一種永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置與流程
2023-10-19 16:35:57
本發明涉及電機控制技術領域，特別涉及一種永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置。
背景技術：
面對日趨嚴峻的能源與環境問題，新能源汽車正成為當前各國研究的熱點，大力發展新能源汽車對於實現全球可持續發展、保護人類賴以生存的地球環境具有重要意義。
純電動汽車通過電機驅動車輪來實現車輛行駛，電機驅動及控制作為純電動汽車的核心對整車性能影響重大，為此成為國內外各大純電動汽車廠商研究的重點。隨著永磁材料、電力電子技術、控制理論、電機製造以及信號處理硬體的發展，永磁同步電機(PMSM)得到了普遍應用，永磁同步電動機由於具有高效率、高輸出轉矩、高功率密度以及良好的動態性能等優點，目前成為純電動汽車驅動系統的主流。
但是，現有技術中，對於深度弱磁控制效果尚不理想，容易出現電流震蕩，造成電機故障，進而威脅高速行車安全。
技術實現要素：
本發明實施例要解決的技術問題是提供一種永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，用以實現削弱深度弱磁時的電流震蕩。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制方法，包括：
獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制。
進一步的，所述動態限制包括：
獲取所述永磁同步電機的當前轉速；
根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
進一步的，所述最大負向D軸電流通過以下過程獲取：
獲取所述D軸電流的最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據；
根據臺架試驗，對所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據進行修正，獲得所述永磁同步電機在深度弱磁控制中電機轉速與D軸電流的映射關係；
根據所述電機轉速與D軸電流的映射關係，獲得所述最大負向D軸電流。
進一步的，根據公式
獲得所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據，其中，ψs表示永磁體磁鏈，Ld表示D軸電感，Lq表示Q軸電感，id表示D軸電流，iq表示Q軸電流，UDC表示逆變器直流側電壓，ω表示轉速，Ilim表示最大相電流基波有效值。
進一步的，所述控制方法還包括：
對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理。
進一步的，根據公式
對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理，其中，Kf表示低通濾波參數。
本發明實施例還提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置，包括：
第一獲取模塊，用於獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
第一控制模塊，用於當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制。
進一步的，所述第一控制模塊，用於當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制中，所述第一控制模塊包括：
第二獲取模塊，用於獲取所述永磁同步電機的當前轉速；
第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
進一步的，所述第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流中，所述第二控制模塊包括：
第三獲取模塊，用於獲取所述D軸電流的最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據；
第四獲取模塊，用於根據臺架試驗，對所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據進行修正，獲得所述永磁同步電機在深度弱磁控制中電機轉速與D軸電流的映射關係；
第五獲取模塊，用於根據所述電機轉速與D軸電流的映射關係，獲得所述最大負向D軸電流。
進一步的，所述第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流中，所述第二控制模塊還包括：
處理模塊，用於對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理。
與現有技術相比，本發明實施例提供的一種永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，至少具有以下有益效果：本發明實施例的永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，對D軸電流進行動態限制，可以有效削弱永磁同步電機深度弱磁控制中的電流震蕩。同時，本發明實施例的永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理，還可以實現一般弱磁向深度弱磁的平滑過渡。
附圖說明
圖1為本發明的第一實施例提供的永磁同步電機深度弱磁控制方法的流程圖；
