無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統及控制方法

2023-06-20 17:46:06 2

專利名稱：無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統及控制方法，屬於電機控制領域。
背景技術：
內置式永磁同步電機具有轉子磁路結構不對稱性。與表貼式永磁同步電機相比， 利用這種不對稱性，當採用適當的控制方式時所輸出的轉矩會含有磁阻轉矩，從而提高轉矩輸出能力。其高轉矩電流比、高功率質量比和高效率等特性越來越受到人們的青睞。為了充分利用內置式永磁同步電機這些特性，提高電機的過載能力和功率密度，控制系統中可採用最大轉矩電流比控制策略。這種控制策略的實現是通過設定合適的d、q軸電流給定值，使得在輸出相同轉矩下，定子電流幅值可達最小。為了實現最大轉矩電流比控制策略，目前已有的方法主要為多項式擬合法和離線測試查表法等。通過轉矩方程對電流求導數，能夠得到實現最大轉矩電流比控制的電流非線性給定關係式，然而該關係式的計算較複雜，多項式擬合法便是利用某些數學軟體工具擬合出一個與所得到的關係式近似的多項式，來求取電流給定值，從而避免複雜計算。這種擬合的方法本身就是近似的，外加擬合時所代入的是電機的定值參數，並未考慮受電機參數變化的影響，因此這種方法所計算出來的電流給定值精度較差。離線測試查表法是基於對電機的離線測試並製成數據表，採用在線查表的方式來進行電流給定。這種方法雖然不需要複雜的計算，也考慮了電機參數變化等因素，但其工作量較大、通用性也較差，只適合用於經過測試的電機，不適合應用於通用變頻器，並且還存在著佔用硬體資源的缺點。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有最大轉矩電流比控制策略中存在的計算方法複雜、 得到的電流給定值精度差的問題，提供一種無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統及控制方法。本發明所述無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統，它包括永磁同步電機，它還包括逆變器、空間矢量脈寬調製單元、三相-兩相坐標變換單元、 靜止-旋轉坐標變換單元、傅立葉分析單元、矢量角調節單元、轉速調節器、最大轉矩電流比控制單元、第一電流調節器、第二電流調節器、旋轉-靜止坐標變換單元和轉子位置及轉速觀測器，轉子位置及轉速觀測器通過採集到的永磁同步電機的a相定子電流ia、c相定子電流i。、逆變器的直流母線電壓ud。和空間矢量脈寬調製單元輸出的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。，估計電機轉子位置和轉速，轉子位置及轉速觀測器輸出的電機轉速估計值倉與電機轉速給定值<作差後輸入給轉速調節器，轉速調節器的電機電流矢量幅值給定值^輸出端連接最大轉矩電流比控制單元的電流輸入端，最大轉矩電流比控制單元的電流矢量角輸入端連接矢量角調節單元的電流矢量角Y輸出端，最大轉矩電流比控制單元輸出的q軸電流給定值<與靜止-旋轉坐標變換單元輸出的q軸電流反饋值i,作差後輸入給第一電流調節器的電流輸入端，最大轉矩電流比控制單元輸出的d軸電流給定值^與靜止-旋轉坐標變換單元輸出的d軸電流反饋值id作差後輸入給第二電流調節器的電流輸入端，第一電流調節器的q軸電壓給定值<輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元的q軸電壓給定值輸入端，第二電流調節器d軸電壓給定值<輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元的d軸電壓給定值輸入端，旋轉-靜止坐標變換單元的轉子位置電角度輸入端連接轉子位置及轉速觀測器的轉子位置電角度估計值&輸出端，旋轉-靜止坐標變換單元的α軸電壓給定值 <輸出端連接空間矢量脈寬調製單元的α軸電壓給定值輸入端，旋轉-靜止坐標變換單元的β軸電壓給定值乂輸出端連接空間矢量脈寬調製單元的β軸電壓給定值輸入端，空間矢量脈寬調製單元的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。輸出端連接逆變器的功率開關管狀態輸入端，逆變器的三相電流輸出端與永磁同步電機的三相電流輸出端對應連接；永磁同步電機的a相定子電流ia輸入給三相-兩相坐標變換單元的a相定子電流輸入端，永磁同步電機的c相定子電流i。