一种永磁同步电机快速标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种永磁同步电机快速标定方法及系统，包括步骤1，在线数据采集：在整车系统要求的最低工作电压，且在一个固定低转速下扫描不同的、不同组合的电流工作点，回采得到各个电流工作点对应的、、直流母线电压、转速、电机温度、电控IGBT温度；步骤2，离线数据处理：对回采的数据进行离线处理，采用算法寻找出MTPA点、等转矩曲线、等磁链曲线，得到全域的、参考电流表；步骤3，在线修正：应用自动化的寻优工具在线对得到全域的、参考电流表进行修正，达到自动化快速、准确、安全的标定永磁同步电机。安全的标定永磁同步电机。安全的标定永磁同步电机。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机快速标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及同步电机控制
，尤其涉及新能源汽车的永磁同步电机标定技术。

技术介绍

[0002]近年来，汽车电动化的步伐明显加快。内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)，因其功率密度高，调速范围宽的优点，作为新能源汽车的主驱电机，被广泛应用于电动汽车驱动系统。
[0003]针对内置式永磁同步电机，恒转矩区采用最大转矩电流比控制方法，根据电机的时变参数，在给定扭矩的情况下，给定最佳的电流励磁分量和电流扭矩分量。在恒功率区利用弱磁控制扩展电机的转速范围，依据同步电机电压极限椭圆和电流极限圆的限制件，分配励磁电流和扭矩电流，从而获得电机在全速域的电流指令值。
[0004]在实际的电机控制中都是采用离线标定电流表的方式来给定电流指令。这种方式需要人工手动在不同电压、不同的转速下来给定不同的、电流组合来观测实际的台架输出力矩来标定。整个标定过程要花费大量的时间和人力，且不可避免的需要对电流数据进行修正和再标定。当电机运行在基速以上，反电动势变大，需要预先增加d轴弱磁电流。如果d轴弱磁电流给定不准确，将导致过调制、电流失控，更严重的将导致控制器直流电压抬升，烧毁功率器件。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种永磁同步电机快速标定方法及系统，以达到自动化快速、准确、安全地标定永磁同步电机。
[0006]对于永磁同步电机，在转子磁链定向的同步旋转坐标系下，永磁同步电机的稳态电压方程为（1）；（2）；永磁同步电机的电磁转矩方程为：（3）；式中，、分别为电机d、q 轴电压; Rs为电机定子电阻; 、分别为电机d、q 轴电流; 、分别为电机d、q 轴电感; ωe为电角速度; ψm为电机永磁体磁链; pn为电机极对数。
[0007]永磁同步电机在运行过程中会受到逆变器最大输出电流Imax以及逆变器最大输出电压Umax的限制，因此需要满足关系式
（4）；（5）。
[0008]在高速运行阶段，忽略Rs的影响，可得电机运行中的电压极限椭圆：（6）。
[0009]将式(3)和式(6)画在q 轴电流为纵轴、d 轴电流为横轴的坐标系中，如图2所示。其中每条恒转矩曲线上电流最小的点组成最大转矩电流比( MTPA) 曲线。从式( 5) 中可看出，随着转速的上升，电流极限椭圆不变，电压极限椭圆逐渐缩小。
[0010]基于以上分析，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术第一方面提供一种永磁同步电机快速标定方法，其包括步骤：步骤1，在线数据采集：在整车系统要求的最低工作电压，且在一个固定低转速下扫描不同的、不同组合的电流工作点，回采得到各个电流工作点对应的、、直流母线电压、转速、电机温度、电控IGBT温度。
[0011]步骤2，离线数据处理：对回采的数据进行离线处理，采用算法寻找出MTPA点、等转矩曲线、等磁链曲线，得到全域的、参考电流表，全域是指电动和发电整个区域。
[0012]步骤3，在线修正：应用自动化的寻优工具（例如采用集成DownHill Simplex寻优算法）在线对得到全域的、参考电流表进行修正。
[0013]从以上方案可见，本专利技术只需要在整车系统要求的最低工作电压，在一个低转速下扫描不同的、不同组合的电流工作点，避免了传统的不同工作电压、不同转速下的电流组合扫描，大大节约了时间和人力；且本方案只需在低转速下试验，也保证了不会因为给定弱磁电流的不合理导致的器件烧毁的风险。采用离线的方法对采集的数据进行处理，寻找出MTPA点、等转矩线、等磁链线。再将这些电流点录入到程序里，应用自动化的寻优工具在线对电流表进行修正。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述离线数据处理包括：步骤2.1，自动寻优恒转矩区MTPA电流数据:通过算法依次找出各个力矩（0
‑
峰值转矩）所对应的最小电流工作点，即MTPA点。
[0015]步骤2.2 ，弱磁区的电流表数据处理，得到等转矩曲线、等磁链曲线，最终得到全域的、参考电流表。
[0016]具体地，所述步骤2.2包括：步骤2.2.1,将回采的电压、转速数据结合拟合出的定子电阻计算出不同、组合对应的磁链：，，得到：。