圖2為本發明的第二實施例提供的永磁同步電機深度弱磁控制方法的流程圖；
圖3為本發明的第三實施例提供的獲取最大負向D軸電流的流程圖；
圖4為本發明的第四實施例提供的永磁同步電機深度弱磁控制方法的流程圖；
圖5為本發明的第五實施例提供的永磁同步電機深度弱磁控制裝置的結構示意圖；
圖6為本發明實施例的永磁同步電機控制的流程示意圖；
圖7為本發明實施例的永磁同步電機控制示意圖。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。在下面的描述中，提供諸如具體的配置和組件的特定細節僅僅是為了幫助全面理解本發明的實施例。因此，本領域技術人員應該清楚，可以對這裡描述的實施例進行各種改變和修改而不脫離本發明的範圍和精神。另外，為了清楚和簡潔，省略了對已知功能和構造的描述。
應理解，說明書通篇中提到的「一個實施例」或「一實施例」意味著與實施例有關的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書各處出現的「在一個實施例中」或「在一實施例中」未必一定指相同的實施例。此外，這些特定的特徵、結構或特性可以任意適合的方式結合在一個或多個實施例中。
第一實施例
參見圖1，本發明實施例提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制方法，包括：
步驟101，獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
步驟102，當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制。
在本發明實施例的永磁同步電機深度弱磁控制方法中，所述預設條件為永磁同步電機進入到深度弱磁轉速區間。參見圖7，也即圖示一般弱磁A-B段向深度弱磁B-C段，即由B點進入深度弱磁轉速區間。當所述當前工作狀態滿足預設條件時，即當前工作狀態為永磁同步電機進入到深度弱磁轉速區間，對D軸電流進行動態限制，實現使D、Q軸電流沿最大轉矩電壓比MTPV軌跡運動，削弱了傳統弱磁控制方法深度弱磁時的電流震蕩問題。
第二實施例
參見圖2，依據本發明的另一方面，提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制方法，該方法包括：
步驟201，獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
步驟202，當所述當前工作狀態滿足預設條件時，獲取所述永磁同步電機的當前轉速；
步驟203，根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
本實施例在第一實施例的基礎上對所述動態限制進行了進一步的解釋。所述動態限制即在當前的轉速下，控制D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
第三實施例
參見圖3，依據本發明的另一方面，提供了獲取最大負向D軸電流的方法，本實施例的方法也適用於其他實施例。
所述最大負向D軸電流通過以下過程獲取：
步驟301，獲取所述D軸電流的最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據；
步驟302，根據臺架試驗，對所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據進行修正，獲得所述永磁同步電機在深度弱磁控制中電機轉速與D軸電流的映射關係；
步驟303，根據所述電機轉速與D軸電流的映射關係，獲得所述最大負向D軸電流。
在實際控制中，當永磁同步電機進入到深度弱磁轉速區間，利用當前轉速得到對應的當前的D軸電流的負向最大值，即該轉速條件下D軸電流不能夠超出該限值；隨著電機轉速的進一步提高，D軸電流的負向最大值會逐漸減小，參見圖7，即電機工作點向C點逼近，這樣就能夠將永磁同步電機深度弱磁時的工作點限制在MTPV軌跡上，從而改善了控制效果，改善了深度弱磁時電流和扭矩的震蕩問題。
進一步的，根據公式
獲得所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據，其中，ψs表示永磁體磁鏈，Ld表示D軸電感，Lq表示Q軸電感，id表示D軸電流，iq表示Q軸電流，UDC表示逆變器直流側電壓，ω表示轉速，Ilim表示最大相電流基波有效值。
參見圖6和圖7，在本發明實施例給出的弱磁控制中，採用電壓調節環，根據Umax和反饋的D、Q軸電壓命令的差值，通過PI調節自動調整勵磁水平，但隨著電機轉速不斷升高，進入到深度弱磁電機工作點到達B點後，通過動態限制D軸電流迫使電機工作點沿圖7中的B-C軌跡運動(MTPV軌跡)。
轉矩方程為：
其中Te表示電機扭矩，np為極對數。
電機在實際工作過程中受逆變器輸出電流和電機本身額定電流的限制，永磁同步電機穩定運行時，電流矢量幅值為
is為電流矢量，其最大值不超過ismax，即電機工作受圖7中的電流極限圓限制。
另外永磁同步電機穩定運行時，還受逆變器輸出電壓的限制。
其中UDC為逆變器直流側電壓，
電機的最大轉矩電壓比方程可表示為：
根據式(1)、(3)、(4)可得到最大轉矩電壓比軌跡方程：
對於永磁同步電機，進入到深度弱磁後工作點沿MTPV軌跡運動，因此D軸的最大負向電流不應超過B點處的D軸電流，可以按照以下公式計算得到B點處的D軸電流。
