消除虚拟信号注入法误差的同步电机最大转矩电流比控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟信号注入法的同步电机最大转矩电流比(MTPA)控制方法，包括：基于重建的虚拟方波注入法数学模型，将因未考虑同步电机参数非线性特性导致的误差与虚拟方波幅值的关系通过线性表达式呈现，并考虑表达式中所包含的难以准确计算的电机参数的偏导项，将误差消除问题转换为误差上界的优化问题；利用基于坐标下降法的优化方法对其进行求解，交替优化虚拟方波信号的幅值和对电机参数的偏导项的估计值，使得误差不断收敛直至完全消除，实现电机的最优MTPA控制。该方法不依赖电机参数，无需复杂的参数计算，也不用提前获取电机参数，通过不断迭代消除由未考虑参数非线性带来的控制误差，实现精准的MTPA控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
消除虚拟信号注入法误差的同步电机最大转矩电流比控制方法


[0001]本专利技术属于同步电机高性能控制
，涉及一种基于虚拟信号注入法 (VSIM)的同步电机最大转矩电流比(MTPA)控制方法。

技术介绍

[0002]同步磁阻电机转子无永磁体，内部磁场由定子电流励磁产生，具有无退磁 风险，成本低，运行可靠，弱磁扩速容易，调速范围宽等优点，近年来成为新 的研究热点。然而与永磁同步电机相比，同步磁阻电机的性能还有所欠缺，这 限制了它的应用范围。虽然对电机本体进行优化设计在一定程度上可以解决问 题，但为了进一步提高同步磁阻电机的运行性能，扩大它的应用范围，需要对 同步磁阻电机的高性能控制方法进行重点研究。
[0003]由于同步磁阻电机转子铁耗很小，当电机运行在基速以下时，铜耗为主要 的损耗。为了降低电机损耗，提升电机效率，需要对电机进行最大转矩电流比 (MTPA)控制，即在给定负载转矩下，通过调整电流角，使电机的电流最小。 虚拟信号注入法(VSIM)作为实现MTPA控制的在线搜索方法之一，因其计 算简便、响应快速且不会引入额外损耗和转矩脉动的优点，得到广泛关注。
[0004]现有的关于VSIM的研究大多应用于永磁同步电机，由于永磁同步电机非 线性特性不明显，忽略参数非线性的传统VSIM能取得较好的MTPA控制效果。 不同于永磁同步电机，同步磁阻电机转子上没有永磁体，它的磁路饱和状态完 全由电流决定，使得同步磁阻电机参数非线性变化十分显著。采用传统的 VSIM未考虑参数非线性变化特性对同步磁阻电机进行控制存在固有误差，无 法实现最优的MTPA控制效果。并且由于难以对非线性变化的参数进行精准建 模，现有的进行参数计算来量化误差再补偿的方法仍难以实现最优MTPA控制。 为实现同步磁阻电机的最优MTPA控制，有必要考虑由参数非线性特性导致的 误差，对传统VSIM方法进行优化，并且解决误差受参数非线性影响难以准确 建模的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于VSIM的同步电机MTPA控制 方法，该方法是一种不依赖参数并且可以消除误差的VSIM方法，可以在同步 电机上实现最优MTPA控制，尤其适用于同步磁阻电机的MTPA控制。
[0006]本专利技术考虑了由于同步磁阻电机参数非线性特性产生的误差，通过对虚拟 方波注入法提取的数学模型进行分析，发现该误差与注入虚拟方波信号 的幅值呈线性相关；此外，由于误差还包含未知的电机参数的偏导项，本专利技术 将误差消除问题转换为优化问题，提出一种基于坐标下降的优化算法，该算法 可以根据控制效果交替优化注入信号的幅值和对参数偏导项的估计值，使误差 逐渐收敛至0，实现电机的最优MTPA控制。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种基于虚拟信号注入法的同步电机最大转矩电流比控制方法，包括： 基于重建
的虚拟方波注入法数学模型，将因未考虑同步电机参数非线性特性导 致的MTPA控制误差与虚拟方波幅值的关系通过线性表达式呈现，并考虑表达 式中所包含的难以准确计算的电机参数的偏导项，将误差消除问题转换为误差 上界的优化问题；
[0009]利用基于坐标下降法的优化方法对其进行求解，交替优化虚拟方波信号的幅值 和对电机参数的偏导项的估计值，使得误差不断收敛直至完全消除，实现电机 的最优MTPA控制。
[0010]上述技术方案中，进一步的，基于重建的虚拟方波注入法数学模型，将因 未考虑同步电机参数非线性特性导致的MTPA控制误差与虚拟方波幅值的关系 通过线性表达式呈现，如下：
[0011]将误差ε表示为：
[0012]ε＝Aδ+B
[0013]其中
[0014][0015][0016]其中，δ为注入的虚拟方波信号的幅值，P表示电机极对数，L
