一种永磁同步电机高效率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机高效率控制方法，包括：通过电机参数相互关系式筛选出低速MTPA（最大转矩电流比）工作点，即第一工作区域工作点；通过台架测试获取一组高速弱磁电压极限椭圆工作点；将台架测试获取数据导入MATLAB，利用MATLAB的数据拟合工具箱拟合出第二工作区域其余工作点；以定子相电压峰值为界，将所获取的所有点合并为一张表格；通过给定的力矩与反馈的速度查询生成的表格，直接获得当前状态下的最优工作电流。采用上述技术方案，表格数据少，占用存储空间少；对电机运行区域分开处理，并在弱磁电压极限椭圆区域进行电流补偿，使得控制更加全面，准确。准确。准确。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机高效率控制方法


[0001]本专利技术属于电机驱动控制的
更具体地，本专利技术涉及一种永磁同步电机高效率控制方法。

技术介绍

[0002]随着经济的不断发展，汽车的数量增长迅猛，在国家大力提倡环护的时代，电动汽车成为了必然的发展趋势。电动汽车电机驱动控制系统作为电动汽车的核心组件，它是提高电动汽车的驱动性能、行驶里程及其可靠性、安全性的根本保证。电动汽车的驱动系统需要车辆行驶速度范围宽和负载变化大的转矩转速特性。
[0003]传统比例积分(PI)调节器容易出现超调及振荡调整过程，动态性能受到影响，难以满足电动汽车所要求的的高性能要求。采用滞环控制快速性好，但存在纹波大、开关频率不固定等缺陷，不适用于高性能控制场合。
[0004]针对传统电流环的调节范围广、响应速度慢等缺点，本专利提出了一种精确的查表方法，通过提高直轴电流和交轴电流的精度，能够对电机在低速MTPA(最大转矩电流比)工作区和弱磁电压极限椭圆工作区均能进行准确控制，提高控制系统的效率以及动态响应性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种永磁同步电机高效率控制方法，其目的是提高对全速范围内直轴电流和交轴电流的精度，实现对永磁同步机转矩的精确控制，以解决传统电流环调节范围广、响应速度慢等问题。
[0006]本专利技术提供一种永磁同步电机高效率控制方法，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1：通过电机参数相互关系式筛选出低速MTPA(最大转矩电流比)工作点，即第一工作区域工作点(第一工作区为低速MTPA工作区，第二工作区为高速弱磁电压极限椭圆工作区)；
[0008]步骤2：通过台架测试获取一组高速弱磁电压极限椭圆工作点；
[0009]步骤3：将台架测试获取数据导入MATLAB，利用MATLAB的数据拟合工具箱拟合出第二工作区域其余工作点；
[0010]步骤4：以定子相电压峰值为界，将所获取的所有点合并为一张表格；
[0011]步骤5：通过给定的力矩与反馈的速度查询生成的表格，直接获得当前状态下的最优工作电流。
[0012]可选地，所述步骤1中电机参数相互关系式，具体公式如下：
[0013]定子电压方程：
[0014][0015]u
s2
＝u
d2
+u
q2
[0016]其中，“R”为定子电阻很小，可以忽略；“u
s”为定子相电压；“u
d”为d轴电压；“u
q”为q轴电压；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；“ω
e”为电机的转速；为电机的磁链。
[0017]电磁转矩方程：
[0018][0019]其中，“P
n”为电机的极对数；“T
e”为电机的转矩；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链。
[0020]若最大定子电流I＝500A，可得：
[0021]i
d2
+i
q2
≤5002[0022]其中，“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流。
[0023]联立上述两式，可以解得电磁转矩的范围为﹣349N
·
m～349N
·
m，结合实际情况选择电磁转矩范围为﹣300N
·
m～300N
·
m。
[0024]电磁转矩方程为电机运行必要条件，受其他因素限制，具体公式如下：
[0025][0026]其中，“u
s”为定子相电压，“U
dc”为母线电压。
[0027]为得到最大转矩电流比，可设下列方程
[0028]i
d2
+i
q2
＝h2[0029]根据拉格朗日乘子法，保证h的值最小，可得到MTPA方程：
[0030][0031]其中，“h”为定子电流；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链。
[0032]电磁转矩方程为电机运行的状态方程，上述三式为电机运行时的约束方程。
[0033]可选地，所述步骤1中电磁转矩方程可以计算出对应的i
d
、i
q
数据，通过三个约束方程筛选出符合要求的电流值，即为第一工作区MTPA的工作点。
[0034]可选地，所述步骤2中通过台架测试获取一组高速弱磁电压极限椭圆工作点具体方法如下：
[0035]在测试台架上利用两台电机进行对拖，通过上位机操作陪测电机给定转速，通过上位机操作被测电机给定i
s
；陪测机选取一个低转速，在所选低转速和峰值转速之间按同一步长选取10个转速点。在每个转速点下，通过上位机操作被测电机给定i
s
，i
s
值从0一直加到定子相电压峰值u
smax
