一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統

《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》是深圳市航盛電子股份有限公司於2013年12月30日申請的專利，該專利的申請號為2013107426157，公布號為CN103762924A，授權公布日為2014年4月30日，發明人是鄭春陽、李建軍、陳林。

《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》提供一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統，包括依次電連線的調製模組、逆變器和永磁同步電機，還包括3/2變換模組、扭矩計算模組、需求電流計算模組、扭矩比較器、扭矩電流補償積分調節模組、扭矩電流加法器、磁通電流計算模組、扭矩電流比較器、磁通電流比較器和電流PI調節模組。該發明在控制扭矩輸出的基礎上，以實際輸出扭矩為目標，計算出扭矩偏差，用扭矩偏差去修正磁通電流和扭矩電流的匹配關係，使得電機扭矩輸出跟蹤目標扭矩。

2018年12月20日，《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統
• 公告號：CN103762924A
• 授權日：2014年4月30日
• 申請號：2013107426157
• 申請日：2013年12月30日
• 申請人：深圳市航盛電子股份有限公司
• 地址：廣東省深圳市寶安區福永街道和平居委福園一路航盛工業園
• 發明人：鄭春陽、李建軍、陳林
• Int.Cl.：H02P21/14(2006.01)I
• 代理機構：深圳市科吉華烽智慧財產權事務所（普通合夥）
• 代理人：韓雲涵
• 類別：發明專利

專利背景

截至2013年12月30日，永磁同步電機因扭矩回響快、功率密度高等優點，在純電動車和混合動力汽車上得到了廣泛套用，電機的驅動控制成為研究的熱點。在新能源汽車上多採用扭矩控制方式進行電機驅動，電機控制器回響整車控制器的扭矩命令，驅動電機，進行車輛的正常控制。因此，對電機控制扭矩的精度提出了較高的要求。但在實際控制中，由於電機電感複雜的飽和特性，很難準確地標定和辨識，這樣會造成扭矩控制上的偏差，從而影響整車控制性能。

發明內容

專利目的

為解決2013年12月前永磁同步電機扭矩控制系統因難以對電機電感準確地標定和辨識而造成對電機輸出扭矩的控制會產生較大偏差的技術問題，該發明提出一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統。

技術方案

《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》包括依次電連線的調製模組、逆變器和永磁同步電機，其特徵在於還包括：

3/2變換模組：用於對電機的三相輸出電流進行3/2變換，輸出磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值；扭矩計算模組：用於根據磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值計算出電機扭矩實際輸出值；需求電流計算模組：用於根據輸入的電機扭矩輸出需求值計算出該需求值對應的磁通電流需求值和扭矩電流需求值；扭矩比較器：用於計算電機扭矩輸出需求值與電機扭矩輸出實際值的差值；扭矩電流補償積分調節模組：用於對電機扭矩輸出需求值與電機扭矩輸出實際值的差值進行積分調節，計算出扭矩電流補償值；扭矩電流加法器：用於計算扭矩電流需求值與扭矩電流補償值的和值，即為扭矩電流參考值；磁通電流計算模組：用於根據磁通電流需求值、扭矩電流需求值和扭矩電流參考值計算出磁通電流參考值；扭矩電流比較器：用於計算扭矩電流參考值與扭矩電流反饋值的差值；磁通電流比較器：用於計算磁通電流參考值與磁通電流反饋值的差值；和電流PI調節模組：用於根據扭矩電流參考值與扭矩電流反饋值的差值以及磁通電流參考值與磁通電流反饋值的差值分別計算出電機同步旋轉坐標下d軸電壓和q軸電壓，並將兩電壓值送入調製模組。

進一步的，需求電流計算模組包括：電極電感計算單元：用於根據電機直軸和交軸電感的飽和特性計算不同電機電流下對應的電機電感；和電流需求值計算單元：以最大扭矩電流比為控制目標，計算電機扭矩輸出需求值對應的磁通電流需求值和扭矩電流需求值。

