一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统，该方法包括：基于Ansoft软件建立永磁同步电机的模型，对模型的各参数进行赋值；对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；对模型的合理性进行验证，分析永磁同步电机的磁路结构是否合理；对参数变化瞬态进行仿真，得到输出转矩的波形图。该系统包括：电机模型建立单元、模型求解单元、模型合理性验证单元以及输出转矩波形仿真单元。本发明专利技术的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统，能够实现永磁同步电机输入电流与输出转矩的快速分析，无需进行复杂运算，便于工程应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机矢量控制
，特别涉及一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统。
技术介绍
传统汽车尾气的大量排放迫使人们追求更加清洁的能源，电动汽车以其清洁环保的特点，受到世界各国的关注。但电动汽车独有的运行方式，要求电动汽车发动机的转矩必须具有良好的平稳性，如果转矩的波动较大就会在实际的驾驶过程之中发生抖动，影响驾驶的体验，也不利于电机的稳定运行。永磁同步电机的调速系统是保证电机良好运行的重要方面，与永磁同步电机转矩密切相关，在永磁同步电机调速系统中，电机定子电流是一个矢量，其幅值决定电流矢量的大小，相位决定电流矢量的方向，而调速控制中，主要是对电机定子电流的幅值和相位进行控制，也就是所谓的矢量控制。由永磁同步电机的数学模型可知，在d、q轴旋转坐标系下，永磁同步电机的电磁转矩可以表示为式中：P为极对数，ψf为永磁体磁链，id、id为d、q轴电流，Ld、Lq为d、q轴等效电感。从式(1)可以看出，在PMSM的模型参数如交直轴电感和永磁磁链已知的基础上，控制id、iq便可以控制电机的转矩，而id、iq又是由定子电流的空间矢量is的幅值和相位决定的，即其中Is为定子电流幅值，γ为定子磁链与永磁体产生的气隙磁场间的空间电角度。一般来说，电机应用的场合不同，所要求的控制精度和系统性能也会有较大差异，这时就应根据各种不同的电流矢量控制方式的特点，选择合适的方法，最大转矩电流比(MTPA)控制是常见的矢量控制方法。对于内置式永磁同步电机，由于其转子磁路结构不对称性，使得交直轴电感不相等，且一般来说Ld<Lq。由式(1)可知，如果合理的控制id的大小便可利用磁阻转矩提高电机的功率密度以及过载能力。为此，常采用的一种控制方法就是最大转矩/电流控制，即以最小的定子电流，产生最大的输出转矩。要实现最大转矩电流比控制，电机的电流矢量应满足在实际控制中，一般将各矢量标幺化，所以将上式进行标幺化，并代入恒转矩公式表达式的标幺化结果可以得到电磁转矩用d、q轴电流分量的标幺值表示为 反过来，此时用电磁转矩的函数式和可以表示出定子电流分量和根据函数式和在转矩给定已知的情况下，可以求出最小的交直轴电流，以此结果作为电流给定，即可实现电动机的MTPA控制，这种控制方式具有减小电机损耗，提高系统工作效率等优点，但由于计算公 式复杂而不便于工程应用。所以，如何实现有效可行且各项性能较好的最大转矩电流比控制方式，是目前研究的热点。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提出一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统，能够实现永磁同步电机输入电流与输出转矩的快速分析，无需进行复杂运算，便于工程应用。为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术提供一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其包括以下步骤：S11：基于Ansoft软件建立永磁同步电机的模型，对所述模型的各参数进行赋值；S12：对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；S13：对模型的合理性进行验证，分析所述永磁同步电机的磁路结构是否合理；S14：对参数变化瞬态进行仿真，得到输出转矩的波形图。较佳地，所述步骤S11具体包括以下步骤：S111：建立永磁同步电机的几何物理模型；S112：将所述永磁同步电机的各元件的特性参数赋值给所述模型；S113：确定所述模型求解的边界条件；S114：设置所述模型的网格剖分参数；S115：设置所述模型的所述永磁同步电机的运动参数。较佳地，所述步骤S12具体为：对模型进行求解，得到电磁场的电场强度和磁场强度。较佳地，所述步骤S13具体为：观察空载时所述永磁同步电机的磁力线分布图和磁密分布图，分析所述永磁同步电机的磁路结构，检查所述永磁同 步电机的分布是否合理；能够避免设计失误，验证了电机设计的合理性，为后续的参数变化瞬态仿真模块的正确性提供了保障。较佳地，所述步骤S14具体为：通过线性的改变输入电流的幅值观察不同输入电流激励下输出转矩的波形图。较佳地，所述步骤S13和步骤S14之间还包括： S15：对额定转矩进行分析，得到额定负载时所述永磁同步电机的转矩曲线。转矩对于车用永磁同步电机的正常运行具有十分重大的意义，如果转矩的波动较大就会在实际的驾驶过程中发生抖动，通过额定转矩分析验证了永磁同步电机运行时的平稳性，为电动汽车的运动优化奠定了基础，具有一定的应用价值。