一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法技术

本发明专利技术涉及一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，当考虑电机定子磁链变化时，使用基于扩展卡尔曼滤波的改进混合模型磁链观测器计算定子磁链以实现最优定子电流角计算公式的迭代校正。当考虑电机转子磁链变化时，使用基于FFRLS的转子磁链在线辨识算法计以实现最优定子电流角。利用定子磁链观测器与转子励磁磁链观测器估计定子磁链、转子励磁磁链，带入最优定子电流角迭代，实现强磁场饱和下凸极性同步电机的优化最大转矩电流比控制。利用估计的磁链构成磁链迭代优化校正，以达到校正最优定子电流角的目的，进而计算优化后的给定电流，降低了电机定子电流与铜耗，减轻了散热负担，从而提高了电动飞机的续航里程。程。程。

【技术实现步骤摘要】
一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法


[0001]本专利技术属于电机驱动控制
，涉及一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法。

技术介绍

[0002]相比于隐极性电机，凸极性电机因高功率密度、高效率、高可靠性、宽调速范围等优点，广泛应用于飞机、汽车、船舶等行业。通常而言，凸极性电机采用最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere，MTPA)控制技术以期采用最小的电机定子电流值达到给定指令转矩。然而，基于传统电机数学模型的MTPA控制系统忽略磁场饱和导致的电机参数变化，使得在给定指令转矩下，电机最优定子电流角发生偏移，从而增大了电机定子电流值。以多电飞机用凸极式同步电动机为例，如图1所示，飞机在起飞阶段(滑跑阶段和爬升阶段)，电机定子电流的快速变化导致定子磁场进入饱和状态，磁路的非线性造成电机直
‑
交轴电感参数发生变化；电机以最大定子电流运行，使得在飞机进入巡航阶段之前，电机温度快速上升，导致转子励磁磁链也发生变化。电机定
‑
转子磁场饱和带来电机参数变化，将导致MTPA控制系统中最优定子电流角发生偏移。因此，在强磁场饱和下，设计凸极式同步电动机的最优定子电流角校正方法，优化MTPA控制策略，以减小满足负载转矩要求下电机的定子电流有效值，进而减小铜耗。
[0003]MTPA控制根据计算方式可分为离线法和在线法。离线法易于实现，但其寻找MTPA工作点时鲁棒性不好，对参数变化和不同电机参数的差异性难以追踪。随着微处理器性能的逐渐提升，为了在线追踪MTPA控制算法的最佳工作点，在线自适应法得到了越来越多的重视。
[0004]韩泽秀等人通过对定子电流角误差进行分析而提出了误差补偿法，提高了定子电流参考角的精度，但补偿方法对永磁体磁链参数做了近似处理，从而降低了误差补偿精度，见文献：Improved Online Maximum
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Torque
‑
Per
‑
Ampere Algorithm for Speed Controlled Interior Permanent Magnet Synchronous Machine.。另外，Atsushi Shinohara等人提出了基于直接转矩控制的最大转矩电流比控制策略，通过给定转矩和MTPA控制律计算给定磁链，适用于给定量为转矩和定子磁链的永磁同步电机驱动系统。该方法考虑了d
‑
q轴电感的变化，不需要查表，仅通过迭代提高控制精度，但未考虑因温度大范围变化导致的永磁体磁链变化，见文献：Direct Calculation Method of Reference Flux Linkage for Maximum Torque per Ampere Control in DTC
‑
Based IPMSM Drives.。
[0005]专利申请号CN202110619796.9公开了一种内置式永磁同步电机无位置传感器参数误差补偿策略，通过获取偏差系数μ和λ，对永磁体磁链和交轴电感参数进行实时在线修正，并将修正后的参数用于电机的最大转矩电流比控制定子磁链给定值计算、MT轴电流估计以及负载角的计算。该方法提升了转子位置估计精度，增强系统鲁棒性，但没有对d轴电感进行实施在线修正，一定程度上降低了控制精度与性能。专利申请号CN202011312450.6
公开了一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，针对永磁同步电机在低速运行时观测精度低问题，采用基于电流模型的定子磁链观测器，实现磁链和转速的在线辨识。尽管高频电流信号注入法不依赖电机参数，但是该方法会产生速度纹波，进而产生额外损耗，且注入信号频率会受到控制器采样频率的限制，使得调速范围有限。专利申请号CN201410121053.9公开了一种凸极式同步电动机的控制方法，控制过程对参数不敏感，不存在曲线拟合，鲁棒性较MTPA方法得到有效提高，但未能充分利用磁阻转矩，控制性能需进一步提高。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，要解决的技术问题为：当多电/全电飞机在起飞过程中，在强磁场饱和下，电机参数发生变化造成电机最优定子电流角偏移的问题。
[0008]技术方案