輸入給三相-兩相坐標變換單元的c相定子電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元的電機α軸電流值匕輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元的電機α軸電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元的電機β軸電流值「輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元的電機β軸電流輸入端，靜止-旋轉坐標變換單元的轉子位置電角度估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器的轉子位置電角度估計值&輸出端，靜止-旋轉坐標變換單元的q軸電流反饋值輸出端連接傅立葉分析單元的q軸電流反饋值輸入端，靜止-旋轉坐標變換單元的d軸電流反饋值id輸出端連接傅立葉分析單元的d軸電流反饋值輸入端，傅立葉分析單元的電機轉速估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器的電機轉速估計值倉輸出端，傅立葉分析單元的q軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元的q軸電流反饋平均值輸入端，傅立葉分析單元的d軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元的d軸電流反饋平均值輸入端。本發明所述一種基於上述無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統的控制方法，它包括以下步驟步驟一對永磁同步電機的q軸電流反饋值i<j和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量；步驟二 將步驟一中獲得的一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元；步驟三由矢量角調節單元根據q軸電流直流分量平均值和d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方人2，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y ;步驟四由最大轉矩電流比控制單元進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值&和d軸電流給定值<，實現對永磁同步電機的最大轉矩電流比矢量控制。
所述步驟一中對永磁同步電機的q軸電流反饋值i,和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的具體方法為q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的獲取方式相同，下面以d軸電流直流分量的獲取方式為例進行說明傅立葉分析單元每次採集d軸電流反饋值id後，採用電流累加器iSUffl對d軸電流反饋值id進行累加，採用計數器countl對採集電流的次數進行計數；判定計數器countl的當前計數值是否滿足countl = N,式中N為永磁同步電機的對應轉速下，電流累加器iSUffl在一個電流周期內需累加次數的一半；kHz表示千赫茲；倉為由轉子位置及轉速觀測器觀測獲得的電機轉速估計值；P為永磁同步電機的極對數；若判定countl的當前計數值是否滿足countl = N的結果為是,用電流累加器isum 的累加結果除以N，並將計算結果存入電流平均值寄存器iavOTl，同時將電流累加器和計數器countl清零；然後，判定電流周期結束標誌位flag是否 兩足flag = I，右判定結果為是，則電流平均值寄存器iavOTl除以2，得到d軸電流直流分量；將該d軸電流直流分量存入電流平均值寄存器iavOT2，並將所述電流平均值寄存器iavCTl和電流周期結束標誌位flag清零，計數器 count2執行加I計數；若判定結果為否，則傅立葉分析單元繼續進行d軸電流反饋值id的採樣；若判定countl的當前計數值是否滿足countl = N的結果為否,則傅立葉分析單元繼續進行d軸電流反饋值id的採樣。所述步驟二中將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元的具體方法為將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均的方法相同，下面以將一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均的方法為例進行說明判定傅立葉分析單元的計數器count2是否滿足count2 = 6,式中6代表d軸電流直流分量在一個電流周期內的6次脈動，若判定結果為是，則將所述電流平均值寄存器 iaver2除以6，將該計算結果存入電流平均值寄存器iavOT，並將電流平均值寄存器iavOT2和計數器C0Unt2清零，所述電流平均值寄存器iavOT內存儲的所述計算結果為對一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均獲得的d軸電流直流分量平均值id—DC，將d軸電流直流分量平均值id—D。