CN109861608B - 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法 - Google Patents

一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109861608B
CN109861608B CN201910232173.9A CN201910232173A CN109861608B CN 109861608 B CN109861608 B CN 109861608B CN 201910232173 A CN201910232173 A CN 201910232173A CN 109861608 B CN109861608 B CN 109861608B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mtpa
signal
current
torque
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910232173.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109861608A (zh
Inventor
庞基
刘卫国
魏志煌
孙承浩
孟涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201910232173.9A priority Critical patent/CN109861608B/zh
Publication of CN109861608A publication Critical patent/CN109861608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109861608B publication Critical patent/CN109861608B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明提供了一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。充分考虑电机运行中的励磁参数变化情况和交叉饱和效应的影响，以较少的参数构建得到新的具有更高精度的转矩估算方程；采取方波信号注入，并直接利用求平均值乘以2的方式进行信号幅值提取，得到较为精确的MTPA工作点，且具有更高的鲁棒性和响应速度。

Description

一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法
技术领域
本发明属电机控制技术领域，具体涉及一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。
背景技术
目前我国飞机交流电源系统大多采用多级式无刷同步电机作为发电机，该多级式无刷同步电机主要由主电机、旋转整流器、励磁机和副励磁机(永磁机)构成。随着大型飞机的迅猛发展，起动/发电一体化在现代航空技术中的地位越来越重要，而最大转矩电流比(MTPA)控制技术是该领域的一个研究热点。现有的最大转矩电流比控制方法主要有：查表法、公式法和在线搜寻方法。
查表法需要通过实验或者仿真等方式提前找到电机的MTPA点，然后再通过查表的方式，使得电机工作在MTPA点，这种方法需要消耗大量资源以及时间去提前寻找MTPA点，而且容易受到加工误差以及加工材料合格度的影响。公式法需要得到准确的电机电感值，然后通过求导的方式使电机转矩对于电流角的偏微分为0来得到MTPA解，这种方法由于忽略了电感值对于电流角变化的偏微分项，导致即使有精准的电感参数，也无法得到精准的MTPA解。在线搜寻方法，是在电机运行中，通过高频信号注入的方法，实时获得下一拍的转矩变化情况，然后让电机稳定工作在MTPA点，这种方法需要额外注入高频电流信号，会导致电机抖动，同时带来额外损耗。
虚拟信号注入方法是在线搜寻方法的一种，其主要特点是重新构建转矩方程，然后在此方程数学模型上注入高频信号，通过闭环控制使得其转矩对电流角的一阶偏微分为0，进而得到MTPA解，这样就能避免高频信号注入所带来的抖动以及额外损耗。目前，虚拟信号注入方法的研究还处于起步阶段，现有的虚拟信号注入方法中所构建的转矩方程有两种形式，要么完全忽略电机内部参数，误差较大；要么引入了直轴电感Ld，其准确度有所提高，但是其所适用的范围仅在Ld变化不大的状态下，同时未考虑交叉饱和效应，并不适用于参数变化剧烈的多级式起动/发电机中。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法。充分考虑电机运行中的励磁参数变化情况和交叉饱和效应的影响，以较少的参数构建新的转矩估算模型，得到较为精确的MTPA工作点，具有更高的鲁棒性。
一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：利用电磁场有限元软件计算得到电机的电感值，再利用Park坐标变换计算得电机的定子直轴电感Ld，定子交轴电感Lq，定子交叉耦合电感Ldq；
步骤2：注入高频方波信号h，并按如下公式计算得到高频信号注入后的转矩：
Figure GDA0002540610770000021
其中，
Figure GDA0002540610770000022
为直轴磁链，
Figure GDA0002540610770000023
为交轴磁链，P为极对数，Ud为直轴电压，Uq为交轴电压，R为定子电阻，ωr为转子转速，id为高频信号注入前的直轴电流，iq为高频信号注入前的交轴电流，
Figure GDA0002540610770000024
为高频信号注入后的直轴电流，
Figure GDA0002540610770000025
为高频信号注入后的交轴电流；
步骤3：按下式计算得到转矩对电流角的一阶偏微分信号：
Figure GDA0002540610770000026
其中，
Figure GDA0002540610770000027