進一步的，磁通電流計算模組用於按如下公式計算：is_ref1=sqrt（id_ref1^2+iq_ref1^2），id_ref2=sqrt（is_ref1^2-iq_ref2^2）；其中，is_ref1為磁通電流需求值和扭矩電流需求值確定的定子電流需求值，id_ref1為磁通電流需求值，iq_ref1為扭矩電流需求值，id_ref2為磁通電流參考值，iq_ref2為扭矩電流參考值。

進一步的，扭矩計算模組用於按如下公式計算：T_fdb=1.5*np*iq_fdb*（φ-（Ld-Lq）*id_fdb）其中，T_fdb為電機扭矩實際輸出值；id_fdb為磁通電流反饋值；iq_fdb為扭矩電流反饋值；Ld為id_fdb下的直軸電感；Lq為iq_fdb下的交軸電感；np為電機極對數；φ為電機永磁鏈。

進一步的，扭矩補償積分調節模組包括相連線的積分電路和限幅電路。

進一步的，調製模組為SVPWM（SpaceVectorPulseWidthModulation，空間矢量脈寬調製）調製模組。

改善效果

《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》在控制扭矩輸出的基礎上，以實際輸出扭矩為目標，計算出扭矩偏差，用扭矩偏差去修正磁通電流和扭矩電流的匹配關係，使得電機扭矩輸出跟蹤目標扭矩。《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》在得到電機電感參數進行最大扭矩電流比控制中，使用計算的反饋扭矩和目標需求扭矩的偏差進行積分調節，進行扭矩電流的補償，從而動態跟蹤目標需求扭矩，既避免了工程離線標定扭矩的複雜過程，又解決了電感參數標定不準帶來的扭矩精度問題，並且工程上實現方便實用。

附圖說明

圖1為《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》實施例的永磁同步電機扭矩輸出控制系統結構示意框圖；

圖2為圖1所示的控制系統中需求電流計算模組的功能結構示意圖；

圖3為圖1所示的控制系統中磁通電流計算模組的信號處理示意圖；

圖4為圖1所示的控制系統中電流PI調節模組的功能結構示意圖；

圖5為圖1所示的控制系統中扭矩計算模組的信號梳理示意圖；

圖6為圖1所示的控制系統中扭矩電流補償積分調節模組的功能結構示意圖。

圖1-6中各參數含義

T_ref	電機扭矩輸出需求值
id_ref1	磁通電流需求值
iq_ref1	扭矩電流需求值
is_ref1	根據磁通電流需求值和扭矩電流需求值確定的定子電流需求值
id_ref2	扭矩電流補償後計算得到的磁通電流參考值
iq_ref2	扭矩電流補償後計算得到的扭矩電流參考值
iq_cmp	扭矩電流補償值
id_err	磁通電流參考值與磁通電流補償值的差值
iq_err	扭矩電流參考值與扭矩電流補償值的差值
ud	電機同步旋轉坐標下d軸電壓
uq	電機同步旋轉坐標下q軸電壓
id_fdb	磁通電流反饋值
iq_fdb	扭矩電流反饋值
T_fdb	電機扭矩反饋值，即電機扭矩實際輸出值
Ld	電機直軸電感
Lq	電機交軸電感
np	電機極對數
φ	電機永磁鏈
KP_id	磁通電流調節通道比例放大倍數
KI_id	磁通電流調節通積分常數
KP_iq	扭矩電流調節通道比例放大倍數
KI_iq	扭矩電流調節通道積分常數

