CN109194229A - 一种基于转矩闭环的永磁同步电机mtpa控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法，其中，所述控制系统包括位置传感器和永磁同步电机，所述永磁同步电机与所述位置传感器相连接，包括参数辨识模块，所述参数辨识模块与所述位置传感器相连接。本发明采用RLS+EKF的参数辨识方法，能够提高辨识精度，使实际工作点更加接近最优工作点，降低损耗，提高系统运行效率。本发明采用转矩闭环的方法，能够有效降低测量误差和干扰的影响。本发明则采用标幺值化的转矩闭环控制，能够将转矩与d、q轴给定电流信号的关系形成一个一元二次方程，从而简化了MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*的求解过程，不仅大幅降低了计算量，且更易于工程实现。

Description

一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机驱动控制技术领域，尤其涉及一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率密度大等优点，由永磁同步电机组成的闭环调速系统可实现优良的动态性能、高精度和很宽的调速范围，因此被广泛应用于电动汽车驱动、伺服控制、家用电器等对性能要求较高的领域。为了进一步提高PMSM的效率，降低运行时产生的铜损，获得优良的控制效果，要求在固定转矩时，电流幅值取最小值，即最大转矩电流比控制(MTPA)。

鉴于MTPA控制的诸多优势，国内外学者对其进行了很多的研究，目前MTPA控制的主要方法有公式计算法、查表法、搜索法和辅助信号注入法等。公式计算法对参数变化过于敏感，计算结果不能反映实际变化；查表法计算精度不高，且占用系统内存；搜索法控制稳定性较低，约束了其在实际系统中的应用；辅助信号注入法虽提高了参数鲁棒性，但控制过程复杂。

专利号为ZL201610511750.4的中国发明专利公开了一种永磁同步电机控制方法和系统，通过检测电机定子的输出电流，根据该输出电流计算出电机的反馈励磁电流及反馈转矩电流；再计算出电机的给定转矩电流和给定励磁电流；将上述反馈励磁电流、反馈转矩电流、给定转矩电流和给定励磁电流带入电流环后计算出电流环的励磁电压和转矩电压。将该励磁电压和该转矩电压转换为驱动信号作用于电机上，并采样此时电机上的反馈励磁电流和给定转矩电流。将采样的反馈励磁电流和给定转矩电流重复带入上述过程中，并采样出新的反馈励磁电流和给定转矩电流，直至电机的转矩电流和励磁电流达到动态稳定。因此，上述计算过程采用迭代的方式，仅选取MTPA公式中的一部分，即可达MTPA(最优转矩控制)的效果，减少了程序的运算量，并提高了电机相关系统的芯片利用效率。但该发明存在如下技术缺陷：首先，该发明采用的计算励磁电流I_m公式较复杂，需运用平方和开方运算，增加了在线计算时的计算量；其次，该发明采用固定参数进行计算，不能反映参数变化对MTPA点的影响，在实际运行中，由于环境温度、工作频率等的影响，电机的L_d、L_q、ψ、定子电阻R_s等参数会发生变化，导致实际的MTPA点偏移，因此该技术方案所计算的MTPA点会偏离实际的MTPA点；最后该技术方案采用的是转速环直接调节电流环的方法，因而对测量误差和干扰更加敏感。

