一种永磁同步电机多种控制策略切换方法与流程

1.本发明涉及永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机多种控制策略切换方法。


背景技术：

2.随着科技的进步与新能源行业的不断发展，永磁同步电机以其高功率密度及良好的调速性能等优点，在工控及新能源等领域得到了广泛的应用。由于永磁同步电机在各行各业中的广泛应用，其所应用的工况也是各不相同，因此就要求永磁同步电机在各工况及不同转速下都有良好的性能。
3.永磁同步电机在全速段运行中，若仅采用某一单一的控制策略则很难满足全速段下的性能要求，因此，目前通常会将电机零速到额定转速划分为若干个转速段，针对不同转速段分别采用不同的控制策略。而采用不同控制策略时，需要在不同策略之间多次切换。目前控制策略的切换方法主要为直接切换方法及加权切换方法。
4.直接切换方法是以转速作为切换依据，将当前正在输出的控制策略直接切换为所需的控制策略，其输入量不变，输出量直接替换为由新策略计算所得的输出量。
5.对于直接切换方法，由于切换前后两类控制策略可能存在较大差异，并且所需切换的控制策略并未参与闭环运行，因此其输出值与正在运行的控制策略的输出值同样存在较大差异。此时，若直接进行切换，会导致系统输入输出控制量出现较大的阶跃变化，从而影响系统性能，甚至出现系统崩溃的现象。
6.加权切换方法根据转速作为切换依据，当到达切换点时，将原有策略及所需策略输出值的加权和作为最终输出值如下式：
7.y＝ku1(t)+(1-k)u2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
8.其中y为输出值，k为权重系数，u1(t)为原策略输出值，u2(t)为原策略输出值；权重k取值随时间从1-0变化，当k变为0时切换完成。
9.针对加权切换方法，通过加权系数k平滑的对两种控制策略进行切换，但是切换过程中系统的性能同时受两种策略影响存在过度状态，过度状态是一个模糊状态，此时切换前后的两种策略都是部分参与系统闭环控制，性能会略差于单一控制策略。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种永磁同步电机多种控制策略切换方法。
11.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
12.一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，
13.包括以下步骤：
14.步骤1：通过传感器获取当前永磁同步电机的频率反馈，并作为是否进行切换判断依据；
15.步骤2：根据当前永磁同步电机的频率判断是否需要切换控制，若当前无需进行切换，则继续当前的运行；若需要切换，则根据当前频率确定切换何种控制策略；
16.步骤21：在确定采用何种控制策略后，获取当前两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
以及获取永磁同步电机转子角度θ；
17.步骤22：获取当前电流环给定值；
18.步骤23：将电流环给定值及速度环输出值赋值作为当前控制策略给定值；
19.步骤24：采用永磁同步电机转子角度θ及两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
并在保持根据式(2)计算前后永磁同步电机电压矢量，电流矢量均保持不变的前提下，计算出两相旋转坐标系下输出电压ud,uq，将输出电压ud,uq作为切换后控制策略控制量输出值初值，切换完成，开始正常运行，
20.其中，
[0021][0022]
优选地，所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，所述步骤21中确定采用何种控制策略后，采用选定的控制策略引入系统中运行，但不参与控制即就是将系统的输入量与反馈量作为新策略的输入与反馈，选定的控制策略的输出值不作为系统控制量。
[0023]
优选地，所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，所述步骤21中选定的控制策略输出值与实际值偏差较小时，可以认为新策略已收敛至稳定状态，此时开始执行策略切换。
[0024]
优选地，所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，在正常运行后，若当前速度与给定值一致则不再动作，若当前速度与给定值不同则需要加速至给定值，加速过程中加速度a随时间变化，
[0025]
总加速时间为t，将其分为三段t1，t2，t3；t1段加速度由a＝0，加速至a＝n，n为某一固定加速度值；t2段加速度a＝n保持不变；t3段加速度由a＝n，加速至a＝0，此时加速度为0，且转速与给定值一致，表达式如下：
[0026][0027]
其中，t＝t1+t2+t3，k为系数。
[0028]
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
[0029]
本发明可以实现多种控制策略之间的平滑切换，并且切换前后输出控制量保持一致，不会出现控制量的阶跃变化及过度状态，有效提高了系统的调速性能，避免了系统及电机出现震荡或失控，提高了设备的及人员安全性。
[0030]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0032]
图1是本发明的流程图；
[0033]
图2是采用直接切换方法的永磁同步电机c相电流波形；
[0034]
图3是采用切换策略的永磁同步电机c相电流波形；
[0035]
图4是本发明的加速度曲线。
具体实施方式
[0036]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0037]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]
实施例
[0039]
本发明以永磁同步电机运行频率作为切换依据，根据切换时获取的电机转子角度θ及两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
计算出两相旋转坐标系下输出电压ud,uq，并将其作为所切换策略输出值实现平滑切换。
