本發(fā)明涉及一種電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和恒功率區(qū)域的運(yùn)行控制系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)可以利用磁阻轉(zhuǎn)矩分量來(lái)改善調(diào)速性能，具有轉(zhuǎn)矩密度大，效率高、調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，可以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)在新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。現(xiàn)有控制方法有最大輸出功率控制方法和最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方法，它們均屬于非線性控制方法。最大輸出功率控制方法以最大功率輸出為目標(biāo)，雖然可獲得其解耦的直軸、交軸電流，但是該式非常復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中很難利用。最大轉(zhuǎn)矩電壓比控制方法，存在直軸電流和交軸電流相互交聯(lián)，實(shí)際很難獲得應(yīng)用，因此大大限制了內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和恒功率區(qū)域的調(diào)速性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)非線性控制方法直軸和交軸電流難以有效解耦、電流容易失控的不足，提供一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法及系統(tǒng)，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的恒直軸電流控制，在一定區(qū)域內(nèi)，直軸控制電流可以保持不變，交軸控制電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，具有響應(yīng)速度快、可靠性高，可獲得無(wú)限速控制的特點(diǎn)，在新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法，其方法如下：

(a)建立直軸電流i_d和交軸電流i_q坐標(biāo)系i_d-i_q，在i_d-i_q坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)為O點(diǎn)，電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)為A點(diǎn)，由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)為B點(diǎn)，電壓極限橢圓的中心點(diǎn)為C點(diǎn)；以O(shè)A線段所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域，以BC線段所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)楹愎β瘦敵隹刂茀^(qū)域；

(b)A點(diǎn)的坐標(biāo)為：OA線段的直線方程為：

式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

(c)B點(diǎn)的坐標(biāo)為：C點(diǎn)的坐標(biāo)為：BC線段的直線方程為：式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_d為直軸電感，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

(d)根據(jù)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)檢測(cè)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速，在上述OA線段所構(gòu)成的恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和BC線段所構(gòu)成的恒功率輸出控制區(qū)域內(nèi)，利用直軸電流i_d恒定不變、交軸電流i_q和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r成反比關(guān)系來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)工作。

更進(jìn)一步地，所述的OA線段和BC線段所構(gòu)成的區(qū)域通過(guò)AB段的電流極限圓軌跡過(guò)渡。

本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制系統(tǒng)，包括直軸電流恒定控制器、逆變器、電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊，

所述的直軸電流恒定控制器具有恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域，所述的恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域?yàn)镺A線段所構(gòu)成的區(qū)域，所述的恒功率輸出控制區(qū)域?yàn)锽C線段所構(gòu)成的區(qū)域，其中，O點(diǎn)為i_d-i_q坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，A點(diǎn)為電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，坐標(biāo)為：B點(diǎn)為由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)，坐標(biāo)為：C點(diǎn)為電壓極限橢圓的中心點(diǎn)，坐標(biāo)為：OA線段的直線方程為：BC線段的直線方程為：上述式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_d為直軸電感，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

所述的電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊分別檢測(cè)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速，并將內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速信息反饋給直軸電流恒定控制器，所述的直軸電流恒定控制器根據(jù)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，直軸電流恒定控制器在恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域內(nèi)，利用直軸電流i_d恒定不變、交軸電流i_q和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r成反比的關(guān)系來(lái)控制逆變器，所述的逆變器將直軸電流恒定控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)工作。

更進(jìn)一步地，所述的直軸電流恒定控制器的恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域通過(guò)AB段的電流極限圓軌跡過(guò)渡。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域和恒功率區(qū)域部分區(qū)域的直軸電流恒定，能夠?qū)崿F(xiàn)工作點(diǎn)直軸電流和交軸電流的線性控制，并且交軸電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、控制快速、可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限速控制的特點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖2為本發(fā)明中的恒直軸電流控制原理圖。

示意圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明：

1、內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)；2、電流檢測(cè)模塊；3、電壓檢測(cè)模塊；4、速度檢測(cè)模塊；5、直軸電流恒定控制器；6、逆變器；O點(diǎn)：坐標(biāo)系i_d-i_q的坐標(biāo)原點(diǎn)；A點(diǎn)：電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)；B點(diǎn)：由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)；C點(diǎn)：電壓極限橢圓的中心點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如圖1所示，本發(fā)明的恒直軸電流控制系統(tǒng)包括直軸電流恒定控制器5、逆變器6、電流檢測(cè)模塊2、電壓檢測(cè)模塊3和速度檢測(cè)模塊4，電流檢測(cè)模塊2、電壓檢測(cè)模塊3和速度檢測(cè)模塊4分別檢測(cè)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速，并將內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速信息反饋給直軸電流恒定控制器5，直軸電流恒定控制器5根據(jù)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的目標(biāo)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，直軸電流恒定控制器5在恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域內(nèi)，利用直軸電流i_d恒定不變、交軸電流i_q和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r成反比關(guān)系來(lái)控制逆變器6，逆變器6將直軸電流恒定控制器5輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1工作。