专利号为ZL201710597779.3的中国发明专利公开了一种永磁同步电机控制方法及系统，该方法包括：根据接收的给定转矩和反馈转矩进行闭环控制输出q轴给定电流，根据q轴给定电流计算得到d轴最优电流；对q轴给定电流以及d轴最优电流进行修正并利用修正结果以及对应反馈电流进行闭环控制得到q轴磁链给定、d轴磁链给定、q轴电流给定和d轴电流给定；根据磁链给定和电流给定以及对应反馈磁链，计算q轴输出电压和d轴输出电压；根据q轴输出电压和d轴输出电压，利用SVPWM控制方法计算得到相应的开关脉冲，并将开关脉冲发送给对应逆变器；将电流控制和直接转矩控制结合起来，实现对转矩和电流的同时控制，解决一般直接转矩控制方法中的全部缺点。但该发明是根据q轴给定电流I_q,mtpa ^*，利用公式I_d,mtpa ^*＝-k_mtpa|I_q,mtpa ^*|计算得出d轴最优电流，其中，k_mtpa为比例系数，该公式只能粗略表征q轴电流与d轴电流的MTPA关系，不能准确表征MTPA曲线。k_mtpa的值与电机的具体参数相关，不同的电机对应的k_mtpa不一定相同，且k_mtpa的值需要靠经验获取或通过实验调试得到，没有具体的计算公式。该发明没有考虑电机的L_d、L_q、ψ、定子电阻R_s等参数变化对实际的MTPA点造成的影响，由于工作中电机的参数会发生变化，MTPA点也会发生偏移。因此，该技术方案所计算的MTPA点会偏离实际的MTPA点，且转矩的反馈值也是根据电机参数计算得出，电机参数的变化将影响反馈转矩的计算值，从而影响整个系统的控制效果。

发明内容

为了解决上述现有永磁同步电机控制系统存在的技术缺陷，实现在线MTPA控制，尽可能降低MTPA求解算法难度，并考虑参数变化对控制系统的影响，本发明针对凸极式永磁同步电机控制系统，提供一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统技术方案如下：

一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，包括位置传感器和永磁同步电机，所述永磁同步电机与所述位置传感器相连接，包括参数辨识模块，所述参数辨识模块与所述位置传感器相连接。

优选的是，包括脉冲宽度调制逆变器，所述脉冲宽度调制逆变器与所述永磁同步电机相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括空间矢量脉宽调制模块，所述空间矢量脉宽调制模块与所述脉冲宽度调制逆变器相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括电压解耦单元，所述电压解耦单元分别与所述空间矢量脉宽调制模块和参数辨识模块相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括转矩环控制器，所述转矩环控制器与所述参数辨识模块相连接。

为了解决上述现有永磁同步电机控制方法存在的技术缺陷，实现在线MTPA控制，尽可能降低MTPA求解算法难度，并考虑参数变化对控制系统的影响，本发明针对凸极式永磁同步电机控制系统，提供一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，该方法对现有MTPA控制方法进行改进，采用转矩闭环结合MTPA控制的方式，降低计算难度，使得控制系统能够在线计算电流最优工作点，采用递推最小二乘法(RLS)+扩展卡尔曼滤波(EKF)参数辨识的方法，使得系统最优工作点更加接近实际，降低电机损耗，提高系统运行效率。该控制方法的技术方案具体如下：

一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，包括以下步骤：

步骤一：在第k时刻，测量PMSM的定子电流I_a、I_b，直流母线电压U_dc，电机位置信号θ；

步骤二：利用参数辨识的方法估计控制系统中使用的电机参数：定子电阻R_s、d轴电感L_d、q轴电感L_q、永磁体磁链ψ_f及电机转矩T₁；

步骤三：设置给定转速为n_ref，电机位置信号θ经过微分运算后得到电机转速信号n，计算Δn＝n_ref-n，将Δn作为转速环PI控制器的输入信号,经过转速环PI控制器调节后输出的信号作为给定转矩T_{e_ref}；

步骤四：T_{e_ref}作为转矩闭环控制的输入信号，经过转矩闭环控制后将输出MTPA条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*；

步骤五：第k时刻定子电流I_c根据公式I_c＝-(I_a+I_b)得出，将I_a、I_b、I_c依次经过Clarke变化和Park后，得到两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q，计算Δi_d＝i_d ^*-i_d，Δi_q＝i_q ^*-i_q，分别将Δi_d和Δi_q作为电流环PI控制器的输入信号，经过电流环PI控制器调节后输出的信号为电压u_d、u_q，对电压信号u_d、u_q进行补偿后得到给定电压信号u_d ^*和u_q ^*：

u_d ^*＝u_d+ωL_di_d+ωψ_f

u_q ^*＝u_q-ωL_qi_q

根据电机位置信号θ，对给定电压信号u_d ^*和u_q ^*进行Park逆变换，得到两相静止坐标系下的u_α ^*、u_β ^*，根据u_α ^*、u_β ^*和采样得到的直流母线电压U_dc，经过SVPWM模块计算得到第k+1时刻的驱动信号。