輸出給矢量角調節單元。所述步驟三中由矢量角調節單元根據q軸電流直流分量平均值和d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方/〗，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y的具體方法為步驟三一使矢量角調節單元的計數器count3開始計數；步驟三二 判定計數器count3是否滿足count3 = f0, f0為等待轉速調節器輸出穩定的時間的累加次數，若判定結果為是，則根據d軸電流直流分量平均值id D。和q軸電流直流分量平均值計算電流矢量幅值的平方人2 C=z+j—化+匕2—DC，然後執行步驟三三；若判定結果為否，則執行步驟三十；步驟三三判定矢量角調節單元的初始執行標誌位start是否滿足start = 1，若判定結果為是，則使/In =/〗，start = 0，/^1為記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器，然後執行步驟三四；若判定結果為否，則直接執行步驟三四；步驟三四判定是否滿足/〗< I2mn，若判定結果為是，則使/L =Yfflin= Υ,Δγ =-Δ Y , Ymin為記錄電流矢量幅值估計最小值時對應的電流矢量角Y的寄存器，Λ Υ為每次需調節的電流矢量角度，然後執行步驟三五；若判定結果為否，則直接執行步驟三五；步驟三五令Y = Yniin ;執行步驟三六；步驟三六判定最優電流矢量角輸出標誌位flag2是否滿足flag2 = 1，若判定結果為是，則電流矢量幅值最小值重置計數器count4加1，然後執行步驟三七；若為否，則令所述標誌位flag2 = I，然後執行步驟三八；步驟三七判定所述電流矢量幅值最小值重置計數器count4是否滿足count4 = 5，式中5表示每2秒對記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器/^1進行一次重置，若判定結果為是，則令/In =/〗，COunt4 = 0，然後執行步驟三八；若判定結果為否，則直接執行步驟三八；步驟三八使Y+ = Δ y , Δ y = -Δ y , flag2 = O,然後執行步驟三九；步驟三九使所述計數器count3清零,然後判定Y是否滿足Y ( Y max0
Yfflin0為預置的最小輸出電流矢量角，Y max0為預置的最大輸出電流矢量角，若是，則執行步驟三十；若否，則當Y 彡 Yniaxtl，令 Y = Y—0;當 Y ( Ymin0，令 Y = Yniintl ;然後執行步驟三十；步驟三十電流矢量角Y調節結束。所述步驟四中由最大轉矩電流比控制單元進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值<和d軸電流給定值^的具體方法為根據下式計算獲得q軸電流給定值^和d軸電流給定值< ζ = I: sin χ，ι - Γ8 cos γ ο所述Λ γ的取值為I Λ γ I = 2°。本發明的優點是本發明充分利用了內置式永磁同步電機的特性，提高了電機的過載能力和功率密度，本發明基於電流矢量角Y自動調節比較電流幅值大小可以自動搜索最大轉矩電流比的運行點，避免了現有算法的複雜性，對電機參數變化具有較強的魯棒性，不需要大量的離線測試及存儲空間，並且易於實現、通用性較強。


圖I
圖2
圖3析的流程圖4
圖5線圖；圖中Td
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖I說明本實施方式，本實施方式所述無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統，它包括永磁同步電機1，它還包括逆變器2、空間矢量脈寬調製單元3、三相-兩相坐標變換單元4、靜止-旋轉坐標變換單元5、傅立葉分析單元6、矢量角調節單元7、轉速調節器8、最大轉矩電流比控制單元9、第一電流調節器10、第二電流調節器11、旋轉-靜止坐標變換單元12和轉子位置及轉速觀測器13，轉子位置及轉速觀測器13通過採集到的永磁同步電機I的a相定子電流ia、c相定子電流i。、逆變器2的直流母線電壓ud。和空間矢量脈寬調製單元3輸出的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。