[0040]
如图1至图4所示，一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，
[0041]
包括以下步骤：
[0042]
步骤1：通过传感器获取当前永磁同步电机的频率反馈，并作为是否进行切换判断依据；
[0043]
步骤2：根据当前永磁同步电机的频率判断是否需要切换控制，若当前无需进行切换，则继续当前的运行；若需要切换，则根据当前频率确定切换何种控制策略；
[0044]
步骤21：在确定采用何种控制策略后，获取当前两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
以及获取永磁同步电机转子角度θ；
[0045]
步骤22：获取当前电流环给定值；
[0046]
步骤23：将电流环给定值及速度环输出值赋值作为当前控制策略给定值；
[0047]
步骤24：采用永磁同步电机转子角度θ及两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
并在保持根据式(2)计算前后永磁同步电机电压矢量，电流矢量均保持不变的前提下，计算出两相旋转坐标系下输出电压ud,uq，将输出电压ud,uq作为切换后控制策略控制量输出值初值，切换完成，开始正常运行，
[0048]
其中，
[0049][0050]
本发明的步骤1中还能通过控制策略计算得到当前永磁同步电机的频率反馈。
[0051]
本发明中所述步骤21中确定采用何种控制策略后，采用选定的控制策略引入系统中运行，但不参与控制即就是将系统的输入量与反馈量作为新策略的输入与反馈，选定的控制策略的输出值不作为系统控制量。
[0052]
本发明中所述步骤21中选定的控制策略输出值与实际值偏差较小时(即比较接近时)，可以认为新策略已收敛至稳定状态，此时开始执行策略切换。
[0053]
图2为采用直接切换策略在0.0905s处进行策略切换的c相电流波形，图3为采用本切换策略在0.0905s处进行策略切换的c相电流波形，通过图2和图3的对比，可以清楚的知道在0.0905s处可以实现平滑的输出。
[0054]
本发明中在正常运行后，若当前速度与给定值一致则不再动作，若当前速度与给定值不同则需要加速至给定值，加速过程中加速度a随时间变化，
[0055]
总加速时间为t，将其分为三段t1，t2，t3；t1段加速度由a＝0，加速至a＝n，n为某一固定加速度值；t2段加速度a＝n保持不变；t3段加速度由a＝n，加速至a＝0，此时加速度为0，且转速与给定值一致，表达式如下：
[0056][0057]
其中，t＝t1+t2+t3，k为系数。
[0058]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0059]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0060]
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0061]
在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0062]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和
变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过传感器获取当前永磁同步电机的频率反馈，并作为是否进行切换判断依据；步骤2：根据当前永磁同步电机的频率判断是否需要切换控制，若当前无需进行切换，则继续当前的运行；若需要切换，则根据当前频率确定切换何种控制策略；步骤21：在确定采用何种控制策略后，获取当前两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
以及获取永磁同步电机转子角度θ；步骤22：获取当前电流环给定值；步骤23：将电流环给定值及速度环输出值赋值作为当前控制策略给定值；步骤24：采用永磁同步电机转子角度θ及两相静止坐标系下输出电压u
α
,u
β
并在保持根据式(2)计算前后永磁同步电机电压矢量，电流矢量均保持不变的前提下，计算出两相旋转坐标系下输出电压u
d
,u
q
，将输出电压u
d
,u
q
作为切换后控制策略控制量输出值初值，切换完成，开始正常运行，其中，2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，其特征在于：所述步骤21中确定采用何种控制策略后，采用选定的控制策略引入系统中运行，但不参与控制即就是将系统的输入量与反馈量作为新策略的输入与反馈，选定的控制策略的输出值不作为系统控制量。3.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，其特征在于：所述步骤21中选定的控制策略输出值与实际值偏差较小时，可以认为新策略已收敛至稳定状态，此时开始执行策略切换。4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，其特征在于：在正常运行后，若当前速度与给定值一致则不再动作，若当前速度与给定值不同则需要加速至给定值，加速过程中加速度a随时间变化，总加速时间为t，将其分为三段t1，t2，t3；t1段加速度由a＝0，加速至a＝n，n为某一固定加速度值；t2段加速度a＝n保持不变；t3段加速度由a＝n，加速至a＝0，此时加速度为0，且转速与给定值一致，表达式如下：其中，t＝t1+t2+t3，k为系数。

技术总结
本发明涉及一种永磁同步电机多种控制策略切换方法，包括以下步骤：步骤1：通过传感器获取当前永磁同步电机的频率反馈，并作为是否进行切换判断依据；步骤2：根据当前永磁同步电机的频率判断是否需要切换控制，若当前无需进行切换，则继续当前的运行；若需要切换，则根据当前频率确定切换何种控制策略。本发明可以实现多种控制策略之间的平滑切换。现多种控制策略之间的平滑切换。现多种控制策略之间的平滑切换。


技术研发人员：仝淼 周洪雷 董震 董清华 李刚 王雷
受保护的技术使用者：苏州溯驭技术有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/20