[發(fā)明專利]永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法及控制器

有效

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• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109831138B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉平;黃守道;陳常樂;王建武;覃思雨;李力爭
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/05
• 代理公司: 北京旭路知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11567
• 代理人: 瞿衛(wèi)軍;莫舒穎

1.一種永磁同步電機最大效率轉(zhuǎn)矩比控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、根據(jù)給定的永磁同步電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T_eSP，采用MTPA曲線迭代獲取目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T_eSP對應(yīng)的最小電流工作點下的定子dq軸電流i_dSP、i_qSP；

S2、根據(jù)電機約束條件，建立永磁同步電機工作點選取模型；

S3、根據(jù)永磁同步電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T_eSP，當(dāng)前永磁同步電機的電壓極限橢圓|U|_lim、電流極限圓I_max，基于永磁同步電機工作點選取模型，獲取新的工作點i_d^*、i_q^*；

所述步驟S2中，電機約束條件包括：

電機約束條件一：

新工作點i_d^*、i_q^*應(yīng)位于電壓極限橢圓的內(nèi)部，即要滿足電壓要求：d|U|≤d|U|_SP；

|U|為永磁同步電機定子電壓單相幅值，|U|_SP為永磁同步電機定子電壓單相幅值的限制值；d|U|表示電壓幅值的增量；d|U|_SP表示電壓幅值的限制值的增量；

電機約束條件二：

新工作點i_d^*、i_q^*應(yīng)位于電流極限圓的內(nèi)部，即要滿足電流要求：

(i_d^*)²+(i_q^*)²≤I_max²；

若新工作點i_d^*、i_q^*因為優(yōu)先滿足約束條件一而導(dǎo)致無法滿足(i_d^*)²+(i_q^*)²≤I_max²，則新工作點i_d^*、i_q^*的選取應(yīng)滿足電流要求：

min[(i_d^*)²+(i_q^*)²]；

電機約束條件三：

新工作點i_d^*、i_q^*的實際轉(zhuǎn)矩T_e應(yīng)當(dāng)與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的距離最小，即新工作點對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足轉(zhuǎn)矩要求：min|dT_eSP-dT_e|；

電機約束條件四：

新的工作點i_d^*、i_q^*應(yīng)當(dāng)最靠近MTPA方式計算得到的電流工作點i_dSP、i_qSP，即新的工作點應(yīng)滿足效率要求：min|di_dSP-di_d^*|；

所述步驟S2包括：

建立直軸電流i_d和交軸電流i_q的dq坐標(biāo)系，在dq坐標(biāo)系中，建立電壓極限橢圓、電流極限圓、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制曲線、目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線；

根據(jù)電機約束條件，建立永磁同步電機工作點選取模型：

模型一：若電壓極限橢圓與電流極限圓沒有交點，且在dq坐標(biāo)系中，電壓極限橢圓整體位于電流極限圓左邊，則根據(jù)電機約束條件一和約束條件二，選擇電壓極限橢圓與定子d軸的右交點作為新工作點i_d^*、i_q^*；

模型二：若電壓極限橢圓與電流極限圓有交點，且目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓沒有交點，電流極限圓與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線最近的點位于電壓極限橢圓的內(nèi)部，則根據(jù)電機約束條件一、電機約束條件二和電機約束條件三，選擇MTPA曲線與電流極限圓的交點作為新工作點；

模型三：若電壓極限橢圓與電流極限圓有交點，且目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓有交點，MTPA曲線與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點位于電壓極限橢圓的內(nèi)部，則根據(jù)電機約束條件一、電機約束條件二、電機約束條件三、電機約束條件四，選擇MTPA曲線與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點作為新工作點；

模型四：若電壓極限橢圓與電流極限圓有交點，且目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓沒有交點，電流極限圓上與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線最近的點位于電壓極限橢圓的外部，則根據(jù)電機約束條件一、電機約束條件二和電機約束條件三，選擇電流極限圓和電壓極限橢圓的交點作為新工作點；