d
，L
q
分别为电 机d,q轴电感参数，i
d
，i
q
分别为电机d,q轴电流，I
m
表示电流矢量的幅值，β为 电流矢量与q轴的夹角；
[0017]B中包含的电机电感参数的偏导项难以准确计算，故引入参数γ来估计B， 表示为
[0018]|ε|＝|Aδ+B|≤|Aδ+γ|+|B
‑
γ|.
[0019]于是可以通过优化误差上界来消除ε，误差上界用表示，将误差消除问题 转换为误差上界的优化问题：
[0020][0021]进一步的，通过使用坐标下降法来交替迭代更新δ和γ，使最小，根据每次 迭代更新的γ，根据δ＝root(Aδ+γ)更新δ，生成虚拟方波信号，基于VSIM控 制同步电机，提取当其逐渐接近0则实现MTPA控制，反之则进行下 一次迭代。
[0022]进一步的，迭代过程如下：
[0023]δ
(k)
＝root(Aδ
(k)
+γ
(k
‑
1)
）,
[0024]γ
(k)
＝min|B
‑
γ
(k)
|.
[0025]其中k为坐标下降法中的迭代次数；
[0026]每一次迭代中，均采用线搜索方法依据对γ进行更新，使得γ逐渐接近 B；其中：
[0027][0028]c1、K
i
是为了克服系统时延问题引入的两个参量。
[0029]进一步的，K
i
中下标i＝
↑↑
,
↑↓
,
↓↑
,
↓↓
，i中第一个箭头表示I
m
变化的趋势， 第二个箭头表示当前γ的变化趋势，且有K
↑↑
＞K
↑↓
,K
↓↑
＜K
↓↓
，c1为阈值，取正 整数。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]与传统的虚拟信号注入法MTPA控制中没有考虑因为参数非线性变化导致 的固有误差不同，本专利技术通过一种基于坐标下降法的VSIM方法，考虑该误差 并将其消除，可以在同步电机上实现最优MTPA控制。与其他通过补偿误差的 MTPA控制方法相比，本专利技术的这种方法不依赖电机参数，无需复杂的计算， 通过不断迭代消除由参数非线性带来的误差，实现精准的MTPA控制。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的方法流程图
[0033]图2是生成虚拟方波信号示意图
[0034]图3是基于VSIM的同步磁阻电机控制系统整体框图图4是实施例电机电流幅值的波形图
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。
[0036]本专利技术着眼于传统VSIM对同步磁阻电机进行控制存在固有误差的问题， 提出了不依赖参数的算法，解决了以往误差量化不准确、难度大的问题，并且 消除了误差，提供了一种高效精准的基于VSIM的MTPA控制方法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟信号注入法的同步电机最大转矩电流比(MTPA)控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于重建的虚拟方波注入法数学模型，将因未考虑同步电机参数非线性特性导致的MTPA控制误差与虚拟方波幅值的关系通过线性表达式呈现，并考虑表达式中所包含的难以准确计算的电机参数的偏导项，将误差消除问题转换为误差上界的优化问题；利用基于坐标下降法的优化方法对其进行求解，交替优化虚拟方波信号的幅值和对电机参数的偏导项的估计值，使得误差不断收敛直至完全消除，实现电机的最优MTPA控制。2.根据权利要求1所述的基于虚拟信号注入法的同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，基于重建的虚拟方波注入法数学模型，将因未考虑同步电机参数非线性特性导致的MTPA控制误差与虚拟方波幅值的关系通过线性表达式呈现，如下：将误差ε表示为：ε＝Aδ+B其中其中其中，δ为注入的虚拟方波信号的幅值，P表示电机极对数，L
d
，L
q
分别为电机d，q轴电感参数，i
d
，i
q
分别为电机d，q轴电流，I
m
表示电流矢量的幅值，β为电流矢量与q轴的夹角；B中包含的电机电感参数的偏导项难以准确计算，故引入参数γ来估计B，则有：|ε|＝|Aδ+B|≤|Aδ+γ|+|B
‑
γ|.用表示误差上界，将误差消除问题转换为误差上界的优化问题：将误差消除问题转换为误差上界的优化问题：3.根据权利要求2所述的基于虚拟信号注入法的同步电机最大转矩电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云冲，张雨馨，沈建新，史丹，黄晓艳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：