其中Ilim為電機最大相電流基波有效值。根據式(3)、(5)、(6)能夠得到在轉速不斷增加條件下電機在深度弱磁時的D軸電流變化軌跡，但以上三個公式對電機參數具有高度的依賴性，參數的準確性對於不同轉速條件下D軸電流的計算結果影響很大。一般來說在深度弱磁控制中，會有磁路飽和問題，這將對D、Q軸電感產生影響，其中Q軸電感隨Q軸電流的增加變化更大，且呈非線性關係，因此單純的採用以上公式計算不同轉速條件下的D軸MTPV軌跡電流會有較大誤差。針對這一問題，本發明實施例首先採用公式(3)、(5)、(6)計算得到深度弱磁時D軸電流的MTPV軌跡數據(電機參數按照預設定值計算)，在此基礎上進行臺架試驗，以理想MTPV軌跡為基礎，對其進行修正，最終得到電機深度弱磁控制中電機轉速與D軸電流的映射關係(在本發明的實施例中電機轉速與D軸電流的映射關係以Map表的方式存在)。在實際控制中，當電機進入到深度弱磁轉速區間，利用當前轉速便可查詢得到當前轉速下的最大負向D軸電流-idmax*，即該轉速條件下D軸電流不能夠超出該限值；隨著電機轉速的進一步提高，D軸電流的負向最大值會逐漸減小，即電機工作點向C點逼近，這樣就能夠將永磁同步電機深度弱磁時的工作點限制在MTPV軌跡上，保證深度弱磁控制時電機的工作點沿最大轉矩電壓比軌跡運動，改善了深度弱磁時電流和扭矩的震蕩問題，提高了控制效果。
第四實施例
參見圖4，依據本發明的另一方面，提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制方法，該方法包括：
步驟401，獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
步驟402，當所述當前工作狀態滿足預設條件時，獲取所述永磁同步電機的當前轉速；
步驟403，對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理；
步驟404，根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
本實施例是在前述實施例的基礎上，增加了低通濾波處理，用以實現永磁同步電機由一般弱磁向深度弱磁的平滑過渡。
經過低通濾波後得到D軸最大負向電流限制idc*，強制使圖6中的經「動態限制與平滑過渡」環節後不會超過idc*，這樣一來在保證深度弱磁平滑過渡的前提下，將深度弱磁狀態下電機的工作點限制在MTPV軌跡中。低通濾波環節的加入，保證了一般弱磁向深度弱磁的平滑過渡，防止在交界點(圖7所示電機工作點B)處抖動。
進一步的，根據公式
對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理，其中，Kf表示低通濾波參數。
第五實施例
參見圖5，本發明實施例還提供了一種永磁同步電機深度弱磁控制裝置，包括：
第一獲取模塊1，用於獲取所述永磁同步電機的當前工作狀態；
第一控制模塊2，用於當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制。
進一步的，所述第一控制模塊2，用於當所述當前工作狀態滿足預設條件時，對D軸電流進行動態限制中，所述第一控制模塊2包括：
第二獲取模塊，用於獲取所述永磁同步電機的當前轉速；
第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流。
進一步的，所述第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流中，所述第二控制模塊包括：
第三獲取模塊，用於獲取所述D軸電流的最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據；
第四獲取模塊，用於根據臺架試驗，對所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據進行修正，獲得所述永磁同步電機在深度弱磁控制中電機轉速與D軸電流的映射關係；
第五獲取模塊，用於根據所述電機轉速與D軸電流的映射關係，獲得所述最大負向D軸電流。
進一步的，所述第三獲取模塊，用於獲取所述D軸電流的最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據中，所述第三獲取模塊包括第一運算模塊，所述第一運算模塊用於根據公式
獲得所述最大轉矩電壓比MTPV軌跡數據，其中，ψs表示永磁體磁鏈，Ld表示D軸電感，Lq表示Q軸電感，id表示D軸電流，iq表示Q軸電流，UDC表示逆變器直流側電壓，ω表示轉速，Ilim表示最大相電流基波有效值。
進一步的，所述第二控制模塊，用於根據所述當前轉速，控制所述D軸電流小於所述當前轉速下的最大負向D軸電流中，所述第二控制模塊還包括：
處理模塊，用於對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理。
進一步的，所述處理模塊，用於對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理中，所述處理模塊包括第二運算模塊，所述第二運算模塊用於根據公式
對所述最大負向D軸電流進行低通濾波處理，其中，Kf表示低通濾波參數。
需要注意的是，為了行文簡潔，本說明書中有部分情況下將永磁同步電機簡述為電機。
綜上，本發明實施例的永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，可以有效削弱永磁同步電機深度弱磁控制中的電流震蕩。同時，本發明實施例的永磁同步電機深度弱磁控制方法及控制裝置，還可以實現一般弱磁向深度弱磁的平滑過渡。
儘管已描述了本發明實施例的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明實施例範圍的所有變更和修改。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。