优选的是，步骤一中的参数辨识采用两种方法，其中R_s、L_d、L_q的辨识采用递推最小二乘法RLS，ψ_f的辨识采用扩展卡尔曼滤波法EKF；用RLS辨识出R_s、L_d、L_q后，将结果输入EKF以增加ψ_f辨识的精确度；根据参数辨识结果以及步骤五中计算得出的i_d、i_q，带入公式T₁＝1.5n_pφ_fi_q(1-(L_q-L_d)i_d/φ_f)，求出电机电磁转矩T₁，实现转矩估计。

在上述任一方案中优选的是，为降低计算难度，实现在线MTPA控制，步骤四中的转矩闭环采用标幺值的表示方式，根据基值的选取原则，应使基值满足实际的物理规律，即有：

式中，T_B为转矩T_e的基值，i_d ^B为d轴电流i_d的基值，i_q ^B为q轴电流i_q的基值，电流基值选取为：

将上式带入公式：

化简可得转矩基值为：

取定基值后，相应的标幺值为：

式中，i_d'为i_d的标幺值，i_q'为i_q的标幺值，T_e'为转矩T_e的标幺值；

根据公式：

有

化简后有T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′。

在上述任一方案中优选的是，步骤四中的转矩闭环控制是通过对电机转矩进行估计并进行反馈控制，使电机转矩跟随给定转矩的一种控制方法，T_{e_ref}为步骤三中转速环PI控制器输出的给定转矩信号，T₁为根据参数辨识估计的电机电磁转矩，T₂为d轴给定电流信号i_d ^*＝0时计算得出的电机电磁转矩，计算T⁺＝T₂+T_{e_ref}-T₁，将T⁺作为转矩环比例控制器的输入信号，经过转矩环比例控制器调节后输出的信号作为给定q轴电流信号i_q的标幺值i_q'，i_q'作为MTPA模块的输入信号，经过MTPA计算后得出d轴给定电流信号i_d的标幺值i_d'，求出i_d'和i_q'后，再乘以相应的基值i_B，以得出MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*。

在上述任一方案中优选的是，步骤四中的MTPA条件，MTPA的目标是求出给定转矩目标T_{e_ref}下幅值最小的定子电流I，定子电流的幅值为：

构造函数为：

f＝i_q′²+i_d′²

f在给定T_{e_ref}下的极值点即为MTPA点，T_{e_ref}为固定值时，对应的转矩标幺值T_e’也为固定值；

根据公式：T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′，有

根据上述公式推出：

i_d′·(2-i_d′)+i_q′²＝0

根据转矩闭环的控制策略，i_q’由转矩闭环的比例控制器给出，这样上式就变为关于i_d’的一个一元二次方程，能够方便解出根式解；根据求根公式，且根据弱磁控制中i_d’＜0的条件，可以得出：

本发明与现有技术相比的有益效果是：首先，本发明采用RLS+EKF的参数辨识方法，能够提高辨识精度。与单独采用EKF辨识永磁体磁链ψ_f的方法相比，RLS+EKF的参数辨识方法能够根据RLS辨识出的R_s、L_d、L_q结果，更新EKF辨识结果，使得永磁体磁链ψ_f的辨识结果更加符合实际情况。其次，电机运行过程中参数的变化，尤其是d、q轴电感的变化，会使实际工作点偏离电流最优值，从而导致电机损耗增加，本发明通过采用参数辨识方法实时更新参数值，能够使实际工作点更加接近最优工作点，降低损耗，提高系统运行效率。再次，本发明采用转矩闭环的控制方法，引入转矩反馈，使得电机电磁转矩能够跟随给定，现有采用转速环不经过转矩闭环直接调节电流环的方法，对测量误差和干扰更加敏感，而本发明采用转矩闭环的方法，能够有效降低这种影响。最后，由于传统的MTPA算法中转矩与d、q轴给定电流信号的关系是一个一元四次方程，解析解的表示方式十分复杂，难以在线求解，通常采用离线计算，将结果制成表格使用的方式，十分占用系统内存。而本发明则采用标幺值化的转矩闭环控制，能够将转矩与d、q轴给定电流信号的关系形成一个一元二次方程，从而简化了MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*的求解过程，不仅大幅降低了计算量，且更易于工程实现。