为高频信号注入前的转矩；
步骤4：求转矩对电流角的一阶偏微分信号
Figure GDA0002540610770000028
最后一个控制周期的平均值并乘以2，得到信号
Figure GDA0002540610770000029
的幅值，再利用闭环调节使得信号
Figure GDA00025406107700000210
的幅值保持为零，即可让电机工作于MTPA点，MTPA运行时的交轴电流iq_MTPA与直轴电流id_MTPA分别为：
iq_MTPA＝Is*sin(βMTPA) (3)
id_MTPA＝Is*cos(βMTPA) (4)
其中，IS为电流矢量，βMTPA为MTPA工作点的电流角。
本发明的有益效果是：由于所构建的转矩方程中引入了定子直轴电感Ld、定子交轴电感Lq和定子交叉耦合电感Ldq，使得转矩估算更为准确；由于采取方波信号注入，转矩对电流角的一阶偏微分信号也为方波，直接利用求平均值乘以2的方式进行幅值提取，更为简单快速，且不会带来任何延时环节，响应更为迅速。
附图说明
图1是本发明的一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法的基本流程图
图2是本发明的系统控制框图
图3是本发明的虚拟信号控制框图
图4是采用不同方法计算得到的转矩值结果对比
图5是本发明方法搜寻MTPA工作点与实验方法的结果对比
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示，本发明提供了一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法，具体过程如下：
首先，利用电磁场有限元软件计算得到电机的电感值，再利用Park坐标变换计算得电机的定子直轴电感Ld，定子交轴电感Lq，定子交叉耦合电感Ldq，转子直轴交叉耦合电感MdF，转子交轴交叉耦合电感MqF。
然后，考虑交叉饱和电感的影响，构建新的转矩方程如下：
Te＝1.5P[iqMdFif-idMqFif+(Ld-Lq)idiq+Ldq(iq 2-id 2)] (5)
其中，Te表示电磁转矩，P为极对数，id为直轴电流，iq为交轴电流，if为励磁电流。
为了使方法的鲁棒性更强，本发明利用直轴磁链
Figure GDA0002540610770000031
和交轴磁链
Figure GDA0002540610770000032
将转矩方程(5)中的转子直轴交叉耦合电感MdF和转子交轴交叉耦合电感MqF项消除掉。其中，Ud为直轴电压，Uq为交轴电压，R为定子电阻，ωr为转子转速。这样可以减少两个参数的使用，解决多级式起动/发电机起动阶段变励磁磁场所带来的影响。
注入高频方波信号h，则高频信号注入后的转矩方程为：
Figure GDA0002540610770000033
其中，Th表示高频信号注入后的转矩，
Figure GDA0002540610770000034
为高频信号注入后的直轴电流，
Figure GDA0002540610770000035
为高频信号注入后的交轴电流。
假定高频信号注入前电机工作电流角为β，数学的注入高频方波信号h后，转矩方程由T(β)变为T(β+h)，然后通过一阶麦克劳林公式，将T(β+h)在β展开，即：
Figure GDA0002540610770000041
忽略二阶及其以上的高阶部分，得到转矩对电流角的一阶偏微分表达式为：
Figure GDA0002540610770000042
其中，T(β+h)＝Th，T(β)采用传统转矩计算公式，即：
Figure GDA0002540610770000043
由于信号h为方波，转矩对电流角的一阶偏微分信号
Figure GDA0002540610770000044
也是方波，在方波信号h为0电平的时刻，其值为0，当方波信号h不为0的时候，其值为方波的波顶。
求
Figure GDA0002540610770000045
最后一个控制周期的平均值并乘以2，得到其幅值，再利用系统闭环调节使得其数值一直为零，从而让电机工作于MTPA点，MTPA运行时的交轴电流iq_MTPA与直轴电流id_MTPA分别为：
iq_MTPA＝Is*sin(βMTPA) (10)
id_MTPA＝Is*cos(βMTPA) (11)
其中，Is为电流矢量，βMTPA为MTPA工作点的电流角。
图2为本发明的系统控制框图，图3是其中的虚拟信号模块控制框图，其中，转矩估算是最核心的问题。由于传统的转矩方程(9)忽略了交叉饱和效应，但并不完善，无法准确的计算电磁转矩，也就很难得到精确MTPA解。而本发明所构建的方程，包含了定子直轴电感Ld，定子交轴电感Lq，定子交叉耦合电感Ldq，转子直轴交叉耦合电感MdF，转子交轴交叉耦合电感MqF，可以进行精准地电磁转矩估算。并且，在高频信号注入后，利用直轴磁链
Figure GDA0002540610770000046
和交轴磁链
Figure GDA0002540610770000047
将转矩方程进行了进一步化简，省略掉了转子直轴交叉耦合电感MdF和转子交轴交叉耦合电感MqF，减少了模型的参数数量，提高了方法的鲁棒性。
此外，现有的虚拟信号注入方法均为高频正弦信号入，提取转矩对电流角的一阶偏微分信号幅值时需要低通滤波器与高通滤波器配合，这会带来延时，同时，高频正弦信号注入法又不容易准确的提取到目标项。本发明利用方波信号的特点，进行方波信号注入，并采取平均值乘以2的方式提取
Figure GDA0002540610770000051
的幅值，无任何滤波器，计算更为准确、快速、简单。
图4给出了采用不同方法计算得到的转矩结果，分别为：传统转矩计算方法、有限元计算方法、实验方法和本发明方法，可以看出利用本发明方法计算得到结果较传统方法更为准确。比如在60°电流角时，本发明方法计算得到的值为55Nm，实验方法为56Nm，传统方法为50Nm。传统方法的转矩计算结果存在较大误差，从而也会导致MTPA控制结果准确度变差。图5给出了利用本发明方法和实验方法计算得到的MTPA轨迹，结果基本一致。

Claims (1)

