一种永磁同步电机扭矩输出控制系统

图1为《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》实施例的永磁同步电机扭矩输出控制系统结构示意框图；

图2为图1所示的控制系统中需求电流计算模块的功能结构示意图；

图3为图1所示的控制系统中磁通电流计算模块的信号处理示意图；

图4为图1所示的控制系统中电流PI调节模块的功能结构示意图；

图5为图1所示的控制系统中扭矩计算模块的信号梳理示意图；

图6为图1所示的控制系统中扭矩电流补偿积分调节模块的功能结构示意图。

1.《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》包括依次电连接的调制模块、逆变器和永磁同步电机（01），其特征在于还包括：3/2变换模块（02）：用于对电机的三相输出电流进行3/2变换，输出磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值；扭矩计算模块（03）：用于根据磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值计算出电机扭矩实际输出值；需求电流计算模块（04）：用于根据输入的电机扭矩输出需求值计算出该需求值对应的磁通电流需求值和扭矩电流需求值；扭矩比较器（05）：用于计算电机扭矩输出需求值与电机扭矩实际输出值的差值；扭矩电流补偿积分调节模块（06）：用于对电机扭矩输出需求值与电机扭矩实际输出值的差值进行积分调节，计算出扭矩电流补偿值；扭矩电流加法器（07）：用于计算扭矩电流需求值与扭矩电流补偿值的和值，即为扭矩电流参考值；磁通电流计算模块（08）：用于根据磁通电流需求值、扭矩电流需求值和扭矩电流参考值计算出磁通电流参考值，磁通电流计算模块（08）用于按如下公式计算：is_ref1=sqrt（id_ref1^2 iq_ref1^2），id_ref2=sqrt（is_ref1^2-iq_ref2^2）；其中，is_ref1为磁通电流需求值和扭矩电流需求值确定的定子电流需求值，id_ref1为磁通电流需求值，iq_ref1为扭矩电流需求值，id_ref2为磁通电流参考值，iq_ref2为扭矩电流参考值；扭矩电流比较器（09）：用于计算扭矩电流参考值与扭矩电流反馈值的差值；磁通电流比较器（10）：用于计算磁通电流参考值与磁通电流反馈值的差值；和电流PI调节模块（11）：用于根据扭矩电流参考值与扭矩电流反馈值的差值以及磁通电流参考值与磁通电流反馈值的差值分别计算出电机同步旋转坐标下d轴电压和q轴电压，并将两电压值送入调制模块。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：需求电流计算模块（04）包括：电机电感计算单元：用于根据电机直轴和交轴电感的饱和特性计算不同电机电流下对应的电机电感；和电流需求值计算单元：以最大扭矩电流比为控制目标，计算电机扭矩输出需求值对应的磁通电流需求值和扭矩电流需求值。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：扭矩计算模块（03）用于按如下公式计算：T_fdb=1.5*np*iq_fdb*（φ-（Ld-Lq）*id_fdb）其中，T_fdb为电机扭矩实际输出值；id_fdb为磁通电流反馈值；iq_fdb为扭矩电流反馈值；Ld为id_fdb下的直轴电感；Lq为iq_fdb下的交轴电感；np为电机极对数；φ为电机永磁链。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：扭矩电流补偿积分调节模块（06）包括相连接的积分电路和限幅电路。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：调制模块为SVPWM调制模块。

截至2013年12月30日，永磁同步电机因扭矩响应快、功率密度高等优点，在纯电动车和混合动力汽车上得到了广泛应用，电机的驱动控制成为研究的热点。在新能源汽车上多采用扭矩控制方式进行电机驱动，电机控制器响应整车控制器的扭矩命令，驱动电机，进行车辆的正常控制。因此，对电机控制扭矩的精度提出了较高的要求。但在实际控制中，由于电机电感复杂的饱和特性，很难准确地标定和辨识，这样会造成扭矩控制上的偏差，从而影响整车控制性能。

一种永磁同步电机扭矩输出控制系统专利目的

为解决2013年12月前永磁同步电机扭矩控制系统因难以对电机电感准确地标定和辨识而造成对电机输出扭矩的控制会产生较大偏差的技术问题，该发明提出一种永磁同步电机扭矩输出控制系统。

一种永磁同步电机扭矩输出控制系统技术方案

《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》包括依次电连接的调制模块、逆变器和永磁同步电机，其特征在于还包括：