时记录下此时的i
s
的值；在当前i
s
的值和加到电机峰值功率的i
s
值之间选取10个点进行记录数据，记录下转速、转矩、i
d
、i
q
的值。
[0036]可选地，在所述步骤3中将台架测试获取数据导入MATLAB，利用MATLAB的数据拟合工具箱拟合出第二工作区域其余工作点，具体方法如下：
[0037]将所述弱磁电压极限椭圆工作点数据导入MATLAB，并把转矩、转速、i
d
和i
q
的相互关系式写入MATLAB拟合工具箱CFTOOL中的自定义函数Liner Fitting中，然后根据已有的数据点拟合出第二工作区域中其余的点；
[0038]所述弱磁电压极限圆转矩、转速、i
d
和i
q
之间的关系式具体如下：
[0039]转速、i
d
、i
q
之间的关系式为：
[0040][0041]其中，“u
smax”为定子相电压峰值；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链；。
[0042]转矩、i
d
、i
q
之间的关系式为电磁转矩方程：
[0043][0044]其中，“T
e”为电机的转矩；“P
n”为电机的极对数；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机高效率控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：通过电机参数相互关系式筛选出低速MTPA(最大转矩电流比)工作点，即第一工作区域工作点(第一工作区为低速MTPA工作区，第二工作区为高速弱磁电压极限椭圆工作区)；步骤2：通过台架测试获取一组高速弱磁电压极限椭圆工作点；步骤3：将台架测试获取数据导入MATLAB，利用MATLAB的数据拟合工具箱拟合出第二工作区域其余工作点；步骤4：以定子相电压峰值为界，将所获取的所有点合并为一张表格；步骤5：通过给定的力矩与反馈的速度查询生成的表格，直接获得当前状态下的最优工作电流。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机高效率控制方法，其特征在于，所述步骤1中电机参数相互关系式，具体公式如下：定子电压方程：u
s2
＝u
d2
+u
q2
其中，“R”为定子电阻很小，可以忽略；“u
s”为定子相电压；“u
d”为d轴电压；“u
q”为q轴电压；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；“ω
e”为电机的转速；为电机的磁链；电磁转矩方程：其中，“P
n”为电机的极对数；“T
e”为电机的转矩；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链；若最大定子电流I＝500A，可得：i
d2
+i
q2
≤5002其中，“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；联立上述两式，可以解得电磁转矩的范围为﹣349N
·
m～349N
·
m，结合实际情况选择电磁转矩范围为﹣300N
·
m～300N
·
m；电磁转矩方程为电机运行必要条件，受其他因素限制，具体公式如下：其中，“u
s”为定子相电压，“U
dc”为母线电压。为得到最大转矩电流比，可设下列方程i
d2
+i
q2
＝h2根据拉格朗日乘子法，保证h的值最小，可得到MTPA方程：
其中，“h”为定子电流；“i
d”为d轴电流；“i
q”为q轴电流；“L
d”为电机的d轴的励磁电感；“L
q”为电机的q轴的励磁电感；为电机的磁链；电磁转矩方程为电机运行的状态方程，上述三式为电机运行时的约束方程。3.如权利要求2所述的一种永磁同步电机高效率控制方法，其特征在于，所述步骤1中电磁转矩方程可以计算出对应的i
d
、i
q
数据，通过三个约束方程筛选出符合要求的电流值，即为第一工作区MTPA的工作点。4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机高效率控制方法，其特征在于，所述步骤2中通过台架测试获取一组高速弱磁电压极限椭圆工作点具体方法如下：在测试台架上利用两台电机进行对拖，通过上位机操作陪测电机给定转速，通过上位机操作被测电机给定i
s
；陪测机选取一个低转速，在所选低转速和峰值转速之间按同一步长选取10个转速点。在每个转速点下，通过上位机操作被测电机给定i
s
，i
s
值从0一直加到定子相电压峰值u
s max
时记录下此时的i
s
的值；在当前i
s
的值和加到电机峰值功率的i
s
值之间选取10个点进行记录数据，记录下转速、转矩、i
d
、i
q
的值。5.如权利要求4所述的一种永磁同步电机高效率控制方法，其特征在于，所述步骤3中将台架测试获取数据导入MATLAB，利用MATLAB的数据拟合工具箱拟合出第二工作区域其余工作点，具体方法如下：将所述弱磁电压极限椭圆工作点数据导入MATLAB，并把转矩、转速、i
d
和i
q
的相互关系式写入MATLAB拟合工具箱CFTOOL中的自定义函数Liner Fitting中，然后根据已有的数据点拟合出第二工作区域中其余的点；所述弱磁电压极限圆转矩、转速、i
d
和i
q
之间的关系式具体如下：转速、i
d
、i
q
之间的关系式为：其中，“u
smax”为定子相电压峰值；“i
d”为d轴电流；“i

【专利技术属性】
技术研发人员：王家升，魏海峰，张懿，王浩陈，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：