本专利技术还提供一种永磁电机最大转矩电流比控制系统，其依次包括：电机模型建立单元，用于基于Ansoft软件建立永磁同步电机的模型，对所述模型的各参数进行赋值；模型求解单元，用于对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；模型合理性验证单元，用于对模型的合理性进行验证，分析所述永磁同步电机的磁路结构是否合理；输出转矩波形仿真单元，用于对参数变化瞬态进行仿真，得到输出转矩的波形图。较佳地，所述电机模型建立单元包括：模型建立单元，用于建立永磁同步电机的几何物理模型；特性赋值单元，用于将所述永磁同步电机中的各元件的特性参数赋值给所述模型；边界条件确定单元，用于确定所述模型求解的边界条件；网格剖分参数设置单元，用于设置所述模型的网格剖分参数；运动参数设置单元，用于设置所述模型的所述永磁同步电机的运动参数。较佳地，还包括：额定转矩分析单元，其设置于所述模型求解单元和模型合理性验证单元之间，用于对额定转矩进行分析，得到额定负载时所述永磁同步电机的转矩曲线。相较于现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术提供的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法及控制系统，基于Ansoft软件的参数变化瞬态仿真模块，选取输入电流为变量，分析不同幅值的电流作用下的永磁同步电机输出转矩波形图，能够实现永磁同步电机输入电流与输出转矩关系的快速分析，无需进行复杂计算，便于工程应用，具有可行性；(2)本专利技术利用曲线拟合的方法得出了永磁同步电机的输出转矩与输入电流的关系曲线图以及其函数表达式，更加直观，具有一定的工程使用价值；(3)本专利技术还对额定负载时永磁同步电机的输出转矩进行了分析，验证了永磁同步电机运行时的平稳性，为电动汽车的运动优化奠定了基础，具有一定的应用价值。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明：图1为本专利技术的一实施例的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法流程图；图2为本专利技术的一实施例的永磁同步电机模型的建立步骤图；图3为本专利技术的一实施例的不同输入电流下永磁同步电机的输出转矩曲线图；图4为本专利技术的一实施例的输出转矩与输入电流的拟合曲线图；图5为本专利技术的一实施例的额定负载时永磁同步电机的输出转矩波形图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：结合图1-图5，本实施例对本专利技术的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法进行详细描述，其流程图如图1所示，包括以下步骤：S11：基于Ansoft软件建立永磁同步电机(PMSM)的模型，对模型的各参数进行赋值；S12：对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；S13：对模型的合理性进行验证，分析PMSN磁路结构是否合理；S14：对参数变化瞬态进行仿真，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S11：基于Ansoft软件建立永磁同步电机的模型，对所述模型的各参数进行赋值；S12：对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；S13：对模型的合理性进行验证，分析所述永磁同步电机的磁路结构是否合理；S14：对参数变化瞬态进行仿真，得到输出转矩的波形图。

【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，包括以下步骤：S11：基于Ansoft软件建立永磁同步电机的模型，对所述模型的各参数进行赋值；S12：对模型进行求解，得到电磁场的各物理量；S13：对模型的合理性进行验证，分析所述永磁同步电机的磁路结构是否合理；S14：对参数变化瞬态进行仿真，得到输出转矩的波形图。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括以下步骤：S111：建立永磁同步电机的几何物理模型；S112：将所述永磁同步电机的各元件的特性参数赋值给所述模型；S113：确定所述模型求解的边界条件；S114：设置所述模型的网格剖分参数；S115：设置所述模型的所述永磁同步电机的运动参数。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：对模型进行求解，得到电磁场的电场强度和磁场强度。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S13具体为：观察空载时所述永磁同步电机的磁力线分布图和磁密分布图，分析所述永磁同步电机的磁路结构，检查所述永磁同步电机的分布是否合理。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S14具体为：通过线性的改变输入电流的幅值观察不同输入电流激励下输出转矩的波形图。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，郑益慧，李立学，王玲玲，张昕，杨颖，徐清山，
申请(专利权)人：上海交通大学，国家电网公司，国网吉林省电力有限公司延边供电公司，
类型：发明
国别省市：上海;31