CN107592052B - 一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法及装置 - Google Patents

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本发明公开了一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法及装置。该方法包括：S1：电流幅值、电流角度值初始化；S2：更新当前电流幅值；S3：角度计算器根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，当前电流角度更新为该最新电流角度值；S4：转矩导数解算器通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；S5：误差判断器判断导数是否在设定的范围内，如果是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；S6：当前电流幅值增加10A，跳转至步骤S2；S7：PI调节器根据导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器，跳转至步骤S3。本发明改变静态的标定模式为动态的搜索模式，实时搜索出在当前电流矢量大小下，转矩最大的电流角度值。

Description

一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法及装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机转矩电流比跟踪技术领域。
背景技术
随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点，广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富，永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式，由于内置式永磁同步电机(IPMSM)可在弱磁条件下具有较宽的调速区间，应用较为广泛。
在IPMSM的控制策略中，为了实现效率的最大化和电流容量的最大利用，电机在弱磁之前将被控制运行在最大转矩电流比(MTPA)曲线上，即当d轴电流(id)和q轴电流(iq)满足MTPA曲线的关系之时，单位电流所产生的转矩是最大的。
在现有的解决方案中，MTPA曲线往往是通过人工反复的试凑标定而来，即在固定电流大小之后，反复调节电流的角度最终描绘出MTPA曲线，标定完成后MTPA曲线就固定下来不再改变。传统的人工标定方法，对电机曲线的标定工作会占用较大时间，严重影响开发效率以及工程进度；由于是通过人工对电机进行标定，其偏移误差很大，甚至不同的操作人员的标定结果也不尽相同，因此不能保证曲线的准确性；传统的标定查表法采用的是静态的方式，即“一次标定、永久使用”的原则，在电机参数随着使用时间的增加而变化的时候，其实际MTPA曲线将会有显著的变化，而静态的标定法得到的曲线与实际曲线的差距将会越来越大，从而会影响电机的总体效率；传统的标定查表法中，对批量生产电机的一致性要求很高，由于在标定过程中仅仅对一台或者几台样机进行标定，当一致性有所欠缺时，其标定曲线和实际曲线会有较大的差距。
发明内容
本发明的目的是克服现有MTPA曲线人工标定方法存在的工期长、效率低、准确度差、鲁棒性差的技术问题，提供了一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法及装置，其改变静态的标定模式为动态的搜索模式，实时搜索出在当前电流矢量大小下，转矩最大的电流角度值。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，包括以下步骤：
S1：电流幅值、电流角度值初始化；
S2：更新当前电流幅值；
S3：角度计算器根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，当前电流角度更新为该最新电流角度值；
S4：转矩导数解算器通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；
S5：误差判断器判断导数是否在设定的范围内，如果是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6：当前电流幅值增加10A，跳转至步骤S2；
S7：PI调节器根据导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器，跳转至步骤S3。
在内置式永磁同步电机运行在MTPA曲线之上的时候，其最大转矩对电流角度的导数(记为dTe(β))为0。本发明利用dTe(β)作为反馈信号，以调节dTe(β)最终为0为目的，利用合理的PI调节器，搜索出在当前电流矢量大小下，最大电机转矩对应的电流角度值。
作为优选，所述步骤S4中计算当前转矩对当前电流角度的导数的方法包括以下步骤：
采用公式计算出当前转矩对当前电流角度的导数，Te(k)表示当前时刻的转矩值，Te(k-1)表示上一时刻的转矩值，β(k)表示当前时刻的电流角度值，β(k-1)表示上一时刻的电流角度值。
两组数据通过各自做差之后相除得到转矩对角度的差分量，从而逼近转矩对角度的导数。
作为优选，所述步骤S2还包括以下步骤：如果当前电流幅值达到设定值，程序结束。
作为优选，所述步骤S1中电流幅值初始化后的初始值为0，电流角度值初始化后的初始值为0。
本发明的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪装置，包括：
电流更新模块，用于更新当前电流幅值；
角度计算器，用于根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，并将当前电流角度更新为该最新电流角度值；
转矩导数解算器，用于通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；
误差判断器，用于判断转矩导数解算器计算出的导数是否在设定的范围内，如果是则输出触发信号到电流调整模块，否则将导数输出到PI调节器；
