CN111082730B - 一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法。过程为：给定电流幅值，控制电流幅值按照一定电流步长依次变化直到最终的标定电流幅值，分别获取每个电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度，得到等电流步长MTPA表格；给定指定扭矩，控制指定扭矩按照一定扭矩步长依次变化直到最终的标定扭矩，根据所述等电流步长MTPA表格通过标定手段分别获取每一个指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度，得到等扭矩步长MTPA表格，对所述等扭矩步长MTPA表格进行补点获得最终的扭矩MTPA表格，完成MTPA标定。本发明标定方法简单可靠，精度高，效率高，大幅降低了标定人员的工作负荷，提高了研发阶段的效率，降低了研发成本。

Description

一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法。
背景技术
内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magment Synchronous Motor,IPMSM)由于其高功率密度、高可靠性、宽调速区域和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机的控制区域分为恒转矩区和恒功率区，在恒转矩区一般采用最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)方法进行控制。这种方法可以提高电机的运行效率。为了提高计算效率，工程上一般利用查表法实现MTPA。由于IPMSM的交直轴电感受交直轴电流影响较大，很难采用解析公式直接计算出MTPA表格。
目前，一般采用人工方式对IPMSM的MTPA表格进行标定，操作人员利用测功机台架手动标定MTPA表格，整个标定过程需要两名标定测试人员协同并耗费大概两到三天时间才能完成标定工作，整个工作过程繁琐、效率低下，并且标定结果的精度和准确性易受测试人员操作的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法。
本发明采用的技术方案是：一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，过程为：给定电流幅值，控制电流幅值按照一定电流步长依次变化直到最终的标定电流幅值，分别获取每个电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度，得到等电流步长 MTPA表格；
给定指定扭矩，控制指定扭矩按照一定扭矩步长依次变化直到最终的标定扭矩，根据所述等电流步长MTPA表格通过标定手段分别获取每一个指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度，得到等扭矩步长 MTPA表格，对所述等扭矩步长MTPA表格进行补点获得最终的扭矩 MTPA表格，完成MTPA标定。
进一步地，获取电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度的过程为：给定电流幅值、电流角度、最大扭矩初值，控制电机旋转获取实际扭矩；若实际扭矩大于当前最大扭矩，则以实际扭矩作为新的最大扭矩；改变电流角度直至实际扭矩小于等于当前最大扭矩，则记当前最大扭矩和当前最大扭矩对应的电流角度分别为给定电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度。
进一步地，通过标定手段获取指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度的过程为：根据所述等电流步长MTPA表格通过插值法得到指定扭矩对应的查表电流幅值和查表电流角度，根据所述查表电流幅值获取实际扭矩，判断指定扭矩与实际扭矩的差值：若指定扭矩与实际扭矩的差值在设定误差范围内，则确定当前的查表电流幅值和查表电流角度为指定扭矩满足MTPA要求的对应电流幅值和对应电流角度；若指定扭矩与实际扭矩的差值不在设定误差范围内，则获取所述查表电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度，将最大扭矩点和最大电流角度插入到上一次得到的电流MTPA表格中形成新的电流MTPA表格，根据新的电流MTPA表格通过插值法得到所述指定扭矩对应的新的查表电流幅值和查表电流角度，根据所述新的查表电流幅值获取新的实际扭矩，再次判断指定扭矩与新的实际扭矩的差值。