[0009]一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于：当考虑定
‑
转子磁场饱和时，最优定子电流角α由定子磁链d
‑
q轴分量ψ
d
、ψ
q
、转子励磁磁链ψ
f
迭代计算得到。
[0010]凸极式同步电机的优化最大转矩电流比MTPA控制根据速度环比例积分PI控制器的输出电流参考值和定子电流角α来计算定子电流的d
‑
q轴分量参考值α表示定子电流矢量与q轴正半轴之间夹角，取值范围为(
‑
π/2，π/2)。
[0011]具体步骤如下：
[0012]步骤1、获取定子电流角初始值α0：当电机定
‑
转子磁场进入饱和之前，若定子电流i
s
给定，则最优定子电流矢量角由标称电机励磁磁链ψ
f
、d轴电感L
d0
与q轴电感L
q0
计算得到，表达式如下：
[0013][0014]式中，L
d0
为未进入磁场饱和时的直轴电感；L
q0
为未进入磁场饱和时的交轴电感；ψ
f
为转子励磁磁链；
[0015]步骤2：当考虑电机定子磁链变化时，使用基于扩展卡尔曼滤波EKF的改进混合模型磁链观测器计算定子磁链d
‑
q轴分量同时，当考虑电机转子磁链变化时，使用基于FFRLS的转子磁链在线辨识算法计算转子励磁磁链
[0016]步骤3：由步骤1所得定子电流角初始值α0，步骤2两个观测器同时计算更新的转子励磁磁链以及定子磁链d
‑
q轴分量然后根据以下迭代公式计算定子
[0017]电流角α：
[0018][0019]式中，α
k
表示当前时刻的最优定子电流角，α
k
‑1表示上一时刻的最优定子电流角；
表示估计的当前时刻转子励磁磁链，表示估计的上一时刻转子励磁磁链；表示上一时刻给定定子电流；
[0020][0021]分别表示估计的上一时刻定子直轴磁链、交轴磁链；通过饱和电感模型计算。
[0022]所述根据定子电流矢量角得到d
‑
q轴电流为：
[0023][0024]式中，表示当前时刻直轴给定电流，表示当前时刻交轴给定电流。
[0025]当电机定子电流快速变化导致定子磁场进入饱和时，以定子磁链观测器完成定子磁链的在线估计：定子磁链d
‑
q轴分量由基于扩展卡尔曼滤波E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于：当考虑定
‑
转子磁场饱和时，最优定子电流角α由定子磁链d
‑
q轴分量ψ
d
、ψ
q
、转子励磁磁链ψ
f
迭代计算得到。2.根据权利要求1所述凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于：凸极式同步电机的优化最大转矩电流比MTPA控制根据速度环比例积分PI控制器的输出电流参考值和定子电流角α来计算定子电流的d
‑
q轴分量参考值α表示定子电流矢量与q轴正半轴之间夹角，取值范围为(
‑
π/2，π/2)。3.根据权利要求1所述凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、获取定子电流角初始值α0：当电机定
‑
转子磁场进入饱和之前，若定子电流i
s
给定，则最优定子电流矢量角由标称电机励磁磁链ψ
f
、d轴电感L
d0
与q轴电感L
q0
计算得到，表达式如下：式中，L
d0
为未进入磁场饱和时的直轴电感；L
q0
为未进入磁场饱和时的交轴电感；ψ
f
为转子励磁磁链；步骤2：当考虑电机定子磁链变化时，使用基于扩展卡尔曼滤波EKF的改进混合模型磁链观测器计算定子磁链d
‑
q轴分量同时，当考虑电机转子磁链变化时，使用基于FFRLS的转子磁链在线辨识算法计算转子励磁磁链步骤3：由步骤1所得定子电流角初始值α0，步骤2两个观测器同时计算更新的转子励磁磁链以及定子磁链d
‑
q轴分量然后根据以下迭代公式计算定子电流角α：式中，α
k
表示当前时刻的最优定子电流角，α
k
‑1表示上一时刻的最优定子电流角；表示估计的当前时刻转子励磁磁链，表示估计的上一时刻转子励磁磁链；表示上一时刻给定定子电流；刻给定定子电流；分别表示估计的上一时刻定子直轴磁链、交轴磁链；通过饱和电感模型计算。4.根据权利要求2所述凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于：所述根据定子电流矢量角得到d
‑
q轴电流为：式中，表示当前时刻直轴给定电流，表示当前时刻交轴给定电流。
5.根据权利要求1所述凸极式同步电动机最优定子电流角校正方法，其特征在于：当电机定子电流快速变化导致定子磁场进入饱和时，以定子磁链观测器完成定子磁链的在线估计：定子磁链d
‑
q轴分量由基于扩展卡尔曼滤波EKF的改进混合模型磁链观测器得到，该观测器的输入信号为位置传感器采集并计算后得到的转子位置θ
e
和参考指令电压首先，在电流模型中，运用EKF算法在线辨识算法得到直
‑
交轴电感，基于EKF的电机直轴电感与交轴电感参数在线辨识过程如下：在每个运行步长中，忽略电机转速的变化，电机的电气时间常数远小于电机的机械时间常数，则系统状态变量中的d
‑
q轴电感的微分项近似为零，则以d
‑
q轴电感为待辨识参数，d
‑
q轴电流为状态变量，IPMSM的时域状态方程为：式中，ω
r
为电机电角速度；选择交直轴电流作为辨...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆光照，陈寿洛，陈哲，赵勇，段晓丽，范恺，王坤明，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：