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申请/专利权人：中国科学院电工研究所

摘要：一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法，综合考虑了永磁同步电机的T‑ω外特性及电机控制器的容量对于电机输出最大制动转矩的约束，通过对永磁同步电机单位功率因数控制律的设计以及电机电感Ld、Lq随定子电流id、iq变化规律的求解，基于在线计算的方式进行与最大制动转矩对应的电流指令值的实时计算，完成了全转速范围内永磁电机驱动系统最大制动转矩的精确控制，实现了对永磁同步电机驱动系统再生制动效能的优化。所提的最大转矩优化控制方法基于实时计算的方式完成，具有控制实时性好、且控制精度不受永磁同步电机运行过程中电感变化影响的优点，所提方法在控制精度及易用性等方面较已有技术具有明显的优势。

主权项：1.一种永磁同步电机驱动系统最大再生制动转矩优化控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括：过程一：以永磁同步电机的外特性及电机控制器的容量共同作为约束条件，完成永磁同步电机驱动系统的最大制动转矩指令值的求解，得到的最大制动转矩指令值随电机角速度的变化进行自动更新，包括以下步骤：步骤1：以控制器容量为约束条件计算电机的最大制动转矩：根据控制器容量S求解电机最大制动转矩，表达式为： ；其中，S为电机控制器的容量，单位为kVA；为以控制器容量为约束条件得到的电机的最大制动转矩，为电机的机械角速度；步骤2：以永磁同步电机的外特性为约束条件计算电机的最大制动转矩：根据已知的永磁同步电机的外特性曲线，得到永磁同步电机的转矩的解析表达式如下： ；其中，为以永磁同步电机的外特性为约束条件计算出来的最大的制动转矩；步骤3：计算得到永磁同步电机驱动系统的最大制动转矩：综合考虑电机控制器容量和电机的外特性，永磁同步电机驱动系统所能实现的最大制动转矩由所述步骤1、步骤2所得到的和的最小值决定，表达式如下： ；其中，为永磁同步电机驱动系统所能实现的最大制动转矩；为电机的机械角速度；其中，所述过程一的步骤1-3中，所述由电机控制器通过对旋转变压器的输出信号进行实时计算得到；在制动过程中，电机控制器根据检测到的电机的实时机械角速度自动动态更新最大制动转矩指令值，从而实现电机全转速范围内的最大转矩的实时计算；过程二：通过对永磁同步电机的单位功率因数控制律的设计以及电机电感Ld、Lq随电流id、iq变化规律的求解，基于在线计算的方式实现了与最大制动转矩对应的电流指令值的实时计算，完成对永磁电机驱动系统最大制动转矩的精确控制，在全转速范围内实现对最大制动转矩的优化控制，包括以下步骤：步骤1：获取基于单位功率因数控制律的永磁同步电机d、q轴电流分配律：采用单位功率因数控制律进行d-q轴电流分配获得单位功率因数电流控制律，表达式如下： ；其中，id、iq分别为定子电流的d、q轴分量；Lq为永磁同步电机的q轴电感；为电机转子的永磁磁链；步骤2：获取永磁同步电机的电感Ld、Lq随电流id、iq变化的函数表达式：永磁同步电机的定子d、q轴电感Ld、Lq由以下二次多项式表达： ；将已知的电感随电流变化的各组数据分别代入上述二次多项式，并表示为如下矩阵形式： ； ；其中，M、N分别是已知的、不同id、iq电流下Ld、Lq的数据点的个数；为电流取值idi、iqi时的负载电机定子的d轴电感数值，i=1,2,…,M；为电流取值为idj、iqj时的负载电机定子的q轴电感数值，j=1,2,…,N；上式中，除矩阵、外，其他均为已知量，通过矩阵运算能得到矩阵A及矩阵B，进而得到Ld的二次多项式的系数a20、a02、a11、a10、a01、a00，以及Lq的二次多项式的系数b20、b02、b11、b10、b01、b00；通过本步骤得到了电机的电感Ld、Lq随电机电流id、iq变化的函数表达式；步骤3：获取对应最大制动转矩的永磁同步电机的电流指令值、：永磁同步电机的转矩表达式为： ；其中，为永磁同步电机的转矩；、为负载电机定子电流的d、q轴分量；Ld、Lq为负电机的d、q轴电感；和分别为电机转子磁极的极对数和转子永磁磁链，对于确定型号的永磁同步电机而言，两者均为常数；联立过程二中的步骤1-步骤3的方程如下： ；将过程一的步骤3中得到的永磁同步电机驱动系统能实现的最大制动转矩代入上式，即，；通过解方程得到与所述最大制动转矩所对应的电流id、iq，分别记录为、；将上述计算得到的与弱磁环PI调节器的输出相加得到d轴电流的指令值，即，，将所述、作为永磁同步电机d、q轴电流的指令值加载到电流内环上；步骤4：完成永磁同步电机的闭环控制：将电机控制器的电流采样电路采样得到的永磁同步电机的三相电流采样值，经过Clark、Park坐标变换，得到d-q轴坐标系下的电流采样值与，将步骤3中得到的永磁同步电机定子电流d、q轴分量的指令值、分别与该电流采样值、作差，并通过电机控制器d、q轴电流调节器的闭环控制作用，得到电机的定子d、q轴电压指令信号、，表达式如下： ；上式中，分别为d轴电流调节器比例系数和积分系数；分别为q轴电流调节器比例系数和积分系数；将计算得到的所述电压指令信号ud、uq作为后级SVPWM环节的输入，经过电机控制器主控单元中运行的空间矢量调制SVPWM策略的运算，生成6路PWM驱动控制信号，将PWM驱动信号输出到电机控制器的功率驱动电路上，通过功率驱动电路控制三相全控桥的开通与关断，实现对永磁同步电机的闭环控制。

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