[0017]式中，、分别为电机d、q 轴电压; Rs为电机定子电阻; 、分别为电机d、q 轴电流; 、分别为电机d、q 轴电感 ；是电角速度；和分别是电机d、q 轴的磁链。
[0018]步骤 2.2.2,通过多项式拟合算法建立与、的关系式：。
[0019]步骤2.2.3，将回采的实际转矩和给定的、电流用多项式拟合算法拟合建立多项式关系式： 。
[0020]式中：和均是拟合后的系数。
[0021]步骤2.2.4，根据扭矩精度的要求和需求扭矩的范围选取等间隔的查表扭矩参考，依次带入步骤2.2.3拟合出来的多项式函数，求解出满足条件的所有电流点组合，得到等转矩曲线。
[0022]步骤2.2.5，取等间隔的查表磁链参考，依次带入步骤2.2.2拟合出来的多项式函数，求解出满足条件的所有电流点组合，得到等磁链曲线；其中 ，为整车要求的最低工作电压，为电机工作的最高电角速度； ，为MTPA线上输出最大扭矩对应、的平方和，为试验数据采集的电角速度。
[0023]步骤2.2.5，取等转矩曲线和等磁链曲线的交点建立基于磁链
‑
参考转矩的电流表：。
[0024]步骤2.2.6，将步骤2.1得到的MTPA点和步骤2.2.5得到的基于磁链
‑
参考转矩的电流表合并，去除MTPA曲线上面的点得到全域的、参考电流表。
[0025]具体地，所述步骤3在线对电流表进行修正包括：步骤3.1，通过上位机控制测控机工作于标定时的固定低转速，标定修正上位机给定电机控制器不同的参考转矩，同时采集台架实际输出转矩，判断二者之差是否满足转矩精度要求；步骤3.2， 若，为转矩精度要求，则进行下一转矩点验证；步骤3.3，若，利用自动寻优算法对这个不合格点进行自动寻优修正、电流点，使得实际输出转矩逼近，同时标定修正上位机记录修正后的、电流。
[0026]通过上述的技术方案可见，与现有方案相比，本专利技术的优点至少包括；本专利技术采用了在线数据采集+离线数据处理+在线数据修正的方式标定电机系统，数据出楼时不占用系统时间，节省台架资源、提高标定效率。
[0027]电流表查表方式由传统的基于母线电压、参考转矩、电机转速的三维降至基于磁链和参考转矩的二维查表方式，可以覆盖不同母线电压和不同转速下的所有工况电流表，但电流扫点量只有传统方法的5%，使得整个标定过程简单化、高效化。
[0028]本专利技术的扫点只需要在特定的某一低转速下进行，避免了高速标定过程可能的由于给定电流不合理出现的意外情况。
[0029]本专利技术数据修正采用集成DownHill Simplex寻优算法的成熟工具箱，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机快速标定方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，在线数据采集：在整车系统要求的最低工作电压，且在一个固定低转速下扫描不同的、不同组合的电流工作点，回采得到各个电流工作点对应的、、直流母线电压、转速、电机温度、电控IGBT温度；、分别为电机d、q 轴电流，、分别为电机d、q 轴电压；步骤2，离线数据处理：对回采的数据进行离线处理，采用算法寻找出MTPA点、等转矩曲线、等磁链曲线，得到全域的、参考电流表；步骤3，在线修正：应用自动化的寻优工具在线对得到全域的、参考电流表进行修正。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机快速标定方法，其特征在于，所述步骤1中，是通过上位机控制测控机在一个固定低转速下自动采集数据，所述低转速是指失控也不会损坏电控的转速。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机快速标定方法，其特征在于，所述离线数据处理包括：步骤2.1，自动寻优恒转矩区MTPA电流数据:通过算法依次找出各个力矩所对应的最小电流工作点，即MTPA点；步骤2.2 ，弱磁区的电流表数据处理，得到等转矩曲线、等磁链曲线，最终得到全域的、参考电流表。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机快速标定方法，其特征在于，所述步骤2.2包括：步骤2.2.1,将回采的电压、转速数据结合拟合出的定子电阻计算出不同、组合对应的磁链 ：，，得到：；式中，、分别为电机d、q 轴电压; Rs为电机定子电阻; 、分别为电机d、q 轴电流; 、分别为电机d、q 轴电感 ；是电角速度；和 分别是电机d、q 轴的磁链；步骤 2.2.2,通过多项式拟合算法建立与、的关系式：；步骤2.2.3，将回采的实际转矩和给定的、电流用多项式拟合算法拟合建立多项式关系式：；式中：和均是拟合后的系数；步骤2.2.4，根据扭矩精度的要求和需求扭矩的范围选取等间隔的查表扭矩参考，
依次带入步骤2.2.3拟合出来的多项式函数，求解出满足条件的所有电流点组合，得到等转矩曲线；步骤2.2.5，取等间隔的查表磁链参考，依次带入步骤2.2.2拟合出来的多项式函数，求解出满足条件的所有电流点组合，得到等磁链曲线；其中 ，为整车要求的最低工作电压，为电机工作的最高电角速度；，为MTPA线上输出最...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓承浩，胡建军，王志斌，彭钱磊，陈健，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：