一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法及系统包括，获取单模块电机运行中参数变化和系统扰动，建立基于误差补偿的损耗模型，并提出了基于嵌套迭代的最小损耗控制策略；根据单模块电机最小损耗寻优结果，以续航里程为目标，对电机系统进行效率优化，建立基于损耗最小的转矩分配系数寻优算法以及基于模式切换的转矩分配策略；搭建仿真模型以及实验平台，结合上述算法与策略对电机系统效率进行仿真计算和实验测试，实现了电机系统效率优化控制，拓宽了电动车用AFIRPMSM电机系统高效区空间，从而提升电动车续航里程。从而提升电动车续航里程。从而提升电动车续航里程。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及模块化轴向磁通电机系统效率优化控制
，尤其涉及一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法及系统。

技术介绍

[0002]纯电动商用车具有商用人员运送和货物运输的工具属性，已经成为满足新能源汽车市场需求多元化和实现低碳交通系统的重要环节。轴向磁通永磁同步电机(Axial Flux PermanentMagnet Synchronous Motor，AFPMSM)定转子为圆盘结构，且定转子盘依次面对面间隔排列，这使其结构紧密且散热条件好。此外AFPMSM相邻两个定转子等效为一个电机模块，可根据功率需求增加模块，降低了大功率需求下的电流等级，保证安全运行，且模块化结构使其控制灵活。因此AFPMSM在纯电动商用车领域具有广阔的应用前景。续航里程不足是限制纯电动商用车推广的重要因素之一，因此电驱动系统效率提升是目前的研究热点。