1.一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的MTPA方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：利用电磁场有限元软件计算得到电机的电感值，再利用Park坐标变换计算得电机的定子直轴电感Ld，定子交轴电感Lq，定子交叉耦合电感Ldq；
步骤2：注入高频方波信号h，并按如下公式计算得到高频信号注入后的转矩：
Figure FDA0002540610760000011
其中，
Figure FDA0002540610760000012
为直轴磁链，
Figure FDA0002540610760000013
为交轴磁链，P为极对数，Ud为直轴电压，Uq为交轴电压，R为定子电阻，ωr为转子转速，id为高频信号注入前的直轴电流，iq为高频信号注入前的交轴电流，
Figure FDA0002540610760000014
为高频信号注入后的直轴电流，
Figure FDA0002540610760000015
为高频信号注入后的交轴电流；
步骤3：按下式计算得到转矩对电流角的一阶偏微分信号：
Figure FDA0002540610760000016
其中，
Figure FDA0002540610760000017
为高频信号注入前的转矩；
步骤4：求转矩对电流角的一阶偏微分信号
Figure FDA0002540610760000018
最后一个控制周期的平均值并乘以2，得到信号
Figure FDA0002540610760000019
的幅值，再利用闭环调节使得信号
Figure FDA00025406107600000110
的幅值保持为零，即可让电机工作于MTPA点，MTPA运行时的交轴电流iq_MTPA与直轴电流id_MTPA分别为：
iq_MTPA＝Is*sin(βMTPA) (4)
id_MTPA＝Is*cos(βMTPA) (5)
其中，IS为电流矢量，βMTPA为MTPA工作点的电流角。
CN201910232173.9A 2019-03-26 2019-03-26 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法 Active CN109861608B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910232173.9A CN109861608B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910232173.9A CN109861608B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109861608A CN109861608A (zh) 2019-06-07
CN109861608B true CN109861608B (zh) 2020-09-08

Family

ID=66901873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910232173.9A Active CN109861608B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109861608B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429889B (zh) * 2019-08-07 2021-06-22 北京航空航天大学 一种幅度可调的方波注入最大转矩电流比电机控制方法
CN111404433B (zh) * 2020-03-23 2023-08-25 天津大学 一种内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN112003508B (zh) * 2020-09-18 2022-06-10 蔚然（南京）动力科技有限公司 电机无位置传感器控制方法、装置
CN113206625B (zh) * 2021-05-31 2022-06-21 大连海事大学 一种用于内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN114915224B (zh) * 2022-03-10 2023-01-24 四川大学 基于自适应的虚拟直流信号注入法的mtpa控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018078762A (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 国立大学法人 名古屋工業大学 埋込磁石同期電動機を用いた加振制御システム
CN106972806B (zh) * 2017-03-29 2019-03-05 江苏大学 一种考虑磁阻转矩的三相容错内置式永磁电机的开路容错控制方法
CN107800344B (zh) * 2017-10-17 2019-10-11 浙江大学 基于虚拟信号注入的同步电机的最大转矩电流比控制方法
CN109428525B (zh) * 2018-10-31 2021-10-26 天津工业大学 基于参数自修正的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109861608A (zh) 2019-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109861608B (zh) 一种多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法
CN109274304B (zh) 电动汽车内嵌式永磁同步电机电感参数矩阵的辨识方法
CN103904973B (zh) 一种实现凸极永磁同步电机无速度传感器控制的方法
CN110176881B (zh) 基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法
CN109495031A (zh) 一种基于ESO-CPC的激光追踪控制系统电机Simulink仿真方法
CN113131817A (zh) 一种永磁同步电机在线参数辨识系统及方法
CN107425774B (zh) 永磁同步电机直轴电感辨识方法及装置
CN104094516B (zh) 交流电机的控制装置
CN101358989A (zh) 一种基于旋转矢量法的同步发电机转速的测量方法
CN107203130B (zh) 基于极值搜索控制的仿真转台模型参数辨识方法
CN113206625B (zh) 一种用于内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN109905063B (zh) 多级式起动/发电机虚拟信号注入的mtpa方法
CN114337426A (zh) 一种d-q轴静止坐标系下永磁同步电机偏差解耦控制方法
CN107404274B (zh) 一种基于开环电压检测pmsm转子零位的方法
CN110649847A (zh) 一种pmslm在低速段的无位置传感器控制方法
Hu et al. Vector Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on New MRAS
CN112468032B (zh) 永磁同步电机的全速域效率map图生成方法
Liu et al. Low-speed sensorless control method of SPMSM for oil pump based on improved pulsating high-frequency voltage injection
CN108667370B (zh) 基于自主学习的内置式永磁同步电机弱磁曲线跟踪方法及装置
Haixia et al. Parameters Identification of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on MRAS
Scelba et al. A co-simulation platform for evaluation of sensorless control techniques for IPMSMs
CN109889110B (zh) 一种多级式起动/发电机起动力矩计算方法
Comanescu et al. A sliding mode adaptive MRAS speed estimator for induction motors
Pang et al. Online searching MTPA control of wound rotor start/generator drives considering cross-coupling effect
CN115102441A (zh) 一种基于虚拟信号注入的改进mtpa控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant