内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；控制IGBT输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线。本发明专利技术针对公式计算法精度不高，实验测试法操作繁杂等问题，提出了一种能兼顾计算和精度要求的内嵌式永磁同步电机MTPA曲线综合拟定法和控制系统。

MTPA curve fitting method and control system for embedded permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a fitting method of interior permanent magnet synchronous motor MTPA curve, according to the measured no-load back electromotive force and speed calculating rotor permanent magnetic flux control; output IGBT and q-axis current measured motor q-axis inductance and q-axis current, experimental data and direct axis inductance and straight shaft current relationship; on the basis of torque satisfying MTPA condition and the q-axis current calculation formula given by the q-axis current, torque is obtained a number of numerical interval, and in accordance with the condition of MTPA and q-axis current relationship, obtain the direct axis current corresponding torque; according to the numerical number interval torque zero to the maximum torque of MTPA, draw up the curve of torque and quadrature axis and direct axis current relationship. Aiming at the problems of the accuracy of formula calculation method and the complicated operation of the experimental method, a new method of MTPA curve synthesis and control system for embedded permanent magnet synchronous motor is presented, which takes account of the calculation and accuracy requirements.

【技术实现步骤摘要】
内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法及控制系统
本专利技术属于电机控制
，涉及内嵌式永磁同步电机的最大转矩电流比(MaximumTorquePerAmpere，MTPA)曲线拟合方法，及内嵌式永磁同步电机的MTPA控制系统。本专利技术解决的问题是提出了一种计算简单，精度较高，又实用可靠的基于内嵌式永磁同步电机(InteriorPermanentMagnetSynchronousMotor，IPMSM)的MTPA曲线拟合方法和控制系统。
技术介绍
近年来，随着社会各界对环保问题的重视，以高效节能、实用可靠、及强鲁棒性等特点的内嵌式永磁同步电机成为了各行各业关注的热点，更是在工业智能机器人、新能源电动汽车等领域得到了大力的推广。永磁同步电机具有结构简单、功率密度高，输出效率高的特点，由其构成的高性能驱动控制系统得到了广泛的应用；与表贴式永磁同步电机不同，内嵌式永磁同步电机具有交、直轴电感不等，调速范围较宽，更适合于相对恶劣的环境下持续运转。针对内嵌式永磁同步电机交、直轴电感不等的特性，通过控制电流，以追求单位电流输出最大转矩的控制，即最大转矩电流比(MTPA)控制，得到了业界的普遍运用；在一定的转矩需求时，只需要输入最小的定子电流，以降低电机及控制器的损耗，从而提高了系统效率。现有技术方案：内嵌式永磁同步电机的转矩，主要由永磁转矩和电感不等特性的磁阻转矩组成，MTPA控制主要在于磁阻转矩的调节利用。一般地，MTPA控制主要依据构成MTPA曲线的转矩及电流参数，而MTPA曲线的拟合主要有公式计算法、仿真分析法，实验测试法三种方法。公式计算法较为简单，依据转矩计算公式进行条件求解，但对电机本体的参数依懒较强，拟合的曲线精度较差；仿真分析法较为容易，参考电机厂家根据电机设计模型给出的仿真数据，但与实际系统的真实数据存在偏差，拟合的曲线精度一般；实验测试法操作繁杂，且测试参数较多，需要依据电机各转速及电流状态下实测的参数和数据，拟合的曲线精度较高。目前，较常使用且实用的方法是公式计算法和实验测试法；对精度要求不高的场合，使用公式计算法；反之，则大多使用实验测试法。不难发现，现有内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法，存在以下弊端：现有的MTPA曲线拟合方法不能很好地同时兼顾计算和精度要求。
技术实现思路
针对现有方案的不足，本专利技术提出了MTPA曲线的综合拟定法，它结合了公式计算法与实验测试法各自的优点，找到了一种计算简单，精度较高，又实用可靠的基于内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法和控制系统。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：⑴拟定内嵌式永磁同步电机MTPA曲线根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；控制IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线。⑵依据MTPA曲线创建转矩控制系统依照交、直轴电感与交、直轴电流，转矩与交、直轴电流关系的数据创建四个一维数组，通过数组查表、线性插值算法，及磁场定向的闭环矢量控制，建立符合MTPA控制策略的、计算简单、精度较高、实用可靠的转矩控制系统。作为优选方式，极对数为4，额定转速为1600rpm，额定转矩为358Nm，最大转矩为1200Nm，额定功率为60kW，最大功率为90kW的内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法的具体步骤如下：⑴依据内嵌式永磁同步电机转矩计算公式：Te＝1.5p[ψfiq+(Ld－Lq)idiq]其中：Te为电机转矩，p为电机极对数，ψf为电机转子永磁磁链，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，id为直轴电流，iq为交轴电流；当电机选定后，p为常量；在忽略温度等因素对转子磁链影响的情况下，ψf亦为常量；Ld和Lq具有电流饱和特性，并非常量，分别随id和iq的变化而变化，因此需要根据实验，对Ld和Lq的值进行测量；由此可见，Te其实是Ld、Lq、id，及iq的函数。⑵依据内嵌式永磁同步电机在空载运行下，有：ψf＝e0/ω其中：ψf为电机转子永磁磁链；e0为当前转速下的空载反电动势；ω为当前的电机转速。通过实验，测出各转速下对应的电机转子永磁磁链，并取算术平均值，求得当前电机的ψf为0.3814852Wb。⑶依据电机转子磁场定向求解交、直轴电感与交、直轴电流的关系通过电机位置传感器，完成对电机转子的磁场定向，并锁定转子磁极位置，控制IGBT分别施加iq和id，测出对应的随iq、id变化的Lq、Ld关系数据；依据电机的运转工况，可测试满足定子电流从零至峰值电流情况下的Lq-iq、Ld-id数据曲线。为了减小单片机运算量，需要将测试的Lq-iq、Ld-id数据进行预处理，通过线性插值、算术平均，及最小二乘法等算法，求得id、iq等间隔电流数值下的Ld与Lq数据。⑷依据满足MTPA条件的转矩、电流计算公式：其中，p为常量，且通过前面的计算和测试，ψf、Ld、Lq均已成为已知量；考虑到Ld-id、Lq-iq的联动关系，设定Ld为某一固定数值，并引入随设定iq动态变化的Lq自动求解算法；由此，可求得等转矩间隔数值下的多组Te-iq、Lq关系数据。⑸依据符合MTPA条件的id-iq关系：在设定Ld为固定数值时，由此计算公式可以根据动态的iq反推得到动态的id；即，可求得等转矩间隔数值下的多组Te-iq、Lq、id、Ld关系数据。但考虑到Ld并非常量，因此，还需要通过迭代算法，将Ld-id关系数据代入到前面设定Ld为固定数值的关系中；在满足最大误差要求的条件下，经过多次迭代，可最终求得真正意义上的，符合MTPA控制策略的等转矩间隔数值下的多组Te-iq、Lq、id、Ld关系数据。⑹依据Te-iq与Te-id关系数据拟合MTPA曲线由上可知，设定不同的iq，会对应不同的Te-iq、Lq、id、Ld关系数据；考虑到电机运行的整个范围，我们通过设定iq，生成了从零转矩至最大转矩1200Nm等转矩间隔数值的多组Te-iq、Lq、id、Ld关系数据，最终由Te-iq与Te-id数据拟合出了MTPA曲线。在极对数为4，额定转速为1600rpm，额定转矩为358Nm，最大转矩为1200Nm，额定功率为60kW，最大功率为90kW的内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法的基础上，依照交、直轴电感与交、直轴电流，转矩与交、直轴电流关系的数据创建四个一维数组，通过数组查表、线性插值算法，及磁场定向的闭环矢量控制，建立符合MTPA控制策略的、计算简单、精度较高、实用可靠的转矩控制系统。作为优选方式，MTPA策略控制系统的创建过程为：⑴创建Lq-iq、Ld-id一维数组通过实验测试，并经过数据处理，依据等间隔电流数值的交、直轴电感与交、直轴电流的关系数据，分别创建Lq-iq、Ld-id的两个一维数组，用于单片机运算时的查表和插值运算。⑵创建Te-iq、Te-id一维数组依据经过运算处理得到的符合MTPA控本文档来自技高网...

