【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内置式永磁同步电机建模，尤其涉及一种应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法。
技术介绍
1、内置式永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩/惯量比、宽调速范围以及结构紧凑等优点，广泛应用于新能源汽车等领域。硬件在环测试是一种基于电机模型，用于嵌入式控制系统开发和测试的技术，可以对电机控制器进行实时可靠的功能验证与性能评估。电机控制算法的设计与电机控制器硬件在环系统的开发均对电机模型的保真度有较高的需求。一个高保真度的电机模型既可以作为控制算法设计的理论基础，也可以作为评估算法性能的基础工具。
2、内置式永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性的机电能量转换系统。内置式永磁同步电机常运行于高转矩大电流或者高速高反电动势工况中，这些运行条件增加了磁路饱和、交叉耦合等非线性因素对电机模型的影响。同时由于电机磁路不对称和齿槽效应等因素，使得在电机建模时无法忽略空间谐波因素的影响。电机铁磁材料中的涡流损耗和磁滞损耗等铁芯损耗会影响电机的d-q轴电流，从而影响电机的电磁行为，同时铁磁材料的温度也会对电机电磁行为产生无法忽略的影响。
3、目前内置式永磁同步电机建模方法主要基于恒定参数，在d-q轴系下建立线性模型。该建模方法简单直接，但无法通过恒定电机参数准确的表征电机的非线性电磁行为。因此，基于线性模型开发的硬件在环测试系统在精度上和保真度上仍存在提高的空间。基于有限元方法的计算机仿真软件可以通过建立电机的电磁、机械和温度等多物理场模型，对电机的应力场、流体场、电磁场和温度场进行多物理场
4、因此，本专利技术提供一种应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，能够解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于，目前内置式永磁同步电机建模方法主要有三种但都存在一定缺陷，第一种基于恒定参数，在d-q轴系下建立线性模型；存在无法通过恒定电机参数准确的表征电机的非线性电磁行为的问题；第二种基于有限元方法的计算机仿真软件可以通过建立电机的电磁、机械和温度等多物理场模型，对电机的应力场、流体场、电磁场和温度场进行多物理场耦合计算；存在需要精细繁杂的网格剖分和大量的计算时间，无法直接用于评估电机控制算法性能，也无法直接部署到硬件在环测试设备中的问题；第三种结合matlab/simulink与有限元仿真软件的场路耦合仿真技术可以为电机控制算法性能评估提供一个相对准确的电机模型基础，但这种方法需要多种软件间的联合调试，进行一次仿真计算所需配置的软件数量多，耗时长，调试难度大，同时这种耦合不同软件的联合仿真模型也无法直接部署到硬件在环测试设备中，所以提供一种应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，所述应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法包括：
2、通过有限元仿真计算软件建立内置式永磁同步电机的二维有限元仿真模型，配置不同温度条件下铁磁材料的属性文件；
3、根据内置式永磁同步电机的二维有限元模型，进行有限元仿真计算生成第一电机电磁数据；
4、基于外部d-q轴电压激励、以及第一电机电磁数据，根据离散的电机电压、磁链和转矩方程，在matlab/simulink中分别构建磁链计算子模块、转矩电流计算子模块、铁损电流计算子模块、温度修正子模块和转矩计算子模块；
5、对上述子模块进行综合封装。
6、进一步地，配置不同温度条件下铁磁材料的属性文件；根据内置式永磁同步电机的二维有限元模型，进行有限元仿真计算生成第一电机电磁数据包括：
7、配置铁磁材料属性为t0温度条件下，电机转速设置为额定转速三分之一，进行有限元仿真计算，生成第一电磁数据，所述第一电磁数据包括磁链、电磁转矩和铁损功率数据；
8、配置铁磁材料属性为t0温度条件下，电机转速设置为额定转速三分之二，进行有限元仿真计算，生成第一电磁数据，所述第一电磁数据包括磁链、电磁转矩和铁损功率数据；
9、配置铁磁材料属性为t1温度条件下，电机转速设置为额定转速，进行有限元仿真计算，生成第一电磁数据，所述第一电磁数据包括磁链、电磁转矩和铁损功率数据；
10、配置铁磁材料属性为t1温度条件下，电机转速设置为额定转速三分之一，进行有限元仿真计算，生成第一电磁数据，所述第一电磁数据包括磁链、电磁转矩和铁损功率数据。
11、进一步地，所述磁链计算子模块具体包括：
12、利用matlab/simulink中的基本运算单元构建磁链计算子模块，通过离散的d-q轴电压方程进行计算，方程式为：
13、
14、
15、其中，和分别是电机时刻的外部d-q轴电压激励，为电机绕组电阻，和分别是电机时刻的d-q轴转矩电流分量，和分别是电机时刻的d-q轴铁损电流分量，铁损电流分量和转矩电流分量共同组成定子电流。是电机时刻的电角速度，和是电机时刻的d-q轴磁链，和是电机时刻的d-q轴磁链, 是电机模型的离散采样周期。
16、进一步地，所述转矩电流计算子模块具体包括：
17、利用matlab/simulink中的三维look-up table构建转矩电流计算子模块，通过电流与电机磁链之间的双向映射关系计算，双向映射关系表达式为：
18、
19、
20、其中，和表示d-q轴电流到d-q轴磁链向的映射关系，和分别表示d-q轴磁链，和分别表示d-q轴转矩电流分量，表示转子位置角，括号中的内容表示d轴和q轴磁链同时与自身轴向的电流有关以及正交轴向的电流有关，同时表现为关于转子位置角的非线性函数。
21、进一步地，所述温度修正子模块具体包括：
22、利用matlab/simulink中的二维look-up table存储d-q轴电流修正量基准值数据，然后通过matlab/simulink中的基本运算单元构建温度修正子模块；
23、根据设定的电机运行温度，对输出的转矩电流进行温度修正，具体原理表达式为：
24、
25、
26、其中，等号左边的和分别为经过温度修正后的d-q轴转矩电流，等号右边的和分别为s7中转矩电流计算子模块输出的未经温度修正的d-q轴转矩电流，下标表示有限元计算中的初始电机温度，表示为所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求 1所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，配置不同温度条件下铁磁材料的属性文件；根据内置式永磁同步电机的二维有限元模型，进行有限元仿真计算生成第一电机电磁数据包括：
3.根据权利要求2所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在Matlab/Simulink中构建磁链计算子模块具体包括：
4.根据权利要求3所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在Matlab/Simulink中构建转矩电流计算子模块具体包括：
5.根据权利要求4所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在Matlab/Simulink中构建温度修正子模块具体包括：
6.根据权利要求5所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在Matlab/Simulink中构建转矩计算子模块包括：
<...【技术特征摘要】
1.一种应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求 1所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，配置不同温度条件下铁磁材料的属性文件；根据内置式永磁同步电机的二维有限元模型，进行有限元仿真计算生成第一电机电磁数据包括：
3.根据权利要求2所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在matlab/simulink中构建磁链计算子模块具体包括：
4.根据权利要求3所述的应用于硬件在环测试的内置式永磁同步电机高保真度仿真方法，其特征在于，在matlab/simulink中构建转矩电流计算子模块具体包括：
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：范应鹏，李国杰，周伟波，邓勇，
申请(专利权)人：江苏威进智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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