附图说明

图1为按照本发明的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法的一优选实施例的工作原理示意图。

图2为按照本发明的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法的转矩闭环控制的一优选实施例的工作原理示意图。

图3为按照本发明的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统及方法的转矩闭环控制的一优选实施例的控制流程示意图。

附图标记说明：

PMSM：永磁同步电机；PWM：脉冲宽度调制；SVPWM：空间矢量脉宽调制模块。

具体实施方式

下面结合图1-3详细描述所述基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统的技术方案：

一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，包括位置传感器和永磁同步电机，所述永磁同步电机与所述位置传感器相连接，包括参数辨识模块，所述参数辨识模块与所述位置传感器相连接。包括脉冲宽度调制逆变器，所述脉冲宽度调制逆变器与所述永磁同步电机相连接。包括空间矢量脉宽调制模块，所述空间矢量脉宽调制模块与所述脉冲宽度调制逆变器相连接。包括电压解耦单元，所述电压解耦单元分别与所述空间矢量脉宽调制模块和参数辨识模块相连接。包括转矩环控制器，所述转矩环控制器与所述参数辨识模块相连接。

本发明的工作原理：如图1所示，通过位置传感器实时采集电机位置信号θ，经过微分后计算出电机转速n，与给定转速n_ref比较后的差值Δn作为转速环PI控制器的输入信号；经过转速环PI控制器调节后输出转矩给定信号T_{e_ref}，T_{e_ref}作为转矩闭环的输入信号，通过转矩闭环的控制使得电机的电磁转矩T₁实时跟随给定转矩信号T_{e_ref}；参数辨识模块通过采集d轴给定电压信号u_d ^*、q轴给定电压信号u_q ^*、d轴电流反馈信号i_d、q轴电流反馈信号i_q、电机转速信号n，计算出R_s、L_d、L_q、ψ_f的辨识结果，并将辨识出的参数值用于计算电流基值i_B和转矩基值T_B，保证系统的MTPA工作点更加接近实际最优工作点；转矩闭环输出MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*，经过电流环PI控制的调节，输出d、q轴电压给定信号，考虑d、q轴之间的耦合影响，增加电压解耦单元，可以提高电机的控制性能；d、q轴电压给定信号经过Park逆变换得到两相静止坐标系下的u_α ^*、u_β ^*。根据u_α ^*、u_β ^*和采样得到的直流母线电压U_dc，经过SVPWM模块输出逆变器的驱动信号；逆变器的开关管根据驱动信号动作，实现系统的控制效果。

如图2所示为转矩闭环控制原理图。电机的电磁转矩T₁根据参数辨识结果计算得出，给定转矩T_{e_ref}由转速环PI控制器调节后输出，T₂为d轴给定电流信号i_d ^*＝0时，计算得出的电机电磁转矩，即：

