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CN103684187B - 一种永磁同步电机Id＝0电流控制算法 - Google Patents

一种永磁同步电机Id＝0电流控制算法 Download PDF

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CN103684187B CN201310745247.1A CN201310745247A CN103684187B CN 103684187 B CN103684187 B CN 103684187B CN 201310745247 A CN201310745247 A CN 201310745247A CN 103684187 B CN103684187 B CN 103684187B
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匡敏驰
朱纪洪
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Tsinghua University
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Abstract

本发明公开了一种用于电机控制技术领域的永磁同步电机Id=0电流控制算法，包括：最大相电流处相位检测步骤、积分相位超前补偿步骤；所述最大相电流处相位检测步骤，即通过电流传感器检测定子相电流，并求得多个相电流周期中电流的最大值，同时记录相电流最大时通过计算得到的对应电角度；所述积分相位超前补偿步骤，即将相电流最大时检测到的电角度与90°相减得到相位差，然后将该相位差乘以增益以后累加到相位超前补偿角度值上，最后使用该相位超前补偿角度值实现对电机的Id=0控制。其技术效果是：通过最大相电流处相位检测和积分相位超前补偿，实现了计算量较小且稳定性较好的Id=0控制，减少了输出同等转矩时所需的相电流幅值，提升了电机效率。

Description

一种永磁同步电机Id＝0电流控制算法
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种应用于永磁同步电机的Id＝0电流控制算法。
背景技术
对于不同用途的永磁同步电机，电机电流控制的算法各不相同。可采用的控制算法主要有：Id=0控制、控制、最大转矩控制、弱磁控制、最大输出功率控制等。其中，Id＝0控制实现最为简单。在永磁同步电机中，若直接根据电机转子位置给出控制电压，由于电枢反应等因素的影响，定子相电流相量将会滞后于电机反电动势相量Id＝0控制通过对控制电压进行相位超前补偿，使得与同相。对永磁同步电机来说，此时产生目标转矩所需要的定子相电流较小，从而使铜耗下降，电机效率提高。一般采用对齐相电流过零点和过零点的方式实现Id＝0控制。然而，受相电流纹波影响，准确检测相电流过零点较为困难，实际对电机进行控制时该控制律稳定性差且效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有电流控制算法的不足，提供一种永磁同步电机Id=0电流控制算法；该算法实现的控制律计算量更小，稳定性更强，可以减少相电流幅值，同时提高电机效率。
实现上述目的的一种技术方案是：一种永磁同步电机Id＝0电流控制算法，包括最大相电流处相位检测步骤、积分相位超前补偿步骤，其特征在于：
所述最大相电流处相位检测步骤，即当电机极对数为p时，通过电流传感器检测定子相电流i，并求得每p个相电流周期中电流的最大值Im，同时记录相电流最大时通过旋转变压器采集到的转子机械角度θm；然后，将机械角度转化为电机对应相的电角度θem-j；此时，M为电机相数，j(1≤j≤M)表示相序号，转化公式为：
θem-j=(pθm-360°(j-1)／M)％360°
其中，％为取模运算；
所述积分相位超前补偿步骤，即当控制电压的相序号为j(1≤j≤M)时，将相电流最大时检测到的电角度θem-j与90°相减得到相位差Δθ，然后将Δθ乘以增益k以后累加到第j相的相位超前补偿角度值上，该过程实际上是一个积分过程，其计算公式如下：
通过积分，可以获得实际所需第j相的相位超前补偿角度值然后使用如下公式生成电机矢量控制电压：
其中，Um为控制电压幅值，θe-j为由转子机械角度计算出的第j相电角度，Uj为最终输出的第j相的电机矢量控制电压；使用Uj对电机进行矢量控制后，定子相电流相量的最大值处将会与反电动势相量最大值处对齐，从而实现Id＝0控制。
本发明实施例的有益效果是，通过最大相电流处相位检测和积分相位超前补偿，实现了计算量较小且稳定性较好的Id=0控制，减少了输出同等转矩时所需的相电流幅值，提升了电机效率。
附图说明
图1是采用Id=0电流控制算法的控制系统总框图。
具体实施方式
下面采用附图和实施例对本发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。
采用Id＝0电流控制算法的控制系统总框图见附图1，其中Id＝0电流控制步骤包括：最大相电流处相位检测步骤、积分相位超前补偿步骤，其特征在于：
所述最大相电流处相位检测步骤，即当电机极对数为3时，通过电流传感器检测定子相电流i，并求得每3个相电流周期中电流的最大值Im，同时记录相电流最大时通过旋转变压器采集到的转子机械角度θm；然后，将机械角度转化为电机对应相的电角度θem-j；此时，电机相数为3为，j(1≤j≤3)表示相序号，转化公式为：
θem-j=(3θm-90°(j-1))％360°
其中，％为取模运算；
所述积分相位超前补偿步骤，即当控制电压的相序号为j(1≤j≤3)时，将相电流最大时检测到的电角度θem-j与90°相减得到相位差Δθ，然后将Δθ乘以增益k以后累加到第j相的相位超前补偿角度值上，该过程实际上是一个积分过程，其计算公式如下：
通过积分，可以获得实际所需第j相的相位超前补偿角度值然后使用如下公式生成电机矢量控制电压：
其中，Um为控制电压幅值，θe-j为由转子机械角度计算出的第j相电角度，Uj为最终输出的第j相的电机矢量控制电压；使用Uj对电机进行矢量控制后，定子相电流相量的最大值处将会与反电动势相量最大值处对齐，从而实现Id=0控制。
本实施例永磁同步电机高效率Id=0电流控制算法采用TMS320F2808芯片实现；
永磁同步电机采用三相永磁同步电机结构，转子中永磁体采用表面贴装的Halbach阵列，极对数为3。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机Id＝0电流控制算法，包括最大相电流处相位检测步骤、积分相位超前补偿步骤，其特征在于：
所述最大相电流处相位检测步骤，即当电机极对数为p时，通过电流传感器检测定子相电流i，并求得每p个相电流周期中电流的最大值Im，同时记录相电流最大时通过旋转变压器采集到的转子机械角度值θm；然后，将机械角度值转化为电机对应相的电角度值θem-j；此时，M为电机相数，j(1≤j≤M)表示相序号，转化公式为：
θem-j＝(pθm-360(j-1)/M)％360
其中，％为取模运算；
所述积分相位超前补偿步骤，即当控制电压的相序号为j(1≤j≤M)时，将相电流最大时检测到的电角度值θem-j与90相减得到相位差值Δθ，然后将Δθ乘以增益k以后累加到原第j相的相位超前补偿角度值上，其计算公式如下：
其中表示补偿后实际所需的第j相的相位超前补偿角度值，表示原第j相的相位超前补偿角度值，然后使用如下公式生成电机矢量控制电压：
其中，Um为控制电压幅值，θe-j为由转子机械角度计算出的第j相电角度值，Uj为最终输出的第j相的电机矢量控制电压值；使用Uj对电机进行矢量控制后，定子相电流相量的最大值处将会与反电动势相量最大值处对齐，从而实现Id＝0控制。
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