，估計電機轉子位置和轉速，轉子位置及轉速觀測器13輸出的電機轉速估計值倉與電機轉速給定值<作差後輸入給轉速調節器8，轉速調節器8的電機電流矢量幅值給定值^輸出端連接最大轉矩電流比控制單元9的電流輸入端，最大轉矩電流比控制單元9的電流矢量角輸入端連接矢量角調節單元7的電流矢量角Y輸出端，最大轉矩電流比控制單元9輸出的q軸電流給定值<與靜止-旋轉坐標變換單元5輸出的q軸電流反饋值i,作差後輸入給第一電流調節器10的電流輸入端，最大轉矩電流比控制單元9輸出的d軸電流給定值^與靜止-旋轉坐標變換單元5輸出的d軸電流反饋值id作差後輸入給第二電流調節器11的電流輸入端，第一電流調節器10的q軸電壓給定值<輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元12的q軸電壓給定值輸入端，第二電流調節器IId軸電壓給定值 <輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元12的d軸電壓給定值輸入端,旋轉-靜止坐標變換單元12的轉子位置電角度輸入端連接轉子位置及轉速觀測器13的轉子位置電角度估計值 &輸出端，旋轉-靜止坐標變換單元12的α軸電壓給定值<輸出端連接空間矢量脈寬調製單元3的α軸電壓給定值輸入端，旋轉-靜止坐標變換單元12的β軸電壓給定值<輸出端連接空間矢量脈寬調製單元3的β軸電壓給定值輸入端，空間矢量脈寬調製單元3的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。輸出端連接逆變器2的功率開關管狀態輸入端，逆變器2的三相電流輸出端與永磁同步電機I的三相電流輸出端對應連接；永磁同步電機I的a相定子電流ia輸入給三相-兩相坐標變換單元4的a相定子電流輸入端，永磁同步電機I的c相定子電流i。輸入給三相-兩相坐標變換單元4的c相定子電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元4的電機α軸電流值1輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元5的電機α軸電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元4的電機β軸電流值％輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元5的電機β軸電流輸入端，靜止-旋轉坐標變換單元5的轉子位置電角度估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器13的轉子位置電角度估計值/ 輸出端，靜止-旋轉坐標變換單元5的q軸電流反饋值i,輸出端連接傅立葉分析單元6的q軸電流反饋值輸入端,靜止-旋轉坐標變換單元5的d軸電流反饋值id輸出端連接傅立葉分析單元6的d軸電流反饋值輸入端,傅立葉分析單元6的電機轉速估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器13的電機轉速估計值倉輸出端，傅立葉分析單元6的q 軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元7的q軸電流反饋平均值輸入端，傅立葉分析單元6的d軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元7的d軸電流反饋平均值輸入端。本實施方式在現有永磁同步電機控制系統的基礎上，採用轉子位置及轉速觀測器 13代替機械傳感器對內置式永磁同步電機的轉子位置角及轉速進行估計。
具體實施方式
二 下面結合圖2說明本實施方式,本實施方式為基於實施方式一所述無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統的控制方法它包括以下步驟步驟一對永磁同步電機I的q軸電流反饋值i,和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量；步驟二 將步驟一中獲得的一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元7 ；步驟三由矢量角調節單元7根據q軸電流直流分量平均值和d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方人2，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y ;步驟四由最大轉矩電流比控制單元9進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值&和d軸電流給定值<，實現對永磁同步電機I的最大轉矩電流比矢量控制。本實施方式所述永磁同步電機I應用於交流傳動系統，米用矢量控制，利用轉子位置及轉速觀測器13對內置式永磁同步電機的轉子位置角及轉速進行估計，自動調節電流矢量角Y，根據不同電流矢量角Y所對應的電流幅值大小的比較，在線搜索最大轉矩電流比運行點，不需要複雜計算及離線測試，即實現內置式永磁同步電機的最大轉矩電流比控制策略。
