【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉永磁同步电机控制领域，尤其设计一种基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法及装置。
技术介绍
1、永磁同步电机以其损耗小、效率高和功率密度大等优势，在军工制造、航空航天、电动汽车、医疗设备等领域均得到广泛应用，并占据了举足轻重的地位。最大转矩电流比(maximum torque per ampere，mtpa)控制是在输出电磁转矩相同的情况下，通过合理的控制算法使得定子电流幅值最小，从而减少铜损，提高电机运行效率。因此，mtpa控制对应的工作点可理解为电机最大效率工作点，永磁同步电机也大多采用mtpa控制策略。mtpa控制有多种方法，如：公式法、曲线拟合法。然而，这些方法均建立在电机参数恒定不变的假设之上。在实际运行过程中，由于温升或机械摩擦等的影响，电机参数不可避免地会发生变化，这可能导致控制轨迹偏离理想的mtpa曲线，从而无法达到预期的控制效果。
2、相较于传统方法对电机参数的依赖性和敏感性，利用极值搜索算法实现电机mtpa控制对电机参数依赖性不强，收敛速度快，且准确性较高。常用的极值搜索算法有单扰动极值搜索、滑模极值搜索、无稳态振荡极值搜索、智能算法极值搜索等方法。
3、滑模极值搜索具有收敛速度快，鲁棒性强的特点，但其与经典扰动极值搜索算法相同，存在稳态振荡这一缺点，甚至滑模极值搜索的稳态振荡更为剧烈。无稳态振荡极值搜索虽然在稳态不产生振荡，但收敛时间却有待进一步提高。
4、因此，如何合理运用极值搜索算法实现快速收敛至电机mtpa控制的定子电流幅值最小值点，且能不产生稳
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法及装置，在极值搜索过程的收敛阶段采用滑模极值搜索算法快速收敛至极值点附近，通过设计的切换律，在稳态阶段切换至无稳态振荡的极值搜索算法，消除稳态振荡，保证稳态性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，所述方法包括以下步骤：
4、根据在mtpa控制下单位电流电磁转矩对定子电流矢量角的导数为零，建立永磁同步电机mtpa控制的数学模型；
5、通过建立的永磁同步电机mtpa控制的数学模型提取永磁同步电机的反馈电流矢量幅值，并选取电机直轴电流为极值搜索算法的搜索变量；
6、构建基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制的数学模型，所述永磁同步电机mtpa控制的数学模型包括滑模极值搜索算法模型和无稳态振荡极值搜索算法模型；
7、通过两种极值搜索算法的切换控制对电机最小定子电流幅值点追踪，实现永磁同步电机mtpa控制；
8、所述两种极值搜索算法的切换控制是以系统收敛至极值点附近作为切换条件以及满足相应的切换律，来实现切换过程；当系统中的某一状态满足切换条件时，系统由滑模极值搜索算法切换到无稳态振荡的扰动极值搜索算法，并将当前时刻滑模极值搜索算法输入的估计值作为初值输入到构建的无稳态振荡极值搜索算法模型内，进一步对电机最小定子电流幅值点进行在线极值追踪。
9、在一种实施方式中，所述永磁同步电机mtpa控制的数学模型为：
10、te＝1.5p[ψfid++(ld-lq)]idiq
11、
12、其中，te为电机电磁转矩，p代表电机极对数，ld,lq分别为电机d,q轴电感值，ψf为电机转子磁链，is为定子电流幅值，id,iq分别为电机d,q轴电流。mtpa工况点的含义就是相同转矩下对应的定子电流幅值最小的工况点。
13、在一种实施方式中，所述滑模极值搜索算法模型的构建过程如下：
14、当电机系统稳定时，电磁转矩值恒定，利用转速环获取的定子电流给定值作为系统的成本函数y(t)，并采用滑模极值搜索算法搜索恒定电磁转矩情况下的最优d轴电流以最小化幅值，从而实现永磁同步电机mtpa控制；
15、切换函数s(t)是定子电流幅值的绝对值和负常数ρ对时间的积分的差值，计算过程如下：
16、
17、其中，滑模极值搜索的参数ρ,k,β均为常数，且满足ρ<0,k>0,β>0。
18、在一种实施方式中，所述无稳态振荡极值搜索算法模型的构建过程如下：
19、无稳态振荡极值搜索算法的激励信号选为sinωt，其中，ω为激励信号的周期，高通滤波器设计为s/(s+ωh)，ωh为滤波器的截止角频率，低通滤波器设计为ωl/(s+ωl)，ωl为低通滤波器的截止角频率；
20、同时无稳态振荡极值搜索算法引入r这一设计参数，参数r代表一个常值增益，根据算法搜索的极值为极大值还是极小值来设计参数r的符号，使得扰动信号幅值始终大于零。
21、在一种实施方式中，所述参数r代替了经典极值搜索算法的激励信号幅值a这一设计参数，可通过调节参数r值来调节算法的收敛速度。
22、在一种实施方式中，无稳态振荡极值搜索算法对电机最小定子电流幅值点进行极值追踪的具体过程如下：
