一種永磁同步電機控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種永磁同步電機的控制方法，包括：確定永磁同步電機的初始參數；利用混雜切換理論對電機及其變換器進行統一建模；重新檢測永磁同步電機的參數；利用模型參考自適應參數辨識的方法對電機進行在線參數辨識；根據求得的最優變換器開關狀態組合，得到變換器功率開關管開通和關斷的PWM調制信號，驅動逆變器輸出相應電壓和電流，完成電機的控制；本發明采用混雜切換理論完成電機控制，具有動態響應快、調節迅速的優點。同時，加上模型參考自適應的方法，完成電機參數辨識，保證了該發明自適應能力強、抗擾動強、控制精確，使永磁同步電機系統兼具更優的動靜態性能及自適應能力。
【專利說明】一種永磁同步電機控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于電機控制【技術領域】，尤其涉及一種永磁同步電機控制方法。

【背景技術】
[0002] 隨著永磁體制造技術、電力電子技術以及電機控制策略的快速發展，永磁同步電 機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)由于具有氣隙磁密高、轉矩脈動小、轉矩 /慣量比大、效率高等優點，在高性能機床控制、位置控制以及風力發電領域得到廣泛應用。 近年來，隨著風力發電不斷發展以及風電裝機量的迅速提升，永磁同步電機應用前景更加 廣闊。同時，永磁同步電機的控制精度和響應速度也面臨更高的要求。
[0003] 目前永磁同步電機控制技術已經比較成熟，在不同的場合控制方法也不盡相同。 比較各種現有的電機控制技術，基于轉子磁鏈定向的矢量控制應用最為廣泛。永磁同步電 機矢量控制采用速度外環、電流內環的雙閉環結構。對于電流環，往往需要將三相電流經過 dq變換，然后分別進行PI調節。PI調節的結果作為SVPWM的控制量，經SVPWM算法輸出控 制信號，完成對電機的控制。
[0004] 傳統的矢量控制環節多，導致電機動態響應變慢，并且電機在運行過程中，電機的 參數會隨著工況發生變化，進而會影響電機的控制精度。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是克服永磁同步電機控制動態響應慢、控制精度差的缺陷，提供一 種具有快速的動態響應能力、自適應能力強、控制精度高的永磁同步電機控制方法。該方法 不僅能夠實現永磁同步電機的精確控制，當負載出現變化時，永磁同步電機可以快速響應。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0007] -種永磁同步電機控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)確定永磁同步電機的初始參數，包括：永磁同步電機定子電阻Rs，直軸電感L d， 交軸電感L,，轉子磁鏈Vf ;
[0009] (2)利用混雜切換理論對電機及其變換器進行統一建模，定義變換器不同的開關 狀態，建立永磁同步電機及其變換器統一混雜模型標準狀態空間函數；并計算最優的變換 器開關狀態組合規則；
[0010] ⑶重新檢測永磁同步電機的位置信號Θ，角速度ω，三相電流ia、ib、i。以及三 相電壓ua、ub、u。,并通過dq變換得到相應的電流id、i q,電壓ud、uq ;其中，id為直軸電流，iq 為交軸電流，Ud為直軸電壓，Utl為交軸電壓；
[0011] (4)利用模型參考自適應參數辨識的方法，依據直軸電壓Ud、交軸電壓IV直軸電 流i d、交軸電流i,、角速度ω以及電機的位置信號Θ對電機進行在線參數辨識，得到電機 運行過程中的參數永磁同步電機定子電阻Rs、直軸電感L d、交軸電感L,、轉子磁鏈Vf;
[0012] (5)利用步驟⑷中的所述電機參數重復步驟⑵；根據求得的最優變換器開關狀 態組合，得到變換器功率開關管開通和關斷的PWM調制信號，驅動逆變器輸出相應電壓和 電流，完成電機的控制；
[0013] (6)重復步驟（3)-(5)。
[0014] 所述步驟（2)中永磁同步電機及其變換器統一混雜模型具體為：

【權利要求】