T'为根据d、q轴给定电流信号id^*、i_q ^*计算出的电磁转矩，即：

T⁺为转矩差值信号，作为比例控制器的输入信号，即：

r⁺＝T_{e_ref}+T₂-T₁

经过PI控制的调节，电流环可以等效为一阶系统，即有：

故

系统的稳定点为T_{e_ref}＝T'，即根据给定电流信号计算的电磁转矩T'等于给定转矩T_{e_ref}时系统达到稳定。

如图3所示为转矩闭环控制的控制流程。其中T'根据给定电流信号计算得出的电磁转矩，i_d ^*、i_q ^*为转矩环输出的给定电流信号，i_qM表示在给定转矩T_{e_ref}下的最优MTPA工作点。通过转矩闭环的调节，i_q ^*达到最优的MTPA工作点，即i_q ^*＝i_qM，这时计算电磁转矩T'应等于给定转矩T_{e_ref}，i_d ^*、i_q ^*信号通过控制使得电机输出转矩T₁经过传动延时后等于T'，这时T₁应等于给定转矩T_{e_ref}，经过反馈控制，转矩环的转矩差T⁺＝T₂，转矩环达到稳定。如果i_q ^*>i_qM，则计算电磁转矩T'将大于给定转矩T_{e_ref}，经传动延时后的电机输出转矩T₁将大于定转矩T_{e_ref}，经过转矩反馈，T_{e_ref}-T₁<0，转矩差T⁺将减小，根据转矩环的设计，有T⁺减小后i_q ^*将随之减小，直到i_q ^*等于i_qM。如果i_q ^*<i_qM，则计算电磁转矩T'将小于给定转矩T_{e_ref}，经传动延时后的电机输出转矩T₁将小于定转矩T_{e_ref}，经过转矩反馈，T_{e_ref}-T₁>0，转矩差T⁺将增大，i_q ^*将随之增大，直到i_q ^*等于i_qM。

下面结合图1-3详细描述所述基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法的技术方案：

一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，包括以下步骤：

步骤一：在第k时刻，测量PMSM的定子电流I_a、I_b，直流母线电压U_dc，电机位置信号θ；

步骤二：利用参数辨识的方法估计控制系统中使用的电机参数：定子电阻R_s、d轴电感L_d、q轴电感L_q、永磁体磁链ψ_f及电机转矩T₁；

步骤三：设置给定转速为n_ref，电机位置信号θ经过微分运算后得到电机转速信号n，计算Δn＝n_ref-n，将Δn作为转速环PI控制器的输入信号,经过转速环PI控制器调节后输出的信号作为给定转矩T_{e_ref}；

步骤四：T_{e_ref}作为转矩闭环控制的输入信号，经过转矩闭环控制后将输出MTPA条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*；

步骤五：第k时刻定子电流I_c根据公式I_c＝-(I_a+I_b)得出，将I_a、I_b、I_c依次经过Clarke变化和Park后，得到两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q，计算Δi_d＝i_d ^*-i_d，Δi_q＝i_q ^*-i_q，分别将Δi_d和Δi_q作为电流环PI控制器的输入信号，经过电流环PI控制器调节后输出的信号为电压u_d、u_q，对电压信号u_d、u_q进行补偿后得到给定电压信号u_d ^*和u_q ^*：

u_d ^*＝u_d+ωL_di_d+ωψ_f

u_q ^*＝u_q-ωL_qi_q

根据电机位置信号θ，对给定电压信号u_d ^*和u_q ^*进行Park逆变换，得到两相静止坐标系下的u_α ^*、u_β ^*，根据u_α ^*、u_β ^*和采样得到的直流母线电压U_dc，经过SVPWM模块计算得到第k+1时刻的驱动信号。

其中，步骤一中的参数辨识采用两种方法，其中R_s、L_d、L_q的辨识采用递推最小二乘法RLS，ψ_f的辨识采用扩展卡尔曼滤波法EKF；用RLS辨识出R_s、L_d、L_q后，将结果输入EKF以增加ψ_f辨识的精确度；根据参数辨识结果以及步骤五中计算得出的i_d、i_q，带入公式T₁＝1.5n_pφ_fi_q(1-(L_q-L_d)i_d/φ_f)，求出电机电磁转矩T₁，实现转矩估计。