具體實施方式
三下面結合圖3說明本實施方式，本實施方式為對實施方式二的進一步說明，所述步驟一中對永磁同步電機I的q軸電流反饋值和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的具體方法為q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的獲取方式相同，下面以d軸電流直流分量的獲取方式為例進行說明傅立葉分析單元6每次採集d軸電流反饋值id後，採用電流累加器iSUffl對d軸電流反饋值id進行累加，採用計數器countl對採集電流的次數進行計數；判定計數器countl的當前計數值是否滿足countl = N,
Jr IOkHzN = —-
6·2·ρ· cor 12π式中N為永磁同步電機I的對應轉速下，電流累加器iSUffl在一個電流周期內需累加次數的一半；
kHz表示千赫茲；倉為由轉子位置及轉速觀測器13觀測獲得的電機轉速估計值；P為永磁同步電機I的極對數；若判定countl的當前計數值是否滿足countl = N的結果為是,用電流累加器isum 的累加結果除以N，並將計算結果存入電流平均值寄存器iavOTl，同時將電流累加器和計數器countl清零；然後，判定電流周期結束標誌位flag是否滿足flag = I,若判定結果為是,則電流平均值寄存器iavCTl除以2，得到d軸電流直流分量；將該d軸電流直流分量存入電流平均值寄存器iavOT2，並將所述電流平均值寄存器iavCTl和電流周期結束標誌位flag清零，計數器count2執行加I計數；若判定結果為否，則傅立葉分析單元6繼續進行d軸電流反饋值 id的採樣；若判定countl的當前計數值是否滿足countl = N的結果為否,則傅立葉分析單元6繼續進行d軸電流反饋值id的採樣。本實施方式中，電流累加器isum每累加一次，計數器countl加I。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式三的進一步說明，所述步驟二中將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元7的具體方法為將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均的方法相同，下面以將一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均的方法為例進行說明判定傅立葉分析單元6的計數器count2是否滿足count2 = 6,式中6代表d軸電流直流分量在一個電流周期內的6次脈動，若判定結果為是，則將所述電流平均值寄存器iav 2除以6，將該計算結果存入電流平均值寄存器iav ，並將電流平均值寄存器iav 2和計數器Count2清零，所述電流平均值寄存器iavOT內存儲的所述計算結果為對一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均獲得的d軸電流直流分量平均值id DC，將d軸電流直流分量平均值id—D。輸出給矢量角調節單元7。
具體實施方式
五下面結合圖4說明本實施方式，本實施方式為對實施方式四的進一步說明，所述步驟三中由矢量角調節單元7根據q軸電流直流分量平均值和d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方人2，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y的具體方法為步驟三一使矢量角調節單元7的計數器count3開始計數；步驟三二 判定計數器count3是否滿足count3 = f0, f0為等待轉速調節器輸出穩定的時間的累加次數，若判定結果為是，則根據d軸電流直流分量平均值id D。和q軸電流直流分量平均值計算電流矢量幅值的平方人2 I2s=i2dDC+i2q—DC，然後執行步驟三三；若判定結果為否，則執行步驟三十；步驟三三判定矢量角調節單元7的初始執行標誌位start是否滿足start = I, 若判定結果為是，則使/In=人2，start = 0，/^為記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器， 然後執行步驟三四；若判定結果為否，則直接執行步驟三四；
12
