考虑热效应的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

本发明涉及永磁同步电机最大转矩电流比控制领域，尤其是涉及一种考虑热效应的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法。

背景技术：

1、永磁同步电机(pmsm)具有体积小、效率高、功率密度大、等优点，由永磁同步电机组成的闭环调速系统可实现优良的动态性能、高精度和很宽的调速范围，因此被广泛应用于新能源电动汽车电机驱动领域。随着新能源电动汽车电驱动系统不断高速化、高功率密度以及高集成度的发展，由此产生的热效应对电机的运行性能和使用寿命都有着显著的影响，为进一步考虑热效应下的永磁同步电机的控制方法的研究很有必要。

2、新能源电动汽车驱动电机均采用内嵌式永磁同步电机(ipmsm)相比于表贴式永磁同步电机，具有永磁铁不易脱落和输出磁阻转矩的优点，使电机可以运行在高速工况下以及输出高电磁转矩，为进一步提高ipmsm的效率，充分利用磁阻转矩，降低运行时产生的铜损，获得优良的控制效果，要求在最小电流的情况下输出最大的电磁转矩，即最大转矩电流比控制(mtpa)。

3、现有的mtpa控制主要分为两种类型，一种是基于模型参数的方法，包括直接公式法、查表法、曲线拟合法和参数辨识法等。然而，这些方法都依赖于模型参数的准确性，当外界环境变化时(如温度升降、磁饱和等)往往造成电机的实际运行参数，如电感、永磁体磁链、定子电阻等，不可避免地会发生变化，从而使得基于电机参数的mtpa控制偏离最优点，无法达到预期的效果。

4、另一种是不基于电机模型参数的控制方法主要包括高频信号注入法和搜索法。高频信号注入法的核心是通过向矢量控制系统注入幅值较小的高频电流或电压信号，以提取转矩响应并追踪到最佳矢量角。高频信号注入法包含实际信号注入和虚拟信号注入，其中基于实际信号注入的方法会引入新的干扰信号，造成高频脉动转矩的输出，影响驱动系统的稳定性，而虚拟信号注入的方法是提取虚拟输出功率，通过带通滤波器对虚拟转矩响应进行分析，实现mtpa角度的补偿，但是带通滤波器的截至频率比较难以确定，而且反馈信号也需要滤波很难将所有滤波器的通过频率设置为最优，在工程中很少使用。至于搜索法，则通常采用定步长搜索的方式，但其搜索速度较慢，对负载变化非常敏感。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种考虑热效应的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑热效应的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，包括：

4、步骤s1：接收动态的参考转矩，基于接收的参考转矩结合电机标称参数和逆变器电气参数得到标称mtpa工作点的参考交直轴电流和参考电流矢量角；

5、步骤s2：当电机处于稳定运行状态时，计算标称电磁转矩的切线向量和相应的电流增量向量，并计算切线向量和电流增量向量的内积值，并基于得到的内积值确定电流矢量角的补偿方向，并通过线性增益调整补偿量；

6、步骤s3：基于得到的电流矢量角的补偿方向、补偿量，结合当前的电流矢量角，得到下一时刻更新后的电流矢量角和相应的电流分配值。

7、所述步骤s1具体为：

8、接收动态的参考转矩，判断参考转矩的绝对值知否小于最大转矩的绝对值，若为是，则结合电机标称参数和逆变器电气参数得到标称mtpa工作点参考交直轴电流和参考电流矢量角，反之，则反馈修正参考转矩。

9、电机标称参数包括标称永磁磁链、标称直轴电感和标称交轴电感，所述逆变器电气参数包括逆变器器最大相电流；

10、所述最大转矩为：

11、temax＝1.5piqmax(ψm0+(ld0-lq0)idmax)

12、

13、

14、其中：temax为最大转矩，iqmax为最大转矩下的交轴电流，ψm0为标称永磁磁链，ld0为标称直轴电感，lq0为标称交轴电感，idmax为最大转矩下的交轴电流，ismax为逆变器器最大相电流。

15、所述标称mtpa工作点参考交直轴电流和参考电流矢量角的确定过程包括：

16、求解满足mtpa条件的直轴电流id的四次多项式方程得到直轴电流id，其中四次多项式方程为：

17、

18、

19、

20、

21、

22、其中，a、b、c、d为多项式系数，p为永磁铁磁极对数；

23、基于得到的直轴电流id得到mtpa工作点的参考直轴电流

24、基于得到的mtpa工作点的参考直轴电流计算得到mtpa工作点的参考交轴电流和参考电流矢量角如下：

25、

26、

27、其中：为mtpa工作点的交轴电流，为mtpa工作点的电流矢量角，teref为参考转矩。

28、所述步骤s2中，判断电机是否处于稳定运行状态的过程具体包括：

29、获取电机转速的时序采样数据；

30、计算电机转速的时序采样数据的均方根误差，判断计算得到的均方根误差是否小于预配置的误差阈值，若为是，则判定电机处于稳定运行状态。

31、均方根误差具体为：

32、

33、其中：n为采样次数，ωi为第i个转速的采样值，为平均转速。

34、所述步骤s2中，补偿方向和补偿量的获取过程包括：

35、获取实时的交轴电流和直轴电流，分别计算标称电磁转矩的切线向量和相应的电流增量向量：

36、

37、

38、

39、其中：为标称电磁转矩的切线向量，为电流增量向量，iq为交轴电流；

40、计算切线向量和电流增量向量的内积值：

41、

42、其中：为内积值，χtex为转矩曲线切线向量x分量，χtey为转矩曲线切线向量y分量；

43、基于得到的内积值和0的偏差确定电流矢量角的偏差方向；

44、通过线性增益调整补偿量：

45、

46、其中：δβ为调整后的补偿量，γ为补偿增益。

47、所述基于得到的内积值和0的偏差确定电流矢量角的偏差方向，具体为：

48、当内积值大于0时，需要减小下一时刻电流矢量角的输出，补偿方向为负；

49、当内积值小于0时，需要增大下一时刻电流矢量角的输出，补偿方向为正。

50、所述步骤s3中，更新后的电流矢量角为：

51、

52、其中：βmtpa为更新后的电流矢量角；

53、更新后的电流分配值为：

54、

55、iqref＝idref·tanβmtpa

56、其中：idref为补偿更新后的mtpa工作点直轴电流分配值，iqref为补偿更新后的mtpa工作点交轴电流分配值。

57、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

58、1、采用了切线向量和电流增量向量的内积值作为补偿量和补偿方向的依据，充分考虑了铁心磁饱和和温度变化带来的参数摄动等非线性因素对电机电磁转矩增量向量与相电流增量向量的单位内积值的影响规律，可以实时准确补偿由于参数摄动带来的mtpa角度偏差，不需要估计交直轴电感、永磁磁链等参数。

59、2、基于标称转矩切线向量与相电流增量向量的实时单位内积值来进行mtpa角度的补偿，以实时单位内积值作为观察对象，通过对比实时单位内积值与理想单位内积值0之差做出扰动判断，根据扰动偏差来补偿下一时刻的mtpa角度输出，从而确定电流修正策略，使得自适应的更新扰动补偿步长，随系统当前运行状态实时改变步长，解决了定步长精度差问题。

60、3、采用稳态介入的方式来运行mtpa角度补偿算法，解决了在系统未达到稳态运行时，介入mtpa角度搜索算法带来的角度波动大的问题，从而避免了电流指令分配的较大扰动，提高了整个控制系统的稳定性。