为降低计算难度，实现在线MTPA控制，步骤四中的转矩闭环采用标幺值的表示方式，根据基值的选取原则，应使基值满足实际的物理规律，即有：

式中，T_B为转矩T_e的基值，i_d ^B为d轴电流i_d的基值，i_q ^B为q轴电流i_q的基值，电流基值选取为：

将上式带入公式：

化简可得转矩基值为：

取定基值后，相应的标幺值为：

式中，i_d'为i_d的标幺值，i_q'为i_q的标幺值，T_e'为转矩T_e的标幺值；

根据公式：

有

化简后有T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′。

步骤四中的转矩闭环控制是通过对电机转矩进行估计并进行反馈控制，使电机转矩跟随给定转矩的一种控制方法，T_{e_ref}为步骤三中转速环PI控制器输出的给定转矩信号，T₁为根据参数辨识估计的电机电磁转矩，T₂为d轴给定电流信号i_d ^*＝0时计算得出的电机电磁转矩，计算T⁺＝T₂+T_{e_ref}-T₁，将T⁺作为转矩环比例控制器的输入信号，经过转矩环比例控制器调节后输出的信号作为给定q轴电流信号i_q的标幺值i_q'，i_q'作为MTPA模块的输入信号，经过MTPA计算后得出d轴给定电流信号i_d的标幺值i_d'，求出i_d'和i_q'后，再乘以相应的基值i_B，以得出MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*。

步骤四中的MTPA条件，MTPA的目标是求出给定转矩目标T_{e_ref}下幅值最小的定子电流I，定子电流的幅值为：

构造函数为：

f＝i_q′²+i_d′²

f在给定T_{e_ref}下的极值点即为MTPA点，T_{e_ref}为固定值时，对应的转矩标幺值T_e'也为固定值；

根据公式：T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′，有

根据上述公式推出：

i_d′·(2-i_d′)+i_q′²＝0

根据转矩闭环的控制策略，i_q'由转矩闭环的比例控制器给出，这样上式就变为关于i_d'的一个一元二次方程，能够方便解出根式解；根据求根公式，且根据弱磁控制中i_d'<0的条件，可以得出：

本发明化简了MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*的求解过程，降低了计算量，更加易于工程实现。本发明采用转矩闭环的控制方法，引入转矩反馈，能够更加准确的控制电机输出电磁转矩。本发明采用参数辨识方法实时更新参数值，能够使实际MTPA工作点更加接近最优工作点，降低损耗，提高系统运行效率。并且能够使得计算得到的反馈转矩更加接近实际值，降低参数变化对控制系统的影响。本发明采用RLS+EKF的参数辨识方法，能够提高ψ_f辨识精度。与单独采用EKF辨识永磁体磁链ψ_f的方法相比，RLS+EKF的参数辨识方法能够根据RLS辨识出的R_s、L_d、L_q结果，更新EKF辨识结果，使得永磁体磁链ψ_f的辨识结果更加符合实际情况。

上述实施例仅为优选的技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于上述实施例中所描述的实施方案，上述优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。

Claims (10)

1.一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，包括位置传感器和永磁同步电机，所述永磁同步电机与所述位置传感器相连接，其特征在于，包括参数辨识模块，所述参数辨识模块与所述位置传感器相连接。

2.如权利要求1所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，其特征在于，包括脉冲宽度调制逆变器，所述脉冲宽度调制逆变器与所述永磁同步电机相连接。

3.如权利要求2所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，其特征在于，包括空间矢量脉宽调制模块，所述空间矢量脉宽调制模块与所述脉冲宽度调制逆变器相连接。

4.如权利要求3所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，其特征在于，包括电压解耦单元，所述电压解耦单元分别与所述空间矢量脉宽调制模块和参数辨识模块相连接。

5.如权利要求1所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制系统，其特征在于，包括转矩环控制器，所述转矩环控制器与所述参数辨识模块相连接。

6.一种基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在第k时刻，测量PMSM的定子电流I_a、I_b，直流母线电压U_dc，电机位置信号θ；

步骤二：利用参数辨识的方法估计控制系统中使用的电机参数：定子电阻R_s、d轴电感L_d、q轴电感L_q、永磁体磁链ψ_f及电机转矩T₁；

步骤三：设置给定转速为n_ref，电机位置信号θ经过微分运算后得到电机转速信号n，计算Δn＝n_ref-n，将Δn作为转速环PI控制器的输入信号,经过转速环PI控制器调节后输出的信号作为给定转矩T_{e_ref}；

步骤四：T_{e_ref}作为转矩闭环控制的输入信号，经过转矩闭环控制后将输出MTPA条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*；