步驟三四判定是否滿足/〗< I2mn，若判定結果為是，則使/L =I2s, Yain = γ,Δγ =-Δ Y , Ymin為記錄電流矢量幅值估計最小值時對應的電流矢量角Y的寄存器，Λ Υ為每次需調節的電流矢量角度，然後執行步驟三五；若判定結果為否，則直接執行步驟三五；步驟三五令Y = Yniin ;執行步驟三六；步驟三六判定最優電流矢量角輸出標誌位flag2是否滿足flag2 = 1，若判定結果為是，則電流矢量幅值最小值重置計數器count4加1，然後執行步驟三七；若為否，則令所述標誌位flag2 = I，然後執行步驟三八；步驟三七判定所述電流矢量幅值最小值重置計數器count4是否滿足count4 = 5，式中5表示每2秒對記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器/^1進行一次重置，若判定結果為是，則令/In =/〗，COunt4 = 0，然後執行步驟三八；若判定結果為否，則直接執行步驟三八；步驟三八使Y+ = Δ γ , Δ y = -Δ y , flag2 = O,然後執行步驟三九；步驟三九使所述計數器count3清零,然後判定Y是否滿足Y ( Y max0
Yfflin0為預置的最小輸出電流矢量角，Y max0為預置的最大輸出電流矢量角，若是，則執行步驟三十；若否，則當Y 彡 Yniaxtl，令 Y = Y—0;當 Y ( Ymin0，令 Y = Yniintl ;然後執行步驟三十；步驟三十電流矢量角Y調節結束。本實施方式中，所有變量的清零和復位由控制晶片自動進行。所述步驟三一中，每當得到d軸電流反饋值，count3便累加一次,即count3加I。 當count3的值加到等於&時，便會清零，然後再次得到d軸電流反饋值時，又開始重新累加。所述步驟三二中，每當矢量角調節單元7輸出的電流矢量角Y改變時，都會使整個控制系統處於暫態。因此需要等待一段時間使系統達到穩態後，才能再次調解電流矢量角Y。所以計數器count3的功能實質就是為了提供這一段等待時間的。本實施方式中，矢量角調節單元7能夠實現在線自動搜索最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y。所述fo的值應根據實際情況予以確定，本發明中電流採樣頻率為
O.I毫秒，採用& = 2000，即等待時間為O. 2秒。因為相鄰兩次得到d軸電流反饋值的時間為O. Ims,這樣count3便是每O. Ims累加一次。所以count3累加到2000時所用的時間便是，2000*0. Ims = O. 2s,因此&只是為了可以使其等待O. 2秒而對應的一個累加次數。
具體實施方式
六下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式為對實施方式五的進一步說明，所述步驟四中由最大轉矩電流比控制單元9進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值<和d軸電流給定值^的具體方法為 根據下式計算獲得q軸電流給定值^和d軸電流給定值< ζ = I: sin χ，ι - Γ8 cos γ ο具體實施方式
七下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式為對實施方式五或六的進一步說明，所述Λ y的取值為I Λ Υ I = 2°。
Δ y的大小根據實際情況予以確定。圖5為由實驗獲得的曲線圖，實驗為在內置式永磁同步電機對拖加載實驗平臺上進行，實驗方法在h時刻時開始使能，可見id、iq的值開始減小，a相電流的幅值與使能之前相比也有明顯減小，實驗結果驗證了本發明方法的有效性。
權利要求
1.一種無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統，它包括永磁同步電機(I)，其特徵在於它還包括逆變器(2)、空間矢量脈寬調製單元(3)、三相-兩相坐標變換單元(4)、靜止-旋轉坐標變換單元(5)、傅立葉分析單元(6)、矢量角調節單元(7)、轉速調節器(8)、最大轉矩電流比控制單元(9)、第一電流調節器(10)、第二電流調節器(11)、旋轉-靜止坐標變換單元(12)和轉子位置及轉速觀測器(13)，轉子位置及轉速觀測器(13)通過採集到的永磁同步電機(I)的a相定子電流ia、c相定子電流i。、逆變器(2)的直流母線電壓ud。和空間矢量脈寬調製單元(3)輸出的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。，估計電機轉子位置和轉速，轉子位置及轉速觀測器(13) 輸出的電機轉速估計值倉與電機轉速給定值<作差後輸入給轉速調節器(8)，轉速調節器(8)的電機電流矢量幅值給定值^輸出端連接最大轉矩電流比控制單元(9)的電流輸入端， 最大轉矩電流比控制單元(9)的電流矢量角輸入端連接矢量角調節單元(7)的電流矢量角 Y輸出端，最大轉矩電流比控制單元(9)輸出的q軸電流給定值<與靜止-旋轉坐標變換單元(5)輸出的q軸電流反饋值i,作差後輸入給第一電流調節器(10)的電流輸入端，最大轉矩電流比控制單元(9)輸出的d軸電流給定值與靜止-旋轉坐標變換單元(5)輸出的d軸電流反饋值id作差後輸入給第二電流調節器(11)的電流輸入端，第一電流調節器 (10)的q軸電壓給定值<輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元(12)的q軸電壓給定值輸入端，第二電流調節器(ll)d軸電壓給定值 < 輸出端連接旋轉-靜止坐標變換單元(12)的 d軸電壓給定值輸入端，旋轉-靜止坐標變換單元(12)的轉子位置電角度輸入端連接轉子位置及轉速觀測器(13)的轉子位置電角度估計值&輸出端，旋轉-靜止坐標變換單元(12) 的a軸電壓給定值<輸出端連接空間矢量脈寬調製單元(3)的a軸電壓給定值輸入端，旋轉-靜止坐標變換單元(12)的P軸電壓給定值乂輸出端連接空間矢量脈寬調製單元(3) 的3軸電壓給定值輸入端，空間矢量脈寬調製單元(3)的逆變器的六個功率開關管的開關狀態Sab。輸出端連接逆變器(2)的功率開關管狀態輸入端，逆變器(2)的三相電流輸出端與永磁同步電機(I)的三相電流輸出端對應連接；永磁同步電機(I)的a相定子電流ia輸入給三相-兩相坐標變換單元(4)的a相定子電流輸入端，永磁同步電機(I)的c相定子電流i。輸入給三相-兩相坐標變換單元(4) 的c相定子電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元(4)的電機a軸電流值1輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元(5)的電機a軸電流輸入端，三相-兩相坐標變換單元(4)的電機@軸電流值％輸出端連接靜止-旋轉坐標變換單元(5)的電機P軸電流輸入端，靜止-旋轉坐標變換單元(5)的轉子位置電角度估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器 (13)的轉子位置電角度估計值&輸出端，靜止-旋轉坐標變換單元(5)的q軸電流反饋值i,輸出端連接傅立葉分析單元(6)的q軸電流反饋值輸入端，靜止-旋轉坐標變換單元(5) 的d軸電流反饋值id輸出端連接傅立葉分析單元(6)的d軸電流反饋值輸入端,傅立葉分析單元￠)的電機轉速估計值輸入端連接轉子位置及轉速觀測器(13)的電機轉速估計值倉輸出端，傅立葉分析單元(6)的q軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元(7)的q 軸電流反饋平均值輸入端，傅立葉分析單元出)的d軸電流反饋平均值輸出端連接矢量角調節單元(7)的d軸電流反饋平均值輸入端。
2.一種基於權利要求I所述無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統的控制方法，其特徵在於它包括以下步驟步驟一對永磁同步電機(I)的q軸電流反饋值和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量；步驟二 將步驟一中獲得的一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元(7)；步驟三由矢量角調節單元(7)根據q軸電流直流分量平均值和d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方人2，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y ;步驟四由最大轉矩電流比控制單元(9)進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值&和d軸電流給定值<，實現對永磁同步電機(I)的最大轉矩電流比矢量控制。
3.根據權利要求2所述的無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制方法，其特徵在於所述步驟一中對永磁同步電機(I)的q軸電流反饋值和d軸電流反饋值id進行傅立葉分析，提取q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的具體方法為q軸電流直流分量和d軸電流直流分量的獲取方式相同，下面以d軸電流直流分量的獲取方式為例進行說明傅立葉分析單元(6)每次採集d軸電流反饋值id後，採用電流累加器i■對d軸電流反饋值id進行累加，採用計數器countl對採集電流的次數進行計數；判定計數器countl的當前計數值是否滿足