【技术保护点】
内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，其特征在于：根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；控制IGBT输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线。

【技术特征摘要】
1.内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，其特征在于：根据实验测得的电机空载反电动势和转速，求取电机转子永磁磁链；控制IGBT输出交、直轴电流，测得电机交轴电感与交轴电流，及直轴电感与直轴电流对应关系的实验数据；依据满足MTPA条件的转矩与交轴电流的计算公式，通过给定交轴电流，得到数个等间隔的转矩数值，并按照符合MTPA条件的交、直轴电流关系，求得对应转矩下的直轴电流；依据得到的零至最大转矩的数个等间隔转矩数值，拟定出转矩与交、直轴电流关系的MTPA曲线。2.根据权利要求1所述的内嵌式永磁同步电机MTPA曲线拟合方法，其特征在于：极对数为4，额定转速为1600rpm，额定转矩为358Nm，最大转矩为1200Nm，额定功率为60kW，最大功率为90kW的内嵌式永磁同步电机的MTPA曲线拟合方法的具体步骤如下：⑴依据内嵌式永磁同步电机转矩计算公式：Te＝1.5p[ψfiq+(Ld－Lq)idiq]其中：Te为电机转矩，p为电机极对数，ψf为电机转子永磁磁链，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，id为直轴电流，iq为交轴电流；当电机选定后，p为常量；在忽略温度等因素对转子磁链影响的情况下，ψf亦为常量；Ld和Lq具有电流饱和特性，并非常量，分别随id和iq的变化而变化，因此需要根据实验，对Ld和Lq的值进行测量；由此可见，Te其实是Ld、Lq、id，及iq的函数。⑵依据内嵌式永磁同步电机在空载运行下，有：ψf＝e0/ω其中：ψf为电机转子永磁磁链；e0为当前转速下的空载反电动势；ω为当前的电机转速。通过实验，测出各转速下对应的电机转子永磁磁链，并取算术平均值，求得当前电机的ψf为0.3814852Wb。⑶依据电机转子磁场定向求解交、直轴电感与交、直轴电流的关系通过电机位置传感器，完成对电机转子的磁场定向，并锁定转子磁极位置，控制IGBT分别施加iq和id，测出对应的随iq、id变化的Lq、Ld关系数据；依据电机的运转工况，可测试满足定子电流从零至峰值电流情况下的Lq-iq、Ld-id数据曲线。为了减小单片机运算量，需要将测试的Lq-iq、Ld-id数据进行预处理，通过线性插值、算术平均，及最小二乘法等算法，求得id、iq等间隔电流数值下的Ld与Lq数据。⑷依据满足MTPA条件的转矩、电流计算公式：其中，p为常量，且通过前面的计算和测试，ψf、Ld、Lq均已成为已知量；考虑到Ld-id、Lq-iq的联动关系，设定Ld为某一固定数值，并引入随设定iq动态变化的Lq自动求解算法；由此，可求得等转矩间隔数值下的多组Te-iq、Lq关系数据。⑸依据符合MTPA条件的id-iq关系：

【专利技术属性】
技术研发人员：宋波，贾雷，徐浩，王晓文，
申请(专利权)人：成都雅骏新能源汽车科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51