模型五：若電壓極限橢圓與電流極限圓有交點，目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓有交點，MTPA曲線與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點位于電壓極限橢圓的外部，電壓極限橢圓與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點位于電流極限圓內(nèi)部，則根據(jù)電機約束條件一、電機約束條件二、電機約束條件三和電機約束條件四，選擇電壓極限橢圓與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點作為新的工作點；

模型六：若電壓極限橢圓與電流極限圓有交點，目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓有交點，且MTPA曲線與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點位于電壓極限橢圓的外部，電壓極限橢圓與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點位于電流極限圓外部，則根據(jù)電機約束條件一、電機約束條件二和電機約束條件三，選取電壓極限橢圓與電流極限圓交點作為新的工作點；

所述步驟S3包括：

S31、獲取當(dāng)前永磁同步電機的電壓極限橢圓|U|_lim、電流極限圓I_max；

S32、判斷電壓極限橢圓與電流極限圓是否有交點，若否，則獲取第一交點i_dq0、0，并將第一交點i_dq0、0作為新工作點；所述第一交點i_dq0、0為電壓極限橢圓定子d軸的右交點，若是則執(zhí)行步驟S33；

S33、判斷目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線與電流極限圓是否有交點，若否，則執(zhí)行步驟S34，若是，則執(zhí)行步驟S35；

S34、獲取第二交點i_dTm、i_qTm，判斷第二交點i_dTm、i_qTm是否位于電壓極限橢圓的內(nèi)部，若是，則將第二交點作為新工作點，若否則執(zhí)行步驟S36；所述第二交點i_dTm、i_qTm為電流極限圓與MTPA曲線的交點；

S35、獲取第三交點i_dSP、i_qSP，判斷第三交點i_dSP、i_qSP是否位于電壓極限橢圓的內(nèi)部，若否，則執(zhí)行步驟S37，若是，則將第三交點i_dSP、i_qSP作為新工作點；所述第三交點i_dSP、i_qSP為MTPA曲線與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩曲線的交點；

S36、獲取第四交點，并將第四交點作為新工作點；所述第四交點為電流極限圓和電壓極限橢圓的交點i_dUI、i_qUI；

S37、獲取第五交點i_dUT、i_qUT，判斷第五交點i_dUT、i_qUT是否位于電流極限圓內(nèi)部，若是，則將第五交點i_dUT、i_qUT作為新工作點；若否，則執(zhí)行步驟S38；所述第五交點i_dUT、i_qUT為電壓極限橢圓與轉(zhuǎn)矩曲線的交點i_dUT、i_qUT；

S38、獲取第六交點i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`，并將第六交點i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`作為新工作點；所述第六交點i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`為電壓極限橢圓與電流極限圓的交點i_dUI`、i<sub>qUI</sub>`；

所述步驟S36中，獲取第四交點i_dUI、i_qUI包括：

判斷第一交點i_d0、0的橫坐標(biāo)是否大于第二交點i_dTm、i_qTm的橫坐標(biāo)，若是，則以第二交點i_dTm、i_qTm為迭代起始點i_d0、i_q0，建立dq坐標(biāo)系，根據(jù)公式一進行迭代，獲取第四交點i_dUI、i_qUI；

若否，則獲取為第七交點，并以第七交點迭代起始點i_d0、i_q0，建立dq坐標(biāo)系，根據(jù)公式二進行迭代，獲取第四交點i_dUI、i_qUI；

所述第七交點為以第一交點i_dq0、0的橫坐標(biāo)為橫坐標(biāo)的電流極限圓上的點；

所述公式一為：

其中，I^*＝D_u×u+λ·v+x₀，D_u＝u-u^T·x₀，x₀＝[-i_d0,-i_q0]^T＝[-i_dTm,-i_qTm]^T，r_d＝R_Su_d0+ω_eL_du_q0，r_q＝R_Su_q0+ω_eL_qu_d0，L_d為當(dāng)前永磁同步電機的定子d軸電感，L_q為當(dāng)前永磁同步電機的定子q軸電感，u_d0為當(dāng)前永磁同步電機的d軸電流，u_q0為當(dāng)前永磁同步電機的q軸電流，ω_e為當(dāng)前永磁同步電機的電角速度，R_S為永磁同步電機的定子電阻；

所述公式二為：