3/2变换模块：用于对电机的三相输出电流进行3/2变换，输出磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值；扭矩计算模块：用于根据磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值计算出电机扭矩实际输出值；需求电流计算模块：用于根据输入的电机扭矩输出需求值计算出该需求值对应的磁通电流需求值和扭矩电流需求值；扭矩比较器：用于计算电机扭矩输出需求值与电机扭矩输出实际值的差值；扭矩电流补偿积分调节模块：用于对电机扭矩输出需求值与电机扭矩输出实际值的差值进行积分调节，计算出扭矩电流补偿值；扭矩电流加法器：用于计算扭矩电流需求值与扭矩电流补偿值的和值，即为扭矩电流参考值；磁通电流计算模块：用于根据磁通电流需求值、扭矩电流需求值和扭矩电流参考值计算出磁通电流参考值；扭矩电流比较器：用于计算扭矩电流参考值与扭矩电流反馈值的差值；磁通电流比较器：用于计算磁通电流参考值与磁通电流反馈值的差值；和电流PI调节模块：用于根据扭矩电流参考值与扭矩电流反馈值的差值以及磁通电流参考值与磁通电流反馈值的差值分别计算出电机同步旋转坐标下d轴电压和q轴电压，并将两电压值送入调制模块。

进一步的，需求电流计算模块包括：电极电感计算单元：用于根据电机直轴和交轴电感的饱和特性计算不同电机电流下对应的电机电感；和电流需求值计算单元：以最大扭矩电流比为控制目标，计算电机扭矩输出需求值对应的磁通电流需求值和扭矩电流需求值。

进一步的，磁通电流计算模块用于按如下公式计算：is_ref1=sqrt（id_ref1^2 iq_ref1^2），id_ref2=sqrt（is_ref1^2-iq_ref2^2）；其中，is_ref1为磁通电流需求值和扭矩电流需求值确定的定子电流需求值，id_ref1为磁通电流需求值，iq_ref1为扭矩电流需求值，id_ref2为磁通电流参考值，iq_ref2为扭矩电流参考值。

进一步的，扭矩计算模块用于按如下公式计算：T_fdb=1.5*np*iq_fdb*（φ-（Ld-Lq）*id_fdb）其中，T_fdb为电机扭矩实际输出值；id_fdb为磁通电流反馈值；iq_fdb为扭矩电流反馈值；Ld为id_fdb下的直轴电感；Lq为iq_fdb下的交轴电感；np为电机极对数；φ为电机永磁链。

进一步的，扭矩补偿积分调节模块包括相连接的积分电路和限幅电路。

进一步的，调制模块为SVPWM（SpaceVectorPulseWidthModulation，空间矢量脉宽调制）调制模块。

一种永磁同步电机扭矩输出控制系统改善效果

《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》在控制扭矩输出的基础上，以实际输出扭矩为目标，计算出扭矩偏差，用扭矩偏差去修正磁通电流和扭矩电流的匹配关系，使得电机扭矩输出跟踪目标扭矩。《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》在得到电机电感参数进行最大扭矩电流比控制中，使用计算的反馈扭矩和目标需求扭矩的偏差进行积分调节，进行扭矩电流的补偿，从而动态跟踪目标需求扭矩，既避免了工程离线标定扭矩的复杂过程，又解决了电感参数标定不准带来的扭矩精度问题，并且工程上实现方便实用。

如图1所示，《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》实施例的永磁同步电机扭矩输出控制系统，包括SVPWM调制模块、逆变器、永磁同步电机01、3/2变化模块02、扭矩计算模块03、需求电流计算模块04、扭矩比较器05、扭矩电流补偿积分调节模块06、扭矩电流加法器07、磁通电流计算模块08、扭矩电流比较器09、磁通电流比较器10和电流PI调节模块11。

调制模块、逆变器和永磁同步电机01依次电连接，永磁同步电机01的三相输出分别接3/2变换模块02。

3/2变换模块02对电机的三相输出电流进行3/2变换，输出磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值，其输出的磁通电流反馈信号分别发送给扭矩计算模块03和磁通电流比较器10，其输出的扭矩电流反馈信号分别发送给扭矩计算模块03和扭矩电流比较器09。

扭矩计算模块03根据磁通电流反馈值和扭矩电流反馈值计算出电机扭矩实际输出值，输出至扭矩比较器05；扭矩比较器05计算出电机扭矩输出需求值与电机扭矩输出实际值的差值，将该差值输出至扭矩电流补偿积分调节模块06；扭矩电流补偿积分调节模块

2018年12月20日，《一种永磁同步电机扭矩输出控制系统》获得第二十届中国专利优秀奖。

1.扭矩信号输出基本形式：

· 方波信号、脉冲信号。

· 可根据用户需要制成电压模拟信号输出或电流模拟信号输出（单向、静止扭矩测量）。

2.扭矩信号处理形式：

· 扭矩传感器输出的频率信号送到频率计或数字表，直接读取与扭矩成正比的频率信号或电压、电流信号。

· 扭矩传感器的扭矩与频率信号送给单片机二次仪表，直接显示实时扭矩值、转速及输出功率值及 RS232通讯信号。

· 直接将扭矩与转速的频率信号送给计算机或 PLD进行处理。