4.根據權利要求3所述的無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制方法，其特徵在於所述步驟二中將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均，輸出給矢量角調節單元(7)的具體方法為將一個電流周期內的q軸電流直流分量和d軸電流直流分量分別進行平均的方法相同，下面以將一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均的方法為例進行說明判定傅立葉分析單元(6)的計數器count2是否滿足count2 = 6,式中6代表d軸電流直流分量在一個電流周期內的6次脈動，若判定結果為是，則將所述電流平均值寄存器 iaver2除以6，將該計算結果存入電流平均值寄存器iavOT，並將電流平均值寄存器iavOT2和計數器C0Unt2清零，所述電流平均值寄存器iavOT內存儲的所述計算結果為對一個電流周期內的d軸電流直流分量進行平均獲得的d軸電流直流分量平均值id—DC，將d軸電流直流分量平均值id—D。輸出給矢量角調節單元(7)。
5.根據權利要求4所述的無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制方法，其特徵在於所述步驟三中由矢量角調節單元(7)根據q軸電流直流分量平均值和 d軸電流直流分量平均值求取電流矢量幅值的平方/〗，並比較相鄰兩次電流矢量幅值的平方人2的大小，輸出最大轉矩電流比運行點所對應的電流矢量角Y的具體方法為步驟三一使矢量角調節單元(7)的計數器count3開始計數；步驟三二 判定計數器count3是否滿足count3 = f0, f0為等待轉速調節器輸出穩定的時間的累加次數，若判定結果為是，則根據d軸電流直流分量平均值id D。和q軸電流直流分量平均值iq—D。計算電流矢量幅值的平方人2 P - f +,'21S ~ld_DC 丁 lq_DC，然後執行步驟三三；若判定結果為否，則執行步驟三十；步驟三三判定矢量角調節單元(7)的初始執行標誌位start是否滿足start = I,若判定結果為是，則使/In =人2，start = 0，/^1為記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器，然後執行步驟三四；若判定結果為否，則直接執行步驟三四；步驟三四判定是否滿足人2</^，若判定結果為是，則使人2，Ymin= Y，A y =-A y , Ymin為記錄電流矢量幅值估計最小值時對應的電流矢量角Y的寄存器，& Y為每次需調節的電流矢量角度，然後執行步驟三五；若判定結果為否，則直接執行步驟三五； 步驟三五令Y = Ymin ;執行步驟三六；步驟三六判定最優電流矢量角輸出標誌位flag2是否滿足flag2 = 1，若判定結果為是，則電流矢量幅值最小值重置計數器count4加1，然後執行步驟三七；若為否，則令所述標誌位flag2 = I，然後執行步驟三八；步驟三七判定所述電流矢量幅值最小值重置計數器count4是否滿足count4 = 5,式中5表示每2秒對記錄電流矢量幅值估計最小值的寄存器/^1進行一次重置，若判定結果為是，則令=/〗，Count4 = 0，然後執行步驟三八；若判定結果為否，則直接執行步驟三八； 步驟三八使Y+ = Ay ,Ay=-Ay，flag2 = 0,然後執行步驟三九；步驟三九使所述計數器count3清零,然後判定Y是否滿足Y Y ( Ymax07 Yfflin0為預置的最小輸出電流矢量角，YmaxO為預置的最大輸出電流矢量角，若是，則執行步驟三十；若否，則當Y≥令Y = Ymax0 ;當Y≤YminQ，令Y = Ymin0 ;然後執行步驟三十；步驟三十電流矢量角Y調節結束。
6.根據權利要求5所述的無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制方法，其特徵在於所述步驟四中由最大轉矩電流比控制單元(9)進行計算，獲得電機最大轉矩電流比運行點所對應的q軸電流給定值<和d軸電流給定值^的具體方法為根據下式計算獲得q軸電流給定值<和d軸電流給定值< lqh =IsCosr^
7.根據權利要求5所述的無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制方法，其特徵在於所述A y的取值為I A Y I = 2°。
全文摘要
無位置傳感器內置式永磁同步電機最大轉矩電流比矢量控制系統及控制方法，屬於電機控制領域。它解決了現有最大轉矩電流比控制策略中存在的計算方法複雜、得到的電流給定值精度差的問題。控制系統包括永磁同步電機、逆變器、空間矢量脈寬調製單元、三相-兩相坐標變換單元、靜止-旋轉坐標變換單元、傅立葉分析單元、矢量角調節單元、轉速調節器、最大轉矩電流比控制單元、第一電流調節器、第二電流調節器、旋轉-靜止坐標變換單元和轉子位置及轉速觀測器；控制方法基於電流矢量角γ自動調節比較電流幅值大小並自動搜索最大轉矩電流比的運行點。本發明適用於電機最大轉矩電流比矢量控制。
文檔編號H02P21/12GK102594250SQ20121003550
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者於泳, 徐殿國, 李剛, 楊榮峰, 王高林 申請人:哈爾濱工業大學