1. 一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，包括以下步驟： ⑴確定永磁同步電機的初始參數，包括：永磁同步電機定子電阻Rs，直軸電感Ld，交軸 電感L,，轉子磁鏈Vf; (2) 利用混雜切換理論對電機及其變換器進行統一建模，定義變換器不同的開關狀 態，建立永磁同步電機及其變換器統一混雜模型標準狀態空間函數；并計算最優的變換器 開關狀態組合規則； (3) 重新檢測永磁同步電機的位置信號Θ，角速度ω，三相電流ia、ib、i。以及三相電 壓u a、ub、u。,并通過dq變換得到相應的電流id、iq,電壓u d、uq ;其中，id為直軸電流，iq為交 軸電流，Ud為直軸電壓，U q為交軸電壓； (4) 利用模型參考自適應參數辨識的方法，依據直軸電壓Ud、交軸電壓U,、直軸電流id、 交軸電流i,、角速度ω以及電機的位置信號Θ對電機進行在線參數辨識，得到電機運行過 程中的參數永磁同步電機定子電阻Rs、直軸電感L d、交軸電感L,、轉子磁鏈Vf; (5) 利用步驟（4)中的所述電機參數重復步驟（2);根據求得的最優變換器開關狀態組 合，得到變換器功率開關管開通和關斷的PWM調制信號，驅動逆變器輸出相應電壓和電流， 完成電機的控制； (6) 重復步驟（3)-(5)。
2. 如權利要求1所述的一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，所述步驟⑵中永磁 同步電機及其變換器統一混雜模型具體為：
R為永磁同步電機內阻，Vd · Ψ,為dq軸的磁鏈，〇^為電機角速度，SiS 1表示變換 器上橋壁開，下橋壁關，為〇則相反，i = a，b，c ; Θ ^為電機當前位置對應的角度，U表示直 流母線電壓Ud。。
3. 如權利要求1所述的一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，所述變換器不同的 開關狀態σ具體為： O
4. 如權利要求1所述的一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，所述步驟（2)中建立 的永磁同步電機及其變換器統一混雜模型標準狀態空間函數為 ：
永磁同步電機當前狀態為X(K),通過切換規則選擇Si的狀態，得到下一時刻的狀態 X(k+1) ;R為永磁同步電定子內阻，L為直軸電感，Vf為轉子磁鏈，Θ ^為電機當前位置對應 的角度，
5. 如權利要求1所述的一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，所述步驟⑵中計算 最優的變換器開關狀態組合規則的具體方法為： 根據變換器不同的開關狀態σ」，j = 〇, 1，…7,計算不同的Χ(Κ+1)」，其中，j = 0, 1，… 7 ;預先設定電機狀態XMf (K+1)，將X(K+1)」與Xref (K+1)進行對比，得到混雜切換規則為
，其中，σ (K+1)為X(K)到X(k+1)時所對應的開關狀態，Ji為 XJK+1)與Xref(K+l)之間的距離。
6. 如權利要求1所述的一種永磁同步電機控制方法，其特征在于，所述步驟⑷的具體 方法為： 首先建立實際電機模型作為參考模型：
其中，RS為定子電阻，Ls為直軸電感，對于表貼式永磁同步電機而言，直軸和交軸電感 值相同為電機當前位置對應的角度，Vf為轉子磁鏈，id為直軸電流，為交軸電流，Ud 為直軸電壓，Uq為交軸電壓； 由于電機工況實時變化，利用實時采集的電壓、電流建立參數調整模型如下：
^，&分別為參數調整模型的直軸電流和交軸電流，&為參數調整模型的定子電阻， &為參數調整模型的直軸電感，為參數調整模型的轉子磁鏈； 根據Popov理論設計自適應律，保證誤差模型是漸近超穩定，而整個非線性時變系統 是超穩定的，使可調模型參數趨近于參考模型，從而保證整個系統誤差趨近于零，完成電機 的參數辨識。
【文檔編號】H02P21/14GK104393814SQ201410781149
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】張承慧, 李珂, 莊飛飛, 田崇翼, 葉保森, 王帆 申請人:山東大學