电流调整模块，用于在接收到误差判断器输出的触发信号时增大电流幅值；
PI调节器，用于根据误差判断器输出的导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器。
本发明的有益效果是：改变静态的标定模式为动态的搜索模式，实时搜索出在当前电流矢量大小下，最大电机转矩对应的电流角度值。
附图说明
图1是本发明的一种流程图；
图2是本发明方法绘制出的MTPA曲线；
图3是PI调节器的示意图；
图4是本发明的一种结构示意图。
图中：1、电流更新模块，2、角度计算器，3、转矩导数解算器，4、误差判断器，5、电流调整模块，6、PI调节器，a、实际MTPA曲线，b、计算出的MTPA曲线。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：电流幅值、电流角度值初始化，电流幅值的初始值为0，电流角度值的初始值为0；
S2：更新当前电流幅值；
S3：角度计算器根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，当前电流角度更新为该最新电流角度值；
S4：转矩导数解算器通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数，并将计算出的导数输出到误差判断器；
S5：误差判断器判断导数是否在设定的范围内，如果是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6：当前电流幅值增加10A，跳转至步骤S2；
S7：误差判断器将导数输出到PI调节器，PI调节器根据导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器，跳转至步骤S3。
在内置式永磁同步电机运行在MTPA曲线之上的时候，其最大转矩对电流角度的导数(记为dTe(β))为0。本发明利用dTe(β)作为反馈信号，以调节dTe(β)最终为0为目的，利用合理的PI调节器，搜索出在当前电流矢量大小下，最大电机转矩对应的电流角度值。如图2所示，本方法计算出的MTPA曲线b与实际MTPA曲线a比较，基本重合。
如图3所示，PI调节器包含了Kp和Ki两个参数变量，加法器ADD1。输入信号为转矩导数解算器的导数输出量，输出信号为用于补偿现有角度的角度补偿量。
步骤S4中计算当前转矩对当前电流角度的导数的方法包括以下步骤：
采用公式计算出当前转矩对当前电流角度的导数，Te(k)表示当前时刻的转矩值，Te(k-1)表示上一时刻的转矩值，β(k)表示当前时刻的电流角度值，β(k-1)表示上一时刻的电流角度值。
两组数据通过各自做差之后相除得到转矩对角度的差分量，从而逼近转矩对角度的导数。
步骤S2还包括以下步骤：如果当前电流幅值达到设定值，程序结束。
本实施例的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪装置，使用上述的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，包括：
电流更新模块1，用于更新当前电流幅值；
角度计算器2，用于根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，并将当前电流角度更新为该最新电流角度值；
转矩导数解算器3，用于通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；
误差判断器4，用于判断转矩导数解算器计算出的导数是否在设定的范围内，如果是则输出触发信号到电流调整模块，否则将导数输出到PI调节器；
电流调整模块5，用于在接收到误差判断器输出的触发信号时增大电流幅值；
PI调节器6，用于根据误差判断器输出的导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，其特征在于，
包括以下步骤：
S1：电流幅值、电流角度值初始化；
S2：更新当前电流幅值；
S3：角度计算器根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，当前电流角度更新为该最新电流角度值；
S4：转矩导数解算器通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；
S5：误差判断器判断导数是否在设定的范围内，如果是则执行步骤S6，否则执行步骤S7；
S6：当前电流幅值增加10A，跳转至步骤S2；
S7：PI调节器根据导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器，跳转至步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，其特征在于，所述步骤S4中计算当前转矩对当前电流角度的导数的方法包括以下步骤：
采用公式计算出当前转矩对当前电流角度的导数，Te(k)表示当前时刻的转矩值，Te(k-1)表示上一时刻的转矩值，β(k)表示当前时刻的电流角度值，β(k-1)表示上一时刻的电流角度值。
3.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2还包括以下步骤：如果当前电流幅值达到设定值，程序结束。
4.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中电流幅值初始化后的初始值为0，电流角度值初始化后的初始值为0。
5.一种永磁同步电机最大转矩电流比曲线跟踪装置，其特征在于，
包括：
电流更新模块(1)，用于更新当前电流幅值；
角度计算器(2)，用于根据PI调节器输出的角度补偿量与当前电流角度值相加得到最新电流角度值，并将当前电流角度更新为该最新电流角度值；
转矩导数解算器(3)，用于通过差分法计算出当前转矩对当前电流角度的导数；
误差判断器(4)，用于判断转矩导数解算器计算出的导数是否在设定的范围内，如果是则输出触发信号到电流调整模块，否则将导数输出到PI调节器；
电流调整模块(5)，用于在接收到误差判断器输出的触发信号时增大电流幅值；
PI调节器(6)，用于根据误差判断器输出的导数计算出角度补偿量并输出到角度计算器。
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