电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置，该方法包括，基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。该方法使得能够在恒转矩区、恒功率区和恒电压区的全转速范围内对电机应用最大转矩电流比控制，有效地降低了电机的能耗，同时提高了转矩的控制精度。

Maximum torque current ratio control method and device in full speed range of motor

The invention discloses a maximum torque motor at full speed range than the control method and device, the method includes the function relation between the maximum output torque and excitation current of the motor running in different speeds of the motor to determine the relation between the mutual inductance and excitation current based on; in function relation between the maximum output torque with the excitation current and voltage when the numerical motors operating at different speed range and / or current limit as constraint conditions, obtain the minimum stator current in the motor output torque of motor is given, and the minimum value of the motor drive. This method enables the constant torque, constant power and constant voltage in full speed range of the motor with maximum torque, the motor is effectively reduced energy consumption, and improve the control accuracy of torque.

【技术实现步骤摘要】
电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置
本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法与装置。
技术介绍
城轨牵引电机和控制系统的能耗占城轨交通电量总耗的绝大部分，交通领域的节能降耗对节约资源和保护环境的意义重大，因此，城轨牵引电机驱动系统的能量优化控制引起了广泛关注。最大转矩电流比控制是广泛应用的一种用于电机的能量优化控制的控制策略。该控制策略以电机每安培电流输出转矩最大(Maximumtorqueperampere，MTPA)为控制目标，是针对电机的转矩所进行的优化控制。使电机输出最小的定子电流而获得同样的转矩，从而使得电机产生的转矩与定子电流幅值之比Te/Is达到最大值，这样不仅可以降低电机的损耗，还在一定程度上提高了电机的运行效率。现有的最大转矩电流比控制方法是以当电机的定子电流在基于转子磁链定向的旋转坐标系下的d轴与q轴分量相等时，Te/Is取得最大值为目标进行的每安培最大转矩控制的优化设计。因此，只要控制电机的定子电流在基于转子磁链定向的旋转坐标系下的d轴与q轴分量相等，就可以实现每安培最大转矩控制。但目前这种最大转矩电流比控制方案的运行区域只局限于恒转矩区，没有应用到弱磁区，使其对于电机整体的控制性能大幅降低。针对上述问题，本专利技术提出一种能够应用于全转速范围内的最大转矩电流比控制方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够应用于全转速范围内的最大转矩电流比控制方案。为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法，包括：基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。优选地，电压和/或电流的数值限制包括：在恒转矩区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流；在恒功率区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流且电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压；在恒电压区，电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压。优选地，在基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系的步骤中包括：基于离线辨识建立电机的互感与励磁电流之间的对应关系；对所述对应关系进行曲线拟合以得到电机的互感与励磁电流之间的关系曲线；根据稳态下电机的输出转矩与互感之间的函数关系以及所述电机的互感与励磁电流之间的关系曲线确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系。优选地，根据以下表达式确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩的函数关系：其中，Temax电机的最大输出转矩，Pn为电机的极对数，isd为标幺化后的励磁电流的有效值，isq为标幺化后的转矩电流的有效值，Ipu为选定的标幺值，Lm为电机的互感，f(isd)为电机的互感与励磁电流之间的关系曲线。优选地，在恒转矩区，根据以下表达式获取在给定电机的输出转矩时的定子电流的最小值：其中，Is为电机的定子电流，Ismax为定子电流的最大值，T*为给定的电机的输出转矩。优选地，在恒功率区，根据以下表达式获取在给定电机的输出转矩时的定子电流的最小值：其中，Is为电机的定子电流，Ismax为定子电流的最大值；We为同步电角频率，Ls为定子电感，σ为漏磁系数；Usmax为定子相电压矢量的最大值，T*为给定的电机的输出转矩。优选地，在恒电压区，根据以下表达式获取在给定电机的输出转矩时的定子电流的最小值：其中，Is为电机的定子电流，Ismax为定子电流的最大值；We为同步电角频率，Ls为定子电感，σ为漏磁系数；Usmax为定子相电压矢量的最大值，T*为给定的电机的输出转矩。本申请的实施例还提供了一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制装置，包括：约束建立模块：其基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；驱动模块：其以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。优选地，驱动模块按照以下方式确定所述电压和/或电流的数值限制：在恒转矩区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流；在恒功率区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流且电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压；在恒电压区，电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压。优选地，驱动模块根据以下步骤确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系：基于离线辨识建立电机的互感与励磁电流之间的对应关系；对所述对应关系进行曲线拟合以得到电机的互感与励磁电流之间的关系曲线；根据稳态下电机的输出转矩与互感之间的函数关系以及所述电机的互感与励磁电流之间的关系曲线确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：通过结合电机的电压电流限制以及励磁电流对互感的影响建立约束条件，使得能够在恒转矩区、恒功率区和恒电压区的全转速范围内对电机应用最大转矩电流比控制，有效地降低了电机的能耗，同时提高了转矩的控制精度。本专利技术的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。图1为电机运行于全转速范围内的电压、电流与转矩的特性曲线示意图；图2为本专利技术实施例的电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例的确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系的流程示意图；图4为根据本专利技术实施例的电机的互感与励磁电流的对应关系示意图；图5为运行于恒功率区的电机的电压限制和电流限制的示意图；图6为运行于恒电压区的电机的电压限制和电流限制的示意图；图7为本专利技术实施例的电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制装置的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。图1为在理想情况下电机运行于全转速范围内的电压、电流与转矩的特性曲线示意图，根据电机的转速，其运行区域可分为三个阶段：恒转矩区、恒功率区和恒电压区。如图1所示，在基速ωbased以下电机运行于恒转矩区，在该区域内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法，包括：基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。

【技术特征摘要】
1.一种电机的全转速范围内的最大转矩电流比控制方法，包括：基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系；以所述最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系与当电机运行于不同的转速区间时的电压和/或电流的数值限制作为约束条件，获取在给定电机的输出转矩时电机的定子电流的最小值，并以该最小值对电机进行驱动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压和/或电流的数值限制包括：在恒转矩区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流；在恒功率区，电机的定子电流小于等于电机运行时的最大电流且电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压；在恒电压区，电机的定子相电压小于等于电机运行时的最大电压。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在基于电机的互感与励磁电流的对应关系确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系的步骤中包括：基于离线辨识建立电机的互感与励磁电流之间的对应关系；对所述对应关系进行曲线拟合以得到电机的互感与励磁电流之间的关系曲线；根据稳态下电机的输出转矩与互感之间的函数关系以及所述电机的互感与励磁电流之间的关系曲线确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩与励磁电流之间的函数关系。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据以下表达式确定电机运行于不同转速时的最大输出转矩的函数关系：其中，Temax电机的最大输出转矩，Pn为电机的极对数，isd为标幺化后的励磁电流的有效值，isq为标幺化后的转矩电流的有效值，Ipu为选定的标幺值，Lm为电机的互感，f(isd)为电机的互感与励磁电流之间的关系曲线。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在恒转矩区，根据以下表达式获取在给定电机的输出转矩时的定子电流的最小值：其中，Is为电机的定子电流，Ismax为定子电流的最大值，T*为给定的电机的输出转矩。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在恒功率区，根据以下表达式获取在给定电机的输出转矩时的定子电流的最小值：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可安，尚敬，梅文庆，胡仙，贾岩，刘勇，甘韦韦，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43