永磁同步电机工作在转速模式下，计算给定转速n^*与实际转速n的偏差Δn；

步骤S2：将Δn送入PI控制器PI1得到转矩电流给定值

步骤S3：计算转矩电流给定值与实际转矩电流i_q的偏差Δi_q；

步骤S4：将Δi_q送入PI控制器PI2得到q轴电压给定值

步骤S5：对q轴进行转矩电流补偿，得到q轴给定电压

步骤S6：计算直轴电流给定值

与实际直轴电流i_d的偏差Δi_d；

步骤S7：将Δi_d送入PI控制器PI3得到d轴电压给定值

步骤S8：将q轴给定电压

与d轴给定电压

送入SVPWM算法，得到6 个PWM信号，将6个PWM信号送入逆变器得到实际电压值u_a、实际电压值u_b、实际电压值u_c，完成永磁同步电机高动态响应转矩电流控制。

不同于常规方法直接将q轴给定电压

与d轴给定电压送入SVPWM算法，本发明进一步对q轴进行转矩电流补偿，将反电势及电流的影响纳入考虑能够起到预测控制的效果提高系统实时性，以实现永磁同步电机高动态响应控制。

步骤S5中，当转速发生变化时，为了获得更快的转速转矩响应，需要对q轴转矩电流补偿。根据永磁同步电机的数学模型，将q轴电流公式进行分解可以得到对q轴进行转矩电流补偿，如图3所示具体步骤为：

步骤A1：计算实际转速值n与电机相反电势系数k_E的乘积n·k_E；

步骤A2：计算给定转矩电流

与电流系数k_I的乘积

步骤A3：将

以及

相加，完成对q轴转矩电流补偿。

上述步骤A1中，获得电机相反电势系数k_E方法的具体步骤为：

步骤A11：在无电流工况下，通过测功机对永磁同步电机进行对拖，使永磁同步电机在额定转速n_N下运转，这样在发电状态下就可以得到永磁同步电机的反电势，根据两者相除所得系数就可以知道理论上任意转矩电流所对应的电机相反电势；

步骤A12：通过示波器检测得到永磁同步电机线反电势幅值E；

步骤A13：计算电机相反电势系数

上述步骤A12中，获得电流系数k_I方法的具体步骤为：

步骤A21：给定电机额定转矩电流

启用电机制动装置使永磁同步电机转子保持制动状态，这样准确知道给定电机额定转矩电流

所对应的q轴给定电压

根据两者相除所得系数就可以知道理论上任意转矩电流所对应的给定电压；

步骤A22：在实际转矩电流达到给定值时，测得此时q轴输出给定电压

步骤A23：计算电流系数

上述步骤A21中，给定电机额定转矩电流

时应保持电机其他输入量均为零，只有给定电机额定转矩电流在使电机运转，这样保证电流环是单纯的PI 控制，没有其他控制方式干扰，可以得到最准确的结果。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。