一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统

1.一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，包括弱磁控制系统，其特征在于：所述弱磁控制系统包括结果分析平台、电机模型平台、模型优化平台和情况模拟平台；

2.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述电机模型平台在同步参考坐标系下，设立永磁同步电机数学模型为：式中，ud、uq分别为电机定子电压直轴、交轴分量；id、iq分别为电机定子电流直轴、交轴分量；ld、lq分别为电机直轴、交轴电感；rs为电机定子电阻；ωe为电机电角速度；ψf为电机永磁体磁链，永磁同步电机运行时最大输入电压受到逆变器直流侧电压及电机绝缘等级的限制，定子电压过高时会击穿绝缘层，损坏电机，故应满足的电压限制为式中，usmax为电机定子端电压合成矢量的最大幅值，usmax取dc3u，udc为直流母线电压，另外，受系统温升约束，电机稳定运行时，定子电流合成矢量幅值不能超过最大允许幅值ismax，即pmsm高速运行时，忽略定子电阻压降的影响，稳态电压写成，pmsm电磁转矩计算公式为：式中，p为电机极对数。

3.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述电机模型平台包括电机类型模块、技术指标模块、硬件组件模块和软件组件模块，所述电机类型模块支持多种类型的电机，包括直流电动机和交流电动机，交流电动机进一步分为单相电动机和三相电动机，所述技术指标模块具体为步进电机的速度-力矩曲线是表现其输出特性的重要参数，包括工作频率点、自启动区域、连续运行区域、最高启动频率、最高运行频率、启动力矩/牵入力矩、运行力矩/牵出力矩，在特定的科研平台中，还包括不同类型的光源如方形光源、条形光源、环形光源、碗状光源和光源控制器，以满足实验中对光照条件的需求，所述硬件组件模块包括电机快速原型控制器、永磁同步电机、高压线束及接插件、信号控制盒、数据采集模块、数据记录仪、电流传感器、模块供电专用电源、can-usb接口转换线和台架用电脑，所述软件组件模块包括电机控制策略开发软件平台、电机控制策略simulink模型和数据采集分析软件。

4.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述模型优化平台依据交轴电流参考值由速度环生成来平衡负载转矩，则弱磁一区和弱磁二区均根据电压方程来直接求解出直轴电流参考值。

5.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述模型优化平台的计算公式具体如下：id、iq分别为电机定子电流直轴、交轴分量；ld、lq分别为电机直轴、交轴电感；rs为电机定子电阻；ωe为电机电角速度；ψf为电机永磁体磁链。

6.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述模型优化平台使用时需注意：电压外环法的弱磁增益选取，弱磁增益根据弱磁控制小信号模型进行自适应计算；进出弱磁区判断条件，防止低速、重载、急加速下误入弱磁控制区域；弱磁控制pi给定电压的裕量，保留一定的电压裕量有利于权衡弱磁控制的动稳态性能；弱磁控制pli限幅选取，该限幅受到电流极限圆、mtpa和mtpv的多重限制；电流环电流控制环路带宽弱一些的前馈解耦有利于弱磁区域的快速进入和快速退出，电流环不能做到近似的无限带宽，就一定会出现积分饱和现象，前馈解耦有利于在转速突变或负载突变时在一定程度上来削弱积分饱和现象。

7.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述情况模拟平台构建pmsm不同使用环境情况下的弱磁控制系统，在基速以下搭建mtpa模块，利用直轴电流补偿弱磁控制的交轴电感lq、直轴电感ld、永磁体磁链ψf及定子电流is计算得到直轴电流id0；实时计算电流调节器输出的电压综合矢量同时与根据母线电压得到的逆变器输出电压外环极限值进行比较，当us＞ulim时，直轴电流补偿值δid0为负值；否则的话，δid0为0，其中，ud为电流调节器输出的直轴电压；uq为电流调节器输出的交轴电压；udc为直流母线电压，将mtpa控制法下计算得到的直轴电流id0与各种情况下需要补偿的直轴电流δid0相加，得到给定的直轴电流再利用ipmsm的电流极限圆方程计算得出给定的交轴电流。

8.根据权利要求1所述的一种基于电压外环的负直轴电流补偿弱磁控制系统，其特征在于：所述结果分析平台包括仿真结果分析模块和实验结果分析模块，所述仿真结果分析模块验证设计基于电压外环的弱磁控制算法的有效性，在电压外环仿真软件中搭建基于电压外环的弱磁控制电机电流调节器弱磁控制系统仿真模型并对结果进行分析，所述实验结果分析模块通过对电机进行实验对基于电压外环的弱磁控制电机电流的调节过程进行验证分析。