23、无稳态振荡极值搜索的初始值即为滑模极值搜索得到的估计值，此信号经过高通滤波器后分为两路：一路与sinωt相乘并积分，积分系数为k；另一路经过低通滤波估算梯度η，梯度经增益r放大后与sinωt相乘，将两路信号相加后即可锁定电机定子电流幅值的最小值。
24、在一种实施方式中，控制两种极值搜索算法切换的切换律设计过程为：
25、根据系统是否处于滑模面上，滑模极值搜索算法的收敛过程分为：i.收敛阶段；ii.受迫跟踪阶段；iii.稳态振荡阶段；为了能够充分利用滑模极值搜索算法在动态收敛阶段的优势，以及在稳态阶段切换至无稳态振荡极值搜索算法，两种算法的切换动作应该发生在受迫跟踪阶段刚刚结束，而稳态振荡阶段刚刚开始的时刻；
26、在滑模极值搜索初始时刻，有s0/β＝y0/β，对于任意初始值y0收敛到滑模面有以下三种可能，即[y0/β]以及[y0/β]±β，当系统收敛到滑动模态消失时，在此区域内有：
27、
28、对于任意的信号s0，信号s(t)会先收敛到最近的滑模上，受迫跟踪阶段结束后，其会以斜率近似为-ρ增大(ρ<0)，因此选取信号s(t)作为切换律的控制信号，并将[y0/β]+β作为阈值，来判断系统是否达到稳态振荡阶段；
29、考虑到滑模控制的抖动造成的误切换，将阈值增大一个滑模线，即选为[y0/β]+3β，当s(t)≥[y0/β]+3β时，系统处于稳态振荡阶段，此时能够实现两个算法之间的切换。
30、在一种实施方式中，控制两种极值搜索算法的切换律由状态判断以及数值保持两部分组成；状态判断部分的输入为切换律的控制信号s(t)，输出为当前系统状态值，在算法的收敛阶段及受迫跟踪阶段，状态值为0；当状态值变为1时，系统达到稳态收敛阶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机MTPA控制的数学模型为：
3.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，所述滑模极值搜索算法模型的构建过程如下：
4.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，所述无稳态振荡极值搜索算法模型的构建过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，所述参数r代替了经典极值搜索算法的激励信号幅值a这一设计参数，可通过调节参数r值来调节算法的收敛速度。
6.根据权利要求4所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，无稳态振荡极值搜索算法对电机最小定子电流幅值点进行极值追踪的具体过程如下：
7.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，控制两种极值
8.根据权利要求7所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，控制两种极值搜索算法的切换律由状态判断以及数值保持两部分组成；状态判断部分的输入为切换律的控制信号s(t)，输出为当前系统状态值，在算法的收敛阶段及受迫跟踪阶段，状态值为0；当状态值变为1时，系统达到稳态收敛阶段，此时数值保持器开始作用，算法由滑模极值搜索算法切换到无稳态振荡扰动极值搜索算法。
9.一种基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制装置，其特征在于，所述装置包括：
10.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机MTPA控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机mtpa控制的数学模型为：
3.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，所述滑模极值搜索算法模型的构建过程如下：
4.根据权利要求1所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，所述无稳态振荡极值搜索算法模型的构建过程如下：
5.根据权利要求4所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，所述参数r代替了经典极值搜索算法的激励信号幅值a这一设计参数，可通过调节参数r值来调节算法的收敛速度。
6.根据权利要求4所述的基于极值搜索算法的永磁同步电机mtpa控制方法，其特征在于，无稳态振荡极值搜索算法对电机最小定子电流幅值...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，宁灿灿，曹嘉鹏，朱季枫，汪煜琦，吴翔，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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