權利要求

1.《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》包括依次電連線的調製模組、逆變器和永磁同步電機（01），其特徵在於還包括：3/2變換模組（02）：用於對電機的三相輸出電流進行3/2變換，輸出磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值；扭矩計算模組（03）：用於根據磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值計算出電機扭矩實際輸出值；需求電流計算模組（04）：用於根據輸入的電機扭矩輸出需求值計算出該需求值對應的磁通電流需求值和扭矩電流需求值；扭矩比較器（05）：用於計算電機扭矩輸出需求值與電機扭矩實際輸出值的差值；扭矩電流補償積分調節模組（06）：用於對電機扭矩輸出需求值與電機扭矩實際輸出值的差值進行積分調節，計算出扭矩電流補償值；扭矩電流加法器（07）：用於計算扭矩電流需求值與扭矩電流補償值的和值，即為扭矩電流參考值；磁通電流計算模組（08）：用於根據磁通電流需求值、扭矩電流需求值和扭矩電流參考值計算出磁通電流參考值，磁通電流計算模組（08）用於按如下公式計算：is_ref1=sqrt（id_ref1^2+iq_ref1^2），id_ref2=sqrt（is_ref1^2-iq_ref2^2）；其中，is_ref1為磁通電流需求值和扭矩電流需求值確定的定子電流需求值，id_ref1為磁通電流需求值，iq_ref1為扭矩電流需求值，id_ref2為磁通電流參考值，iq_ref2為扭矩電流參考值；扭矩電流比較器（09）：用於計算扭矩電流參考值與扭矩電流反饋值的差值；磁通電流比較器（10）：用於計算磁通電流參考值與磁通電流反饋值的差值；和電流PI調節模組（11）：用於根據扭矩電流參考值與扭矩電流反饋值的差值以及磁通電流參考值與磁通電流反饋值的差值分別計算出電機同步旋轉坐標下d軸電壓和q軸電壓，並將兩電壓值送入調製模組。

2.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於：需求電流計算模組（04）包括：電機電感計算單元：用於根據電機直軸和交軸電感的飽和特性計算不同電機電流下對應的電機電感；和電流需求值計算單元：以最大扭矩電流比為控制目標，計算電機扭矩輸出需求值對應的磁通電流需求值和扭矩電流需求值。

3.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於：扭矩計算模組（03）用於按如下公式計算：T_fdb=1.5*np*iq_fdb*（φ-（Ld-Lq）*id_fdb）其中，T_fdb為電機扭矩實際輸出值；id_fdb為磁通電流反饋值；iq_fdb為扭矩電流反饋值；Ld為id_fdb下的直軸電感；Lq為iq_fdb下的交軸電感；np為電機極對數；φ為電機永磁鏈。

4.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於：扭矩電流補償積分調節模組（06）包括相連線的積分電路和限幅電路。

5.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於：調製模組為SVPWM調製模組。

實施方式

如圖1所示，《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》實施例的永磁同步電機扭矩輸出控制系統，包括SVPWM調製模組、逆變器、永磁同步電機01、3/2變化模組02、扭矩計算模組03、需求電流計算模組04、扭矩比較器05、扭矩電流補償積分調節模組06、扭矩電流加法器07、磁通電流計算模組08、扭矩電流比較器09、磁通電流比較器10和電流PI調節模組11。

調製模組、逆變器和永磁同步電機01依次電連線，永磁同步電機01的三相輸出分別接3/2變換模組02。

3/2變換模組02對電機的三相輸出電流進行3/2變換，輸出磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值，其輸出的磁通電流反饋信號分別傳送給扭矩計算模組03和磁通電流比較器10，其輸出的扭矩電流反饋信號分別傳送給扭矩計算模組03和扭矩電流比較器09。

扭矩計算模組03根據磁通電流反饋值和扭矩電流反饋值計算出電機扭矩實際輸出值，輸出至扭矩比較器05；扭矩比較器05計算出電機扭矩輸出需求值與電機扭矩輸出實際值的差值，將該差值輸出至扭矩電流補償積分調節模組06；扭矩電流補償積分調節模組

榮譽表彰

2018年12月20日，《一種永磁同步電機扭矩輸出控制系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。