进一步地，对所述等扭矩步长MTPA表格进行补点获得最终的扭矩MTPA表格的过程为：从所述等扭矩步长MTPA表格中寻找相邻两扭矩点的电流幅值增量大于电流步长的区间，根据每个区间的电流幅值增量大小计算对应区间插入的扭矩点的个数，并确定每个插入的扭矩点的对应电流幅值和对应电流角度，在每个区间均匀插入对应个数的扭矩点，形成最终的扭矩MTPA表格。
更进一步地，通过以下公式计算对应区间插入的扭矩点的个数N：
Figure BDA0002345764960000031
其中，IN1、IN2分别为对应区间的相邻两扭矩点的电流幅值，ΔI为电流步长，[·]表示向上取整。
本发明先确定等电流步长MTPA表格，再在等电流步长MTPA表格基础上通过插值方法完成等扭矩步长MTPA表格标定，标定方法简单可靠，精度高，效率高，大幅降低了标定人员的工作负荷，提高了研发阶段的效率，降低了研发成本。同时，本发明在电流梯度变化较大的地方适当补充标定点，进一步提高控制扭矩精度的同时，并未增加过大的内存存储量，易于工程实现。并且在基速以下，高精度的标定结果可以保证电机在当前工作条件下的定子电流幅值最小，即电机铜损最小，极大的提高了电机在恒转矩区域的工作效率。
附图说明
图1为本发明的标定流程图。
图2等电流步长MTPA表格的标定流程图。
图3为本发明等扭矩步长MTPA表格的标定流程图。
图4为本发明等扭矩步长MTPA表格补点的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1所示，本发明提供一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，包括以下步骤：
步骤一：根据电机的峰值电流和最大扭矩确定电流步长ΔI，根据扭矩精度要求和最大扭矩确定扭矩步长ΔT。
步骤二：通过上位机向测功机台架发送转速指令，使测功机拖动被测电机以一个设定的转速旋转。为了保证被测电机能够工作在恒扭矩区，该标定转速不能超过电机基速，同时为了避免气隙磁场高次空间谐波的影响，转速也不宜过低，综合前述两个因素，选择一个适当的转速作为标定转速。
步骤三，进行等电流步长MTPA表格的标定：给定电流幅值Is，控制电流幅值按照电流步长ΔI依次变化直到最终的标定电流幅值 Ismax，分别获取每个电流幅值下的最大扭矩点TmaxN和最大电流角度θmax，得到等电流步长MTPA表格，如图2所示，具体过程如下：
将电流步长ΔI作为初始电流幅值，令初始电流角度为90度、最大扭矩Tmax初值为0，待反馈电流跟踪上给定电流时，记录下测功机台架测得的被测电机输出的实际扭矩T，若实际扭矩T大于当前最大扭矩，则以实际扭矩作为新的最大扭矩Tmax；然后令电流角度θ以1°为基准间隔增加，待反馈电流跟踪上给定电流时，依次记录每次电流角度θ增加后测功机台架测得的被测电机输出实际扭矩和此时电流角度，直到找到此初始电流幅值下的最大扭矩，则记该最大扭矩和最大扭矩对应的电流角度为初始电流幅值下的最大扭矩点和最大电流角度。
使电流幅值在初始电流幅值基础上按电流步长依次增加直到最终的标定电流幅值，然后按上述过程找到每个电流幅值下的最大扭矩点和最大电流角度，只不过每个电流幅值的起始角度变为上一个电流幅值下最大扭矩点对应的的最大电流角度。
步骤四：进行等扭矩步长MTPA表格的标定：给定指定扭矩T*，控制指定扭矩T*按照扭矩步长ΔT依次变化直到最终的标定扭矩 TMAX，获取每一个指定扭矩T*的对应电流幅值和对应电流角度，得到等扭矩步长MTPA表格，如图3所示，具体过程如下：
将扭矩步长ΔI作为初始指定扭矩T*，根据步骤三得到的等电流步长MTPA表格通过插值法得到初始指定扭矩对应的查表电流幅值In 和查表电流角度θn，根据所述查表电流幅值In获取实际扭矩T，判断初始指定扭矩T*与实际扭矩T的差值是否在设定范围内，设定范围为±0.1N：a、若指定扭矩T*与实际扭矩T的差值在设定范围内，则确定当前的查表电流幅值In和查表电流角度θn为指定扭矩T*的对应电流幅值IN和对应电流角度θN；b、若指定扭矩T*与实际扭矩T的差值不在设定范围内，则通过步骤三中获取电流幅值下的最大扭矩点和最大电流角度的的方法获取所述查表电流幅值In下的最大扭矩点和最大电流角度，将获取的最大扭矩点TmaxN和最大电流角度θmax插入到上一次得到的电流MTPA表格中形成新的电流MTPA表格，根据新的电流MTPA表格插值法得到所述指定扭矩对应的新的查表电流幅值和查表电流角度，根据所述新的查表电流幅值获取新的实际扭矩，再次判断指定扭矩与新的实际扭矩的差值。重复步骤a和b，直至指定扭矩与实际扭矩的差值在设定范围内，确定初始指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度。
