一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法技术

本发明专利技术涉及一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，该方法通过采集内置式永磁同步电机运行过程中的交轴电压、直轴电压、交轴电流、直轴电流以及转速信号，建立永磁同步电机参数辨识模型，提出使用改进的粒子群算法对永磁同步电机的定子电阻Rs、交轴电感Lq、直轴电感Ld以及永磁体磁链ψf进行在线辨识。使用在线辨识结果实时更新MTPA计算公式，从而使得在需求转矩下，电机的定子电流最小，进而提高电流利用率，减小电机损耗，提升电机效率。本发明专利技术通过改进的粒子群算法对电机参数进行在线辨识，并对电机参数实时更新，解决了MTPA工作点难以在线计算的难题，无需预先标定，提升了电机开发过程的工作效率。机开发过程的工作效率。机开发过程的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法


[0001]本专利技术属于内置式永磁同步电机驱动控制
，尤其涉及一种基于参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法。

技术介绍

[0002]内置式永磁同步电机在基速以下一般采用最大转矩电流比的控制方式，充分利用电机的磁阻转矩，寻找最优的交直轴电流组合，实现在一定转矩下，定子电流最小，以减少铜损，提高电机效率。
[0003]目前，工程实践上一般采用人工标定的方法，寻找每个电流值对应的最佳角度，再制成表格，通过查表的方式对电机进行控制，这种人工标定的方式工作量较大。而使用公式法计算最大转矩电流比的方法，则因电机参数会在电机运行过程中产生非线性变化而难以发挥作用。
[0004]申请公布号为CN105591582A的中国专利技术专利公布文本公开了一种永磁同步电机的控制方法及控制装置，通过使用最小二乘法辨识电机参数，再根据辨识得到的结果计算MTPA(最大转矩电流比控制)曲线并生成电机参数表，从而实现了对电机的控制。该方案通过对电机参数的在线辨识提高了永磁同步电机的控制精度和响应速度。但该方案采用分步辨识的方式对电机参数分开辨识，导致算法辨识时间长，且辨识精度不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，用以解决现有技术永磁同步电机控制中，电机参数辨识算法时间长，且辨识精度低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0007]本专利技术的一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法的技术方案，包括如下步骤：
[0008]1)建立永磁同步电机在d
‑
q轴旋转坐标系下的电机数学模型，所述电机数学模型描述d
‑
q轴电压、d
‑
q轴电流、d
‑
q轴电感、定子电阻、转子电角速度及永磁体磁链之间的数学关系；
[0009]2)根据电机数学模型得到具有待辨识电机参数的混合状态方程，将混合状态方程基于永磁同步电机状态方程，建立参数辨识可调模型及对应适应度函数；所述待辨识电机参数包括d轴电感、q轴电感、定子电阻、永磁体磁链；
[0010]3)实时采集永磁同步电机的电流、电压及转速信号；
[0011]4)基于采集的电流、电压及转速信号，使用粒子群算法对待辨识电机参数进行参数辨识；
[0012]5)根据需求转矩，和辨识得到的电机参数，根据最大转矩电流比计算公式，得到所需d
‑
q轴电流。
[0013]本专利技术提供了一种内置式永磁同步电机基于改进的粒子群算法进行参数辨识的
最大转矩电流比控制方法。对于永磁同步电机模型已知，而参数未知的情况，可以将参数辨识问题转化为系统优化问题，通过不断调整辨识模型中的参数值，使得系统输出与模型输出之间的误差达到最小。
[0014]本专利技术的方法针对电机的定子电阻、交直轴电感以及永磁体磁链在电机的运行过程中会由于温度和磁饱和效应等原因产生非线性变化，该控制方法通过改进的粒子群算法，对电机参数进行精确辨识，并将辨识结果代入MTPA计算公式，直接计算出当转矩一定的情况下，定子电流最小时的d
‑
q轴电流。解决了MTPA工作点因电机参数变化而无法准确计算的难题。
[0015]本专利技术提出改进的粒子群算法对电机的四个参数同时进行在线辨识，辨识精度更高，收敛速度更快，有效地减少了算法的运行时长，降低了系统的计算负担。
[0016]进一步地，步骤1)中，所述电机数学模型为：
[0017][0018]其中，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d轴电感、L
q
为q轴电感、R
S
为定子电阻、ω
e
为转子电角速度、Ψ
f
为永磁体磁链。
[0019]进一步地，步骤2)中，当电机处于稳态时，将电机数学模型进行离散化得到离散化公式：
[0020][0021]其中，k表示第k次采样；
[0022]将所述电机数学模型和离散化公式结合，得到所述混合状态方程。
[0023]进一步地，步骤2)中，所述混合状态方程为：
[0024][0025]其中，x1＝[i
d
，i
q
，ω
e
]，表示连续状态下的输入信号；x2＝[i
d
(k)，i
q
(k)，ω
e
(k)]，表示离散状态下的输入信号；G＝[R
s
，L
d
，L
q
，Ψ
f
]，表示待辨识参数；y1＝[u
d
，u
q
]，表示连续状态下的输出信号；y2＝[u
d
(k)，u
q
(k)]，表示离散状态下的输出信号。
[0026]进一步地，
[0027][0028][0029]进一步地，步骤2)中，所述参数辨识可调模型为：
[0030][0031]式中，
[0032]所述适应度函数为：
[0033][0034]其中，a1、a2为权重系数。
[0035]进一步地，步骤4)中，对所述粒子群算法采用反向学习的方式进行种群初始化；根据经验确定种群位置范围以及速度范围；随机生成种群X(s)的初始位置x
ij
及初始速度v
ij
，i＝1，2...m，m为粒子数量，j＝1，2...n，n为粒子维数；计算种群中每个个体的对称个体，生成相应的对称种群
[0036][0037][0038]其中，x
max
和x
min
分别为种群位置的上下限，x
ij
∈[x
max
，x
min
]，v
max
和v
min
分别为种群速度的上下限，v
ij
∈[v
max
，v
min
]；
[0039]从随机生成种群X(s)及其相应的对称种群中选取最优个体组成初始种群。
[0040]进一步地，所述粒子群算法中粒子速度和位置更新的方式为：
[0041]v
ij
(t+1)＝wv
ij
(t)+c1r1(gbest
(pi)j
(t)
‑
x
ij
(t))+c2r2(zbest
j
(t)
‑
x
ij
(t))
[0042]x
ij
(t+1)＝x
ij
(t)+v
ij
(t+1)
[0043]其中，gbes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最大转矩电流比控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立永磁同步电机在d
‑
q轴旋转坐标系下的电机数学模型，所述电机数学模型描述d
‑
q轴电压、d
‑
q轴电流、d
‑
q轴电感、定子电阻、转子电角速度及永磁体磁链之间的数学关系；2)根据电机数学模型得到具有待辨识电机参数的混合状态方程，将混合状态方程基于永磁同步电机状态方程，建立参数辨识可调模型及对应适应度函数；所述待辨识电机参数包括d轴电感、q轴电感、定子电阻、永磁体磁链；3)实时采集永磁同步电机的电流、电压及转速信号；4)基于采集的电流、电压及转速信号，使用粒子群算法对待辨识电机参数进行参数辨识；5)根据需求转矩，和辨识得到的电机参数，根据最大转矩电流比计算公式，得到所需d
‑
q轴电流。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述电机数学模型为：其中，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d轴电感、L
q
为q轴电感、R
S
为定子电阻、ω
e
为转子电角速度、Ψ
f
为永磁体磁链。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，步骤2)中，当电机处于稳态时，将电机数学模型进行离散化得到离散化公式：其中，k表示第k次采样；将所述电机数学模型和离散化公式结合，得到所述混合状态方程。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述混合状态方程为：其中，x1＝[i
d
,i
q
,ω
e
]，表示连续状态下的输入信号；x2＝[i
d
(k),i
q
(k),ω
e
(k)]，表示离散状态下的输入信号；G＝[R
S
,L
d
,L
q
,Ψ
f
]，表示待辨识参数；y1＝[u
d
,u
q
]，表示连续状态下的输出信号；y2＝[u
d
(k),u
q
(k)]，表示离散状态下的输出信号。5.根据权利要求4所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述参数辨识可调模型为：式中，所述适应度函数为：其中，a1、a2为权重系数。7.根据权利要求6所述的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，步骤4)中，对所述粒子群算法采用反向学习的方式进行种群初始化；根据经验确定种群位置范围以及速度范围；随机生成种群X(s)的初始位置x
ij
及初始速度v
ij
，i＝1,2
…
m，m为粒子数量，j＝1,2
…
n，n为粒子维数；计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建平，冯毅潇，郗建国，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：