步骤五：第k时刻定子电流I_c根据公式I_c＝-(I_a+I_b)得出，将I_a、I_b、I_c依次经过Clarke变化和Park后，得到两相旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q，计算Δi_d＝i_d ^*-i_d，Δi_q＝i_q ^*-i_q，分别将Δi_d和Δi_q作为电流环PI控制器的输入信号，经过电流环PI控制器调节后输出的信号为电压u_d、u_q，对电压信号u_d、u_q进行补偿后得到给定电压信号u_d ^*和u_q ^*：

u_d ^*＝u_d+ωL_di_d+ωψ_f

u_q ^*＝u_q-ωL_qi_q

根据电机位置信号θ，对给定电压信号u_d ^*和u_q ^*进行Park逆变换，得到两相静止坐标系下的u_α ^*、u_β ^*，根据u_α ^*、u_β ^*和采样得到的直流母线电压U_dc，经过SVPWM模块计算得到第k+1时刻的驱动信号。

7.如权利要求6所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，步骤一中的参数辨识采用两种方法，其中R_s、L_d、L_q的辨识采用递推最小二乘法RLS，ψ_f的辨识采用扩展卡尔曼滤波法EKF；用RLS辨识出R_s、L_d、L_q后，将结果输入EKF以增加ψ_f辨识的精确度；根据参数辨识结果以及步骤五中计算得出的i_d、i_q，带入公式T₁＝1.5n_pφ_fi_q(1-(L_q-L_d)i_d/φ_f)，求出电机电磁转矩T₁，实现转矩估计。

8.如权利要求6所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，为降低计算难度，实现在线MTPA控制，步骤四中的转矩闭环采用标幺值的表示方式，根据基值的选取原则，应使基值满足实际的物理规律，即有：

式中，T_B为转矩T_e的基值，i_d ^B为d轴电流i_d的基值，i_q ^B为q轴电流i_q的基值，电流基值选取为：

将上式带入公式：

化简可得转矩基值为：

取定基值后，相应的标幺值为：

式中，i_d'为i_d的标幺值，i_q'为i_q的标幺值，T_e'为转矩T_e的标幺值；

根据公式：

有

化简后有T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′。

9.如权利要求6所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，步骤四中的转矩闭环控制是通过对电机转矩进行估计并进行反馈控制，使电机转矩跟随给定转矩的一种控制方法，T_{e_ref}为步骤三中转速环PI控制器输出的给定转矩信号，T₁为根据参数辨识估计的电机电磁转矩，T₂为d轴给定电流信号i_d ^*＝0时计算得出的电机电磁转矩，计算T⁺＝T₂+T_{e_ref}-T₁，将T⁺作为转矩环比例控制器的输入信号，经过转矩环比例控制器调节后输出的信号作为给定q轴电流信号i_q的标幺值i_q'，i_q'作为MTPA模块的输入信号，经过MTPA计算后得出d轴给定电流信号i_d的标幺值i_d'，求出i_d'和i_q'后，再乘以相应的基值i_B，以得出MTPA控制条件下的d轴给定电流信号i_d ^*和q轴给定电流信号i_q ^*。

10.如权利要求6所述的基于转矩闭环的永磁同步电机MTPA控制方法，其特征在于，步骤四中的MTPA条件，MTPA的目标是求出给定转矩目标T_{e_ref}下幅值最小的定子电流I，定子电流的幅值为：

构造函数为：

f＝i_q′²+i_d′²

f在给定T_{e_ref}下的极值点即为MTPA点，T_{e_ref}为固定值时，对应的转矩标幺值T_e'也为固定值；

根据公式：T_e′＝2i_q′-i_q′·i_d′，有

根据上述公式推出：

i_d′·(2-i_d′)+i_q′²＝0

根据转矩闭环的控制策略，i_q'由转矩闭环的比例控制器给出，这样上式就变为关于i_d'的一个一元二次方程，能够方便解出根式解；根据求根公式，且根据弱磁控制中i_d'<0的条件，可以得出：