[發明專利]一種用于內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制方法

有效

• 申請號: 202110059994.4
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112910325B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 樊欣宇;桂衛華;陽春華;彭濤;陳志文;殷士才;楊超;陶宏偉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/28;H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明涉及一種用于內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制方法，(1)通過比較預測的定子電流和實際采樣得到的定子電流來判斷定子磁鏈擾動的方向；(2)通過使用給定轉矩差計算可變采樣周期；(3)利用(1)(2)改進傳統擾動觀察搜索算法，通過對磁鏈施加MTPA方法得到擾動方向來減小系統定子電流，實現系統給定轉矩不均勻變化情況下快速準確的內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制領域，特別是涉及一種用于內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制方法，特別涉及一種針對給定轉矩實時變化情況下基于擾動觀察搜索算法的內置式永磁同步電機直接轉矩控制的最大轉矩電流比控制方法。

背景技術

永磁同步電機由于其高功率密度、高效率和寬恒功率速度范圍的特點廣泛應用于各種工業應用中，例如電動汽車和地鐵的牽引傳動系統。而在永磁同步電機中，內置式永磁同步電機的永磁鐵處于轉自內部，具有機械強度高、電樞反應強的特點，適合高速運行的系統。

DTC(Direct torque control，直接轉矩控制)方法直接控制電磁轉矩和定子磁鏈，在加減速或負載變化的動態過程中，可以獲得快速的轉矩響應，而且方法簡單容易實施，被各種應用廣泛采用。

當DTC用于牽引應用時，可能無法確保在整個運行范圍內實現最佳運行，為了提高效率和功率密度，MTPA(Maximum Torque Per Ampere，最大轉矩電流比)控制是系統所必須的。MTPA算法的主要目標是使用最小的定子電流生成所需的電磁轉矩，從而使電機銅損最小。

DTC方法需要兩個輸入，即給定電磁轉矩和給定磁鏈，以使控制器實現跟蹤。轉矩和磁通量與電流矢量，磁鏈和永磁電機的電感都有復雜的數值關系。對MTPA已有很多研究，很多方法可以實現MTPA，但都有各自的缺陷。主要有：

1)查表法和曲線擬合法。在離線時根據系統參數和當前的給定轉矩制作表格或擬合曲線，系統運行時直接使用表格和擬合出的曲線。但是查表法受參數變化的影響很大，需要假設定子電阻、電感、永磁體磁鏈等參數在永磁同步電機的整個工作范圍內是恒定的。由于內置式永磁同步電機中的工作點變化、磁飽和、交叉飽和磁體退化導致等問題，查表法無法始終確保系統處于最佳的工作條件。

2)信號注入法，主要原理是注入高頻信號，根據系統響應提取最佳MTPA工作點，包括實際信號注入和虛擬信號注入兩種類型，例如專利文獻(公告號CN109617490A)發明的就是一種虛擬注入的MTPA方法。信號注入方法主要是有收斂速度慢和瞬態性能動態響應差的問題。尤其是在給定轉矩實時變化的應用中，實際的最優磁鏈的位置在不斷變化，信號注入方法很難起到很好的效果。

3)擾動觀察搜索算法。論文文獻(An online optimal reference fluxsearching approach for direct torque control of interior permanent magnetsynchronous machines)提出了一種基于擾動觀察搜索的內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制方法。該方法通過對磁鏈進行擾動，觀察對應的電流擾動來決定下一步磁鏈的擾動方向，使實際的磁鏈工作點保持在使電流最小的理論最優磁鏈附近。擾動觀察搜索算法是一種經典的實時搜索跟蹤方法，它的主要缺點與信號注入方法類似，在給定轉矩一直不均勻變化的應用中會經常出現擾動方向判斷錯誤的情況。

在內置式永磁同步電機DTC中，由于滯環控制的原因，電流會在一定范圍內震蕩。擾動觀察MTPA搜索算法的輸入是電流，電流震蕩對于方法判斷磁鏈擾動的方向有很大的影響，因此采樣周期需要比較長，但是在給定轉矩變化的時候采樣周期比較長就容易導致跟蹤速度跟不上。

因此，改進擾動觀察搜索算法，解決給定轉矩一直不均勻變化引起的擾動判斷錯誤問題，解決不同工況對采樣周期的需求不同的問題，就成為實現內置式永磁同步電機DTC的MTPA控制的關鍵。

發明內容