技术实现思路

[0003]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0004]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0005]因此，本专利技术提供了一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法及系统，能够解决
技术介绍
中提到的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，包括：
[0007]获取单模块电机运行中参数变化和系统扰动，建立基于误差补偿的损耗模型，并提出了基于嵌套迭代的最小损耗控制策略；
[0008]根据单模块电机最小损耗寻优结果，以续航里程为目标，对电机系统进行效率优化，建立基于损耗最小的转矩分配系数寻优算法以及基于模式切换的转矩分配策略；
[0009]搭建仿真模型以及实验平台，结合上述算法与策略对电机系统效率进行仿真计算，实现电机系统效率优化控制。
[0010]作为本专利技术所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法的一种优选方案，其中：所述参数变化和系统扰动包括电机运行中铁损等效电阻、d
‑
q轴电感参数变化和逆变器死区电压引入的系统扰动，
[0011]所述电机运行中铁损等效电阻包括：
[0012][0013]其中，铁损等效电阻R
ir
，K
h
和K
f
为磁滞损耗和涡流损耗系数，电机角速度ω
r
；
[0014]所述d
‑
q轴电感参数变化包括：
[0015]L
d
＝α1i
ed2
+α2i
ed
+L
d0
[0016]L
q
＝β1i
eq2
+β2i
eq
+L
q0
[0017]其中，α1为d轴电感二次项系数，α2为d轴电感一次项系数，L
d0
为d轴电感初值，β1为q轴电感二次项系数，β2为q轴电感一次项系数，L
q0
为q轴电感初值，i
ed
、i
eq
分别为d
‑
q轴坐标系下定子电流；
[0018]所述逆变器死区电压引入的系统扰动包括：
[0019][0020]其中，D
d
、D
q
为d
‑
q轴死区误差电压系数，θ
e
为d轴正向与A轴夹角，γ为定子电流矢量与d轴正向夹角。
[0021]作为本专利技术所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法的一种优选方案，其中：所述基于误差补偿的损耗模型包括，
[0022]基于误差补偿损耗模型的单模块电机总损耗为：
[0023][0024]其中，P
ml
为单模块损耗，铁损等效电阻R
ir
，铜损等效电阻R
cu
，i
cd
和i
cq
分别为d
‑
q轴电流铁损分量，i
td
和i
tq
分别为d
‑
q轴电流转矩分量，L
d
、L
q
为d
‑
q轴线圈的自感，ψ
f
为永磁体基波励磁磁场耦合到定子绕组的磁链，ψ
d
和ψ
q
分别为气隙磁场在d轴和q轴的分量，ω
r
为转子电角速度。
[0025]作为本专利技术所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法的一种优选方案，其中：所述基于嵌套迭代的最小损耗控制策略包括，
[0026]建立基于误差补偿损耗模型的最小损耗控制目标函数和约束条件：
[0027]minP
ml
(ω
r
,i
ed
,T
es
)
[0028][0029]其中，i
ed
为d轴坐标系下定子电流，h1为电流约束方程，h2为电压约束方程，T
es
为电
磁转矩，电磁转矩T
es
与q轴电流转矩分量i
tq
成线性相关，且变换系数为A；
[0030][0031]其中，N
p
为电机极对数。
[0032]作为本专利技术所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法的一种优选方案，其中：所述对电机系统进行效率优化包括，
[0033]转矩耦合下基于最小损耗的转矩分配模型如下：
[0034][0035]其中，h
j
(i
edj
,d
t
)为电机模块1与模块2电流约束方程，h
j
+2(i
edj
,d
t
)为电压约束方程，d
t
∈[0,1]为转矩分配系数，i
edj
为第j个电机模块d轴电流，P
ml_total
为所有电机模块的总损耗，P
mlj
为第j个电机模块的损耗；
[0036]当d
t
为1时，电机模块1单独运行，提供系统全部需求转矩；
[0037]当d
t
为0时，电机模块2单独运行，提供系统全部需求转矩；
[0038]当d
t
∈(0,1)时，模块1与模块2耦合运行，分别为系统提供转矩，且转矩之和为系统全部需求转矩，并由基于最小损耗转矩分配策略实现转矩分配系数d
t
寻优。
[0039]作为本专利技术所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法的一种优选方案，其中：所述基于损耗最小的转矩分配系数寻优算法包括，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，其特征在于：包括，获取单模块电机运行中参数变化和系统扰动，建立基于误差补偿的损耗模型，并提出了基于嵌套迭代的最小损耗控制策略；根据单模块电机最小损耗寻优结果，以续航里程为目标，对电机系统进行效率优化，建立基于损耗最小的转矩分配系数寻优算法以及基于模式切换的转矩分配策略；搭建仿真模型以及实验平台，结合上述算法与策略对电机系统效率进行仿真计算，实现电机系统效率优化控制。2.如权利要求1所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，其特征在于：所述参数变化和系统扰动包括电机运行中铁损等效电阻、d
‑
q轴电感参数变化和逆变器死区电压引入的系统扰动，所述电机运行中铁损等效电阻包括：其中，铁损等效电阻R
ir
，K
h
和K
f
为磁滞损耗和涡流损耗系数，电机角速度ω
r
；所述d
‑
q轴电感参数变化包括：L
d
＝α1i
ed2
+α2i
ed
+L
d0
L
q
＝β1i
eq2
+β2i
eq
+L
q0
其中，α1为d轴电感二次项系数，α2为d轴电感一次项系数，L
d0
为d轴电感初值，β1为q轴电感二次项系数，β2为q轴电感一次项系数，L
q0
为q轴电感初值，i
ed
、i
eq
分别为d
‑
q轴坐标系下定子电流；所述逆变器死区电压引入的系统扰动包括：其中，D
d
、D
q
为d
‑
q轴死区误差电压系数，θ
e
为d轴正向与A轴夹角，γ为定子电流矢量与d轴正向夹角。3.如权利要求2所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，其特征在于：所述基于误差补偿的损耗模型包括，基于误差补偿损耗模型的单模块电机总损耗为：
其中，P
ml
为单模块损耗，铁损等效电阻R
ir
，铜损等效电阻R
cu
，i
cd
和i
cq
分别为d
‑
q轴电流铁损分量，i
td
和i
tq
分别为d
‑
q轴电流转矩分量，L
d
、L
q
为d
‑
q轴线圈的自感，ψ
f
为永磁体基波励磁磁场耦合到定子绕组的磁链，ψ
d
和ψ
q
分别为气隙磁场在d轴和q轴的分量，ω
r
为转子电角速度。4.如权利要求3所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，其特征在于：所述基于嵌套迭代的最小损耗控制策略包括，建立基于误差补偿损耗模型的最小损耗控制目标函数和约束条件：minP
ml
(ω
r
,i
ed
,T
es
)其中，i
ed
为d轴坐标系下定子电流，h1为电流约束方程，h2为电压约束方程，T
es
为电磁转矩，电磁转矩T
es
与q轴电流转矩分量i
tq
成线性相关，且变换系数为A；其中，N
p
为电机极对数。5.如权利要求4所述的模块化轴向磁通电机系统效率优化控制方法，其特征在于：所述对电机系统进行效率优化包括，转矩耦合下基于最小损耗的转矩分配模型如下：转矩耦合下基于最小损耗的转矩分配模型如下：其中，h
j
(i
edj
,d
t
)为电机模块1与模块2电流约束方程，h
j

【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑飞，蔡晓雪，王爽，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：