使指定扭矩在初始指定扭矩基础上按扭矩步长依次增加直到最终的标定扭矩，然后按上述过程找到每个指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度。
步骤五：对步骤四获得的等扭矩步长MTPA表格进行补点，即在电流变化较大的区间，增加标定点的数量，以提高扭矩查表插值精度，如图4所述，过程如下：
计算等扭矩步长MTPA表格中每相邻两扭矩点的电流幅值增量，寻找电流幅值增量大于电流步长ΔI的区间，根据寻找的每个区间的电流幅值增量大小计算对应区间插入的扭矩点的个数N，并通过上述步骤四中的方法确定每个插入的扭矩点的对应电流幅值和对应电流角度，然后在每个区间均匀插入对应个数的扭矩点，形成最终的扭矩 MTPA表格，插入的相邻两扭矩点的扭矩步长ΔT*为
Figure BDA0002345764960000051
通过以下公式计算对应区间插入的扭矩点的个数N：
Figure BDA0002345764960000052
其中，IN1、IN2分别为对应区间的相邻两扭矩点的电流幅值，ΔI为电流步长，[·]表示向上取整。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，其特征在于：
给定电流幅值，控制电流幅值按照一定电流步长依次变化直到最终的标定电流幅值，分别获取每个电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度，得到等电流步长MTPA表格；
给定指定扭矩，控制指定扭矩按照一定扭矩步长依次变化直到最终的标定扭矩，根据所述等电流步长MTPA表格通过标定手段分别获取每一个指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度，得到等扭矩步长MTPA表格，对所述等扭矩步长MTPA表格进行补点获得最终的扭矩MTPA表格，完成MTPA标定；
通过标定手段获取指定扭矩的对应电流幅值和对应电流角度的过程为：根据所述等电流步长MTPA表格通过插值法得到指定扭矩对应的查表电流幅值和查表电流角度，根据所述查表电流幅值获取实际扭矩，判断指定扭矩与实际扭矩的差值：若指定扭矩与实际扭矩的差值在设定误差范围内，则确定当前的查表电流幅值和查表电流角度为指定扭矩满足MTPA要求的对应电流幅值和对应电流角度；若指定扭矩与实际扭矩的差值不在设定误差范围内，则获取所述查表电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度，将最大扭矩点和最大电流角度插入到上一次得到的电流MTPA表格中形成新的电流MTPA表格，根据新的电流MTPA表格通过插值法得到所述指定扭矩对应的新的查表电流幅值和查表电流角度，根据所述新的查表电流幅值获取新的实际扭矩，再次判断指定扭矩与新的实际扭矩的差值。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，其特征在于，获取电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度的过程为：给定电流幅值、电流角度、最大扭矩初值，控制电机旋转获取实际扭矩；若实际扭矩大于当前最大扭矩，则以实际扭矩作为新的最大扭矩；改变电流角度直至实际扭矩小于等于当前最大扭矩，则记当前最大扭矩和当前最大扭矩对应的电流角度分别为给定电流幅值下的最大扭矩点和最大扭矩点对应的最大电流角度。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，其特征在于，对所述等扭矩步长MTPA表格进行补点获得最终的扭矩MTPA表格的过程为：从所述等扭矩步长MTPA表格中寻找相邻两扭矩点的电流幅值增量大于电流步长的区间，根据每个区间的电流幅值增量大小计算对应区间插入的扭矩点的个数，并确定每个插入的扭矩点的对应电流幅值和对应电流角度，在每个区间均匀插入对应个数的扭矩点，形成最终的扭矩MTPA表格。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的最大转矩电流比控制的标定方法，其特征在于，通过以下公式计算对应区间插入的扭矩点的个数N：
Figure FDA0003192281440000021
其中，IN1、IN2分别为对应区间的相邻两扭矩点的电流幅值，ΔI为电流步长，[·]表示向上取整。
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