圖2為本發(fā)明中的恒直軸電流控制原理圖，圖中，橫坐標(biāo)i_d表示直軸電流；縱坐標(biāo)i_q表示交軸電流；O點(diǎn)為坐標(biāo)系i_d-i_q的坐標(biāo)原點(diǎn)；A點(diǎn)為電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)；B點(diǎn)為由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)；C點(diǎn)為電壓極限橢圓的中心點(diǎn)；OA線段為恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域；BC線段為恒功率輸出控制區(qū)域。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法，其方法如下：

(a)建立控制區(qū)域：建立直軸電流i_d和交軸電流i_q坐標(biāo)系i_d-i_q，在i_d-i_q坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)為O點(diǎn)，電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)為A點(diǎn)，由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)為B點(diǎn)，電壓極限橢圓的中心點(diǎn)為C點(diǎn)；以O(shè)A線段所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域，以BC線段所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)楹愎β瘦敵隹刂茀^(qū)域；OA線段和BC線段所構(gòu)成的區(qū)域可通過(guò)AB段的電流極限圓軌跡過(guò)渡；

(b)確定OA線段方程：A點(diǎn)的坐標(biāo)為：OA線段的直線方程為：式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

(c)確定BC線段方程：B點(diǎn)的坐標(biāo)為：C點(diǎn)的坐標(biāo)為：BC線段的直線方程為：式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_d為直軸電感，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；

(d)電機(jī)工作控制：根據(jù)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過(guò)檢測(cè)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速，在上述OA線段所構(gòu)成的恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和BC線段所構(gòu)成的恒功率輸出控制區(qū)域內(nèi)，利用直軸電流i_d恒定不變、交軸電流i_q和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r成反比關(guān)系來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)工作。

如圖1所示，本實(shí)施例的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制系統(tǒng)，包括直軸電流恒定控制器5、逆變器6、電流檢測(cè)模塊2、電壓檢測(cè)模塊3和速度檢測(cè)模塊4，直軸電流恒定控制器5具有恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域，參見(jiàn)圖2所示，恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域?yàn)镺A線段所構(gòu)成的區(qū)域，恒功率輸出控制區(qū)域?yàn)锽C線段所構(gòu)成的區(qū)域，恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域可以通過(guò)AB段的電流極限圓軌跡過(guò)渡，其中，O點(diǎn)為i_d-i_q坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，A點(diǎn)為電流極限圓與i_q坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，坐標(biāo)為：B點(diǎn)為由電壓極限橢圓中心所作垂直于i_d坐標(biāo)軸的直線與電流極限圓的交點(diǎn)，坐標(biāo)為：C點(diǎn)為電壓極限橢圓的中心點(diǎn)，坐標(biāo)為：OA線段的直線方程為：BC線段的直線方程為：上述式中，i_lim為電流極限值，u_lim為電壓極限值，ω_r為電機(jī)角速度，L_d為直軸電感，L_q為交軸電感，Ψ_f為永磁磁鏈；電流檢測(cè)模塊2、電壓檢測(cè)模塊3和速度檢測(cè)模塊4分別檢測(cè)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速，并將內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的相電流、相電壓和轉(zhuǎn)速信息反饋給直軸電流恒定控制器5，直軸電流恒定控制器5根據(jù)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1的目標(biāo)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，直軸電流恒定控制器5在恒轉(zhuǎn)矩輸出控制區(qū)域和恒功率輸出控制區(qū)域內(nèi)，利用直軸電流i_d恒定不變、交軸電流i_q和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω_r成反比關(guān)系來(lái)控制逆變器6，逆變器6將直軸電流恒定控制器5輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)1工作。

本發(fā)明的一種內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)恒直軸電流控制方法及系統(tǒng)，通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O和極限電流圓與交軸電流的交點(diǎn)A構(gòu)成恒轉(zhuǎn)矩輸出區(qū)域的恒直軸電流控制，通過(guò)內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)控制區(qū)域電壓極限橢圓中心C所作垂直于直軸電流的直線與電流極限圓交點(diǎn)與電壓極限橢圓中心點(diǎn)B構(gòu)成恒功率輸出區(qū)域的恒直軸電流控制，該兩個(gè)區(qū)域工作點(diǎn)直軸電流恒定不變，交軸電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比，避免了工作點(diǎn)直軸電流和交軸電流的耦合